يتنافس الباحثون لرفع كفاءة السيارات الكهربائية في ظل الانتشار السريع الذي حققته هذه التقنية النظيفة خلال الأعوام القليلة الماضية، إذ ما تزال إدارة الطاقة في هذه المركبات تواجه تحديات كبرى.

وفي هذا الإطار، أجرى الخبير في شركة كرايسلر للسيارات والأستاذ بجامعة لورانس التكنولوجية في ميشيغان بالولايات المتحدة الأميركية، الدكتور علاء الشرقاوي، دراسة تفصيلية حول تكنولوجيا المضخات الحرارية وتأثيرها بتوفير الطاقة في السيارات الكهربائية.

وأوضح الشرقاوي -في تصريحات إلى منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن)- أن المضخات الحرارية تُعدّ إحدى التقنيات المتقدمة التي أصبحت تؤدي دورًا كبيرًا في رفع كفاءة السيارات الكهربائية، نظرًا للتحديات التي تواجه إدارة الطاقة الحرارية في هذه السيارات.

وأشار إلى أن المضخات الحرارية أصبحت تمثّل حلًا فعالًا لتقليل استهلاك الطاقة وزيادة مدى القيادة، بما يسهم في رفع كفاءة السيارات الكهربائية، سواء في الأجواء الباردة أو الحارة.

آلية عمل المضخة الحرارية

تتمثل آلية عمل المضخة الحرارية في نقل الحرارة من مكان إلى آخر، وهي تشتمل على 4 مكونات أساسية:

1. المبخر: الذي يمتص الحرارة من المصدر (سواء من الهواء الخارجي، أو من البطارية والمحرك في السيارة).
2. الضاغط: يرفع درجة حرارة وضغط المبرد الذي امتُصَّت الحرارة فيه.
3. المكثف: يطلق الحرارة التي جُمعت في المقصورة، أو يدفعها إلى الخارج في وضع التبريد.
4. صمام التمدد: يخفض ضغط المبرد، ويبرّده قبل أن يعود إلى المبخر.

ويوضّح الإنفوغرافيك التالي -الذي أعدّته منصة الطاقة المتخصصة- كيفية عمل المضخات الحرارية بما يحقق رفع كفاءة السيارات الكهربائية:

وضع التدفئة

أوضح الدكتور علاء الشرقاوي أنه عندما تكون السيارة في وضع التدفئة، يمتصّ المبخر الحرارة من البيئة الخارجية أو من البطارية والمحرك ثم يزيد الضاغط درجة حرارة المبرد الذي يحمل هذه الحرارة، الذي بدوره يمرّ عبر المكثف لإطلاق الحرارة إلى داخل المقصورة لتدفئتها.

ويعود المبرد إلى المبخر لتكرار الدورة، ويتيح هذا النظام تسخين المقصورة بفعالية، دون الاعتماد على سخانات كهربائية تقليدية تستهلك طاقة كبيرة.

وفي وضع التبريد، تُعكَس الدورة، حيث يمتص المبخر الحرارة من داخل المقصورة، ويضغط الضاغط المبرد لزيادة درجة حرارته، ضمن جهود رفع كفاءة السيارات الكهربائية.

ويمرّ المبرد بعد ذلك عبر المكثف، حيث تُطلَق الحرارة إلى البيئة الخارجية، مما يسمح بتبريد المقصورة بفعالية، ثم يعود المبرد إلى المبخر ليعيد الدورة.

ويوضّح الإنفوغرافيك التالي -الذي أعدّته منصة الطاقة المتخصصة- دمج الحرارة مع مقصورة الركاب ومكونات السيارة الكهربائية:

توفير الطاقة

قال الخبير في شركة كرايسلر للسيارات -خلال تصريحاته إلى منصة الطاقة-، إن المضخات الحرارية تسهم في توفير الطاقة، إذ تتّسم بالكفاءة العالية نظرًا لأنها تنقل الحرارة بدلًا من توليدها.

وأضاف أن أنظمة التدفئة التقليدية تعتمد على توليد الحرارة باستعمال سخانات كهربائية مقاومة، مما يستهلك كمية كبيرة من الطاقة، بينما تنقل المضخات الحرارة من مصدر خارجي أو من مكونات السيارة الدافئة (مثل البطارية أو المحرك) إلى المقصورة، مما يقلل من استهلاك الطاقة ويرفع كفاءة السيارات الكهربائية.

وتابع أنه في وضع التدفئة، تستعمل المضخة الحرارة المحيطة أو المُهدَرة من البطارية والمحرك لتدفئة المقصورة، مما يقلل الحاجة إلى استعمال السخانات الكهربائية التي تستهلك طاقة البطارية بشكل كبير.

وفي وضع التبريد، يُستعمَل النظام نفسه لتبريد المقصورة بفعالية، مما يقلل من استهلاك الطاقة مقارنة بأنظمة التكييف التقليدية.

واستطرد قائلًا، إن رفع كفاءة السيارات الكهربائية فيما يتعلق باستهلاك الطاقة يُعدّ أمرًا حاسمًا للحفاظ على مدى القيادة.

وأوضح أنه عندما تكون السيارة في أجواء باردة، يؤدي استعمال السخانات الكهربائية التقليدية لتدفئة المقصورة إلى استنزاف كبير للبطارية، مما يقلل من مدى القيادة بشكل كبير.

على خلاف المضخات الحرارية التي تعمل على استغلال الحرارة المُهدرة وتقليل استهلاك الطاقة، مما يسهم في تمديد مدى القيادة بنسبة ملحوظة.

دراسات تحسين مدى القيادة

كشف الدكتور علاء الشرقاوي أن دراسات تحسين مدى القيادة، قد أشارت إلى أن تقنية المضخات الحرارية قد أسهمت في رفع كفاءة وزيادة مدى القيادة لبعض الطرازات من السيارات الكهربائية، من بينها:

نيسان ليف (Nissan Leaf):

أسهمت المضخات الحرارية بتحسين نظام التدفئة في هذه السيارة، مما أدى إلى زيادة مدى القيادة بنسبة تصل إلى 20% في الأجواء الباردة.

تيسلا طراز 3 (Tesla Model 3):

يعتمد هذا الطراز على مضخة حرارية لتحسين الكفاءة الحرارية، مما أدى إلى زيادة مدى القيادة بنسبة تصل إلى 10% في الطقس البارد.

هيونداي كونا الكهربائية (Hyundai Kona Electric):

استُعمِلَت المضخة الحرارية في هذه السيارة لتحسين كفاءة التبريد، مما يزيد من مدى القيادة بنسبة تصل إلى 15% في الأجواء الحارة.

فوائد بيئية

أكد الشرقاوي -خلال تصريحاته إلى منصة الطاقة- أن المضخات الحرارية لها تأثيرات إيجابية كبيرة في البيئة، لا سيما عند استعمالها في السيارات الكهربائية، من بينها:

1.تقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري:

تعمل المضخات الحرارية على تقليل استهلاك الطاقة، مما يؤدي إلى تقليل الطلب على الكهرباء الناتجة من مصادر طاقة تقليدية مثل الفحم والغاز، مما يقلل من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون والغازات الضارة الأخرى التي تسهم في تغير المناخ.

2- تحسين كفاءة الطاقة:

تعمل المضخات الحرارية على نقل الحرارة بدلًا من توليدها، مما يجعلها أكثر كفاءة في استعمال الطاقة مقارنة بالأنظمة التقليدية، مما يقلل الاعتماد على موارد الوقود الأحفوري غير المتجددة، ويسهم في الحفاظ على الموارد الطبيعية.

3- دعم التحول إلى الطاقة النظيفة:

مع تحول العالم نحو استعمال الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، تتكامل المضخات الحرارية بشكل مثالي مع هذه المصادر، وعندما تُشغّل المضخات الحرارية بالطاقة المتجددة، فإن التأثير البيئي يصبح شبه معدوم، مما يعزز من استدامة قطاع النقل.

4-إطالة عمر البطارية وتقليل النفايات الإلكترونية:

استعمال المضخات الحرارية لرفع كفاءة السيارات الكهربائية، من خلال تحسين كفاءة الطاقة بما يسهم في إطالة عمر البطارية ويقلل من الحاجة إلى استبدال البطاريات المتكرر، وهذا بدوره يقلل من النفايات الإلكترونية المرتبطة بصناعة البطاريات.

وأوضح الشرقاوي أن تكنولوجيا المضخات الحرارية تسهم عمومًا في تعزيز الاستدامة البيئية عبر تقليل استهلاك الطاقة وتقليل الانبعاثات الكربونية الضارة، مما يجعلها تقنية حيوية لدعم التحول نحو مستقبل أكثر نظافة، وأقل اعتمادًا على الوقود الأحفوري.

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًا..