Sähköautoilun energiankulutus ja -kustannukset


Kirjoituksessa käsitellään konkreettisten laskelmien kautta sähköauton kulutusta sekä siitä muodostuvia kustannuksia.

Sähköautolla ajamisessa suurin etu on ajamiseen tarvittavan energian edullisuus verrattuna polttoainekustannuksiin. Lataussähkön hinta tietysti vaikuttaa asiaan vahvasti. Kotona ladattaessa hinta koostuu siirtomaksusta, joka riippuu paikallisesta verkkoyhtiöstä, sähköverosta sekä sähköenergiasta. Näistä itse sähköenergian osuus on mahdollista kilpailuttaa. Kotilatauksen keskihintana voisi turvallisesti pitää 15 senttiä/kWh (mukana niin siirto, vero kuin energiakin). Siirron kiinteästä kuukausihinnasta voi näkökulmasta riippuen jyvittää osan lataussähkölle tai olla jyvittämättä – onhan sähköliittymä oltava joka tapauksessa, vaikka kotona ei lataisi autoa. Kiinteän kuukausierän osuus luonnollisesti pienenee energiayksikköä kohden latausmäärän kasvaessa, eli paljon lataava lataa suhteessa edullisemmin!

Asiointilataus on parhaimmillaan ilmaista, joskin ilmaislatauspisteet ovat vähenemään päin. Keskimäärin asiointilataus, eli maksimissaan 22 kW AC-lataus, maksaa yleensä noin 20 senttiä/kWh. Tämäkin on vielä varsin edullinen hinta kotilataukseen verrattuna. Pikalatauksen tulisi olla sähköauton kannattavassa käytössä pieni osa kokonaislatauksen tarvetta, joten jätän sen nyt pois käsittelystä. Pikalataus voi olla aikaperusteisesti hinnoiteltuna tehokkaasti lataavalla autolla jopa kotilatausta edullisempaa, tai epäedullisissa latausolosuhteissa monta kertaa kalliimpaa, joten sille ei voi suoraa kustannusta laskea. Toki hiljattain lanseerattu ABC-lataus tarjoaa pikalatausta energiaperusteisesti hinnoiteltuna, 25 senttiä/kWh, joten pikalatauksen voi ABC-latauksessa todeta olevan 25 % asiointilatausta kalliimpaa.

Käytän sähköauton keskimääräisenä kulutuksena arvoa 22,5 kWh/100 km ja oletetaan lataushäviöksi 10 %, mukaan lukien esilämmitys latauksen aikana. Tästä saadaan kokonaiskulutukseksi pyöristettynä 25 kWh/100 km. Sähköautolla energiakustannus olisi siis kotona ladattuna 3,75 €/100 km ja asiointilatauksessa 5 €/100 km. On huomioitavaa, että pienimmän kokoluokan autot kuluttavat tästä merkittävästi vähemmän ja suurimmat taas vastaavasti hieman enemmän, mutta näin tapahtuu myös polttoaineen kulutuksen kohdalla. 

Mitä 3,75 €/100 km kustannus tarkoittaisi polttoaineen kulutuksena? Tämän hetken bensiinin keskihinta on 95E10 laadulle noin 1,82€/litra ja dieselille noin 1,65 €/litra (Lähde: polttoaine.net / 1.11.2021 keskihinnat). Bensiiniä saa hiukan yli kaksi litraa ja dieseliä noin 2,3 litraa kyseisellä kustannuksella. Ei ole olemassa viiden henkilön polttomoottoriautoa, jolla olisi mahdollista päästä kyseisiin kulutuksiin maantie- ja kaupunkiajoa yhdistäen. Lataushybrideillä näihin polttoainekulutuksiin pääsee sopivalla ajotavalla, mutta silloin vastaavasti käytetään liikkumiseen myös sähköenergiaa.

Sähköauton energiakustannukset ovat ainakin puolet pienemmät, kuin vastaavan polttomoottoriauton

Ajatellaan sähköenergian kulutusta myös energiasisällön kautta. Bensiini sisältää energiaa noin 8,6 kWh/litra (95E10). Diesel vastaavasti 9,9 kWh/litra (B7) (Lähde: motiva.fi 2.11.2021). Näin ollen 25 kWh sähköä vastaa energiasisällöltään 2,9 litraa bensiiniä tai 2,5 litraa dieseliä. Sähkössä maksetaan siis energiasisällöstä suurin piirtein sama hinta kuin polttoaineissa, mutta sähköisen voimansiirron huomattavasti parempi kokonaishyötysuhde kääntää edun sähköisen voimansiirron hyväksi. 25 kWh/100 km ympärivuotisessa ajossa voisi kuluttaa esimerkiksi keskikokoinen katumaasturiluokan sähköauto. Tälle vertailukelpoinen polttomoottoriauto kuluttaisi bensiiniä luultavasti noin 7 litraa / 100 km ja dieseliä noin 6 litraa / 100 km, jolloin energiakustannukset olisivat bensiinillä 12,7 €/ 100 km ja dieselillä 9,9 €/ 100km. Lisäksi dieselissä tulisi huomioida merkittävänä kustannuksena käyttövoimavero. Sähköauton energiakustannukset ovat siis ainakin puolet pienemmät, kuin vastaavan polttomoottoriauton. Kulutuslukemia tulkittaessa painotan sitä, että arviot ovat ympärivuotisen käytön keskiarvot ja sisältävät niin kaupunki- kuin maantie- ja moottoritieajon.

 

LISÄÄ SÄHKÖAUTON KULUTUKSESTA

Miksi sähköauton kulutus voi nousta kylmässä huomattavasti verrattuna kesäkeliin? Tähän löytyy selitys samasta tekijästä kuin alhaisesta energiankulutuksesta itse ajossa. Sähköisen voimalinjan hyvä hyötysuhde ei tuota hukkalämpöä kuten polttomoottori. Polttomoottorissa suurin osa polttoaineen lämpöenergiasta poistuu lämpöhäviönä pakokaasun mukana. Tästä lämpöhäviöstä osa saadaan talvella hyötykäyttöön sisätilojen lämmittämiseen. Polttomoottorin käytännön hyötysuhde siis hieman nousee kylmissä olosuhteissa, kun lämmitykseen tarvitaan joka tapauksessa energiaa. Kesällä kaikki ylimääräinen lämpö on hukkaenergiaa, kun yleensä on päinvastoin jopa tarve jäähdyttää matkustamoa.

Kesällä sähköauto kulkee pienimmällä kulutuksella. Optimaalinen ajokeli on noin + 25 °C lämpötila, kuiva tie ja tuuleton sää. Tällöin ei tarvita juurikaan matkustamon viilennystä ja ilma on kevyttä sekä vierintävastus pieni. Kulutusennätyksiin on todennäköisesti suurin mahdollisuus päästä kyseisissä olosuhteissa kohtuullisilla ajonopeuksilla.

Kulutus kasvaa heti, kun sähköä tarvitaan myös muuhun kuin auton liikuttamiseen. Talvella lämmitykseen voidaan tarvita kovalla pakkasella jopa 5 kW teho. Ilmalämpöpumput alkavat olla uusissa sähköautoissa vakiovaruste, joka vähentää lämmitystehon tarvetta. 5kW lämmitysteho tarkoittaa esimerkiksi 50 km/h nopeudella 10 kWh/100 km kulutuslisää kesäkeliin verrattuna. Tässä täytyy huomioida se, että lämmitykseen kuluva energia kilometriä kohden kasvaa, kun keskinopeus laskee, koska lämmitystarve ei juurikaan ole sidottu auton nopeuteen, vaan energiaa kuluu 5kW keskiteholla 5 kWh tunnissa. Kulutusta nostaa lämmityksen lisäksi kylmän ilman suurempi ilmanvastus. Kylmä ilma on lämmintä ilmaa tiheämpää ja sen syrjäyttäminen vaatii enemmän energiaa. Tämä tilanne on sama käyttövoimasta riippumatta.

Polttomoottoriautolla ajettaessa esimerkiksi bensiinillä kulutuksella 6 litraa / 100 km, energiaa kuluu noin 52 kWh / 100 km. Tästä auton liikkumiseen kuluu noin 15 kWh, loput ovat erilaisia häviöitä. Jäähdytinnesteeseen siirtyvän lämpöhäviön suuruusluokka lienee noin 30 % luokkaa, joten jäähdytinnestettä tulee jäähdyttää noin 15 kW teholla kyseisellä kulutuksella ajettaessa. Tästä voidaan matkustamoon ottaa helposti 5 kW lämmitysteho ja loput poistaa jäähdyttimen kautta ulkoilmaan. Näin ollen bensiinimoottorisella autolla kylmissä olosuhteissa voidaan hyödyntää moottorin hukkalämpöä matkustamon lämmittämiseen ilman kulutuksen kasvua samassa suhteessa. Dieselmoottorisen auton tapauksessa pätee sama analogia, mutta kulutuslukema voi olla hieman eroava.

Sähköautolla ajettaessa myös nopeus vaikuttaa huomattavasti kulutukseen. Tämä johtuu siitä, että ilmanvastusvoima kasvaa nopeuden funktiona toiseen potenssiin. Kun nopeus kaksinkertaistuu, ilmanvastusvoima nelinkertaistuu. Sama pätee tietysti autoissa käyttövoimasta riippumatta. Renkaiden vierintävastus ja mahdollinen mäen nousuvastus ovat myös ajovastuksia, jotka vaikuttavat kulutukseen. Vierintävastus ei juurikaan muutu nopeuden muuttuessa ja nousuvastukset riippuvat maaston muodoista. Sähköautolla kulutus kasvaa nopeuden funktiona tarkemmin vastusvoimien kasvamisen suhteessa, koska sähköinen voimansiirto toimii hyvällä hyötysuhteella niin pienillä kuin isoilla nopeuksilla ajettaessa. Polttomoottorin hyötysuhde kasvaa, kun kuormitus kasvaa, hyötysuhde on parhaimmillaan lähellä parasta vääntömomenttia kuormituksen ollessa suuri. Tätä tilannetta ollaan lähempänä ajettaessa suurella vaihteella maantieajoa kuin ajettaessa pienellä vaihteella rauhallista kaupunkiajoa.

Kaupungissa sähköauto on hyötysuhteen kannalta huomattavasti polttomoottoriautoa parempi

Polttomoottoriauton kulutus ei siis nouse vastaavasti nopeuden funktiona, koska hyötysuhde kasvaa samalla kun energian tarve kasvaa. Kaupungissa sähköauto onkin hyötysuhteen kannalta huomattavasti polttomoottoriautoa parempi, etenkin kun huomioi kaupunkiliikenteessä väistämättä tarvittavien hidastusten osalta energian talteenoton takaisin akkuun jarrutuksissa.

Merkittävimmät kulutukseen liittyvät muuttujat ovat siis ajonopeus ja ulkolämpötila. Vähäisempiä, mutta kulutukseen kuitenkin selvästi vaikuttavia, ovat tienpinta eli sen kuivuus ja tasaisuus sekä itse pintamateriaali. Hiekkatiellä kulutus on suurempi kuin kestopäällysteellä, märkä tai loskainen tie tuottaa suuremman ajovastuksen kuin kuiva asfaltti. Lisäksi kulutukseen voi vaikuttaa tuulen suunta. Vastatuulessa auton ilmanopeus voi olla suurempi kuin tienopeus, jos ilma liikkuu eri suuntaan kuin auto. Myötätuulessa taas kulku on kevyempää.

Sähköauton energiakustannukset ovat noin 30-50 % pienemmät verrattuna polttomoottoriautoon

Sähköauto kuluttaa energiaa joka tapauksessa polttomoottoriautoa vähemmän, koska suurin osa energiasta tarvitaan ajoneuvon massan liikuttamiseen. Tässä sähköinen voimansiirto on lyömätön hyötysuhteeltaan. Joissain olosuhteissa sähköauton hyötysuhde-ero kapenee, kun polttomoottorin kokonaishyötysuhde kasvaa. Nykyisillä polttoaineen hinnoilla sähköautolla ajamiseen tarvittavan energian hinta keskimääräisillä koti- ja asiointilataushinnoilla on noin 30-50 % vastaavan polttomoottoriauton energiakustannuksista.

Tilaa uutiskirje suoraan sähköpostiisi

Haluatko saada tiedon uusista kirjoituksista suoraan sähköpostiisi? Tilaa nyt Autokeskuksen uutiskirje.

TILAA UUTISKIRJE