Không giống sử dụng xe động cơ đốt trong, người dùng xe điện phải phân biệt rạch ròi hai khái niệm “mức tiêu thụ năng lượng” và “hiệu suất”

Nếu chuẩn bị sắm xe điện, thì ngoài nguồn vốn và ổ cắm sạc, bạn hãy trang bị cả chút khái niệm cơ bản nữa.

Những người tiêu dùng sở hữu xe điện luôn để tâm tới lượng năng lượng chiếc “xế hộp” của họ sử dụng trong việc di chuyển. Đây là thông tin cốt yếu sẽ luôn hiện hữu bất cứ khi nào họ muốn, vì cơ bản, tài xế đang lái một cỗ máy tính biết đi, sẵn sàng đưa thông tin bất cứ khi nào người dùng cần truy xuất dữ liệu.

Dù con số hiệu suất có hiện ra dưới dạng watt-giờ mỗi dặm (đơn vị: Wh/mi) như trên xe Tesla, hay dặm đi được trên mỗi kilowatt-giờ (kWh), đơn vị thường có trên nhiều dòng xe điện khác, tài xế vẫn muốn biết lượng điện xe họ đã tiêu xài để đi được từng nào quãng đường. Tính toán con số cũ, họ có thể dự trù cho những đoạn đường xa trước mắt.

Thế nhưng, lượng điện dùng bởi hệ thống truyền động sử dụng, các thiết bị điều khiển không khí trong xe, bên cạnh các hệ thống nhỏ khác, chỉ là một phần trong toàn bộ khái niệm “hiệu suất” của một chiếc xe điện. Trong xe động cơ đốt trong, hai yếu tố “hiệu suất” và “năng lượng tiêu thụ” tương đồng. Nhưng trong xe điện, mối quan hệ trong tiêu thụ năng lượng phức tạp hơn thế.

Năng lượng không chỉ mất đi trong quá trình sạc, mà còn tiêu hao khi xe nằm trong bãi và không sử dụng tới điện. Hiển nhiên là công nghệ pin phức tạp hơn việc đổ đầy xăng vào xe. Ước tính cho thấy xe điện có thể dùng nhiều hơn từ 12-15% lượng năng lượng đưa vào pin trong một lần sạc; một số tiêu biến theo thời gian, một số bị chuyển thành nhiệt tỏa ra ngoài môi trường, và một chút năng lượng được dùng để ổn định nhiệt độ pin trong quá trình sạc.

Trong tài liệu phân tích thông số Tesla Model Y bản 2021, người dùng cần sạc 87,869 kWh để đưa được 77.702 kWh điện vào pin, một khoảng chênh lệch 13%. Còn trong hướng dẫn sử dụng phiên bản Model 3 của Tesla, người dùng được báo trước rằng với mỗi ngày xe không chạy, pin sẽ tụt khoảng 1%. Thử nghiệm thực tế cho thấy con số này có thể lên tới 12% khi nhiệt độ ngoài trời xuống tới -23 độ C.

Hiệu suất của một chiếc xe điện thường được tính bằng đơn vị MPGe – Miles per gallon gasoline equivalent, tạm dịch là số dặm tương đương với mỗi gallon nhiên liệu, chỉ khoảng cách trung bình đi được với mỗi đơn vị năng lượng mà xe sử dụng. Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (EPA) công bố đơn vị MPGe hồi năm 2010, nhằm sử dụng trong so sánh mức năng lượng xe điện tiêu thụ so với các loại xe sử dụng nhiên liệu khác. Mọi hoạt động của xe dùng tới điện đều sẽ được bao gồm trong phép tính MPGe, cho dù đó là điện dùng trong di chuyển, điều hòa nhiệt độ hay bật cần gạt nước.

Không nên nhầm lẫn đơn vị MPGe này với MPG (miles per gallon), dặm đi được với mỗi gallon xăng, dùng song song với đơn vị km/L – kilomet đi được trên mỗi lít xăng.

Tuy vậy, đơn vị MPGe vẫn được tính dựa trên lượng năng lượng có trong xăng. Khi đốt một lượng xăng bằng 1 gallon Mỹ (tương đương 3,785411784 lít), ta sẽ nhận được 115.000 BTU (đơn vị nhiệt Anh), bằng 33,7 kWh hoặc 121,3 MJ (megajoule, 1MJ = 1 triệu joule).

Một gallon Mỹ khi dùng trong tính vật chất khô lại nặng 4,40488377086 lít. Trong khi đó, một gallon Anh lại tương đương 4,54609 lít.

Khác biệt giữa “mức tiêu thụ” và “hiệu suất”

Đọc báo cáo thử nghiệm của Car and Driver thực hiện trong vòng hơn 1 năm và quãng đường 38.000 km, với chủ thể là Tesla Model 3 2019 phiên bản động cơ đôi chạy đường dài, ta có thể rút ra được những điểm nhạc nhau giữa hiệu suất và mức tiêu thụ:

Chiếc Model 3 tiêu tốn nhiều điện nhất vào tháng 1/2021, là tháng lạnh giời khi nhiệt độ xuống tới -1 độ C; nó sử dụng 358 watt-giờ điện để đi hết 1,6 km, tức là đi được 4,5km với mỗi kWh điện. Nhưng hồi tháng 8/2020, khi nhiệt độ ngoài trời đạt 24 độ C, một mốc được cho là thân thiện với pin, thì chiếc xe điện tiêu tốn ít năng lượng hơn hẳn: đi hết 1,6km mà chỉ tốn 256 watt-giờ, tức 6 km mà chỉ cần tới 1 kWh điện.

Đổi những đại lượng trên sang đơn vị MPGe, ta có:

Mức tiêu thụ điện của chiếc Model 3 cao hơn trong mùa đông, với 358 Wh/dặm bằng 94 MPGe, trong khi đó mức tiêu thụ mùa hè là 256 Wh/dặm, tương đương 123 MPGe.

Nhưng những con số trên lại không phải hiệu suất của xe. Con số mùa lạnh sẽ phải là 74 MPGe (thấp hơn 21% so với mức tiêu thụ), và con số mùa nóng sẽ là 107 MPGe (thấp hơn 19% so với mức tiêu thụ).

So sánh mức tiêu thụ và hiệu suất, ta thấy xấp xỉ 1/5 tổng lượng điện được sạc vào xe mất đi khi xe không di chuyển.

Nhưng đừng để con số 20% tổng lượng điện ấy khiến bạn bất an! Những thông số này đều cho thấy hiệu suất xe điện cao hơn xe động cơ đốt trong nhiều. Những chiếc xe dùng nhiên liệu diesel đốt bỏ tới 65-70% năng lượng có trong xăng, con số này lên tới 75% với xe chạy xăng. So sánh với nhiều những mẫu xe khác, hiệu suất trung bình của xe điện đạt 99 MPGe, tương đương 4,72km đi được với mỗi kWh điện, và đi 100 km sẽ tốn 21 kWh. Trong khi đó những xe sử dụng động cơ đốt trong có hiệu suất trung bình là 23 MPG, tức là đi 100 km sẽ tiêu tốn 20 lít xăng, tương đương 5 gallon Mỹ.

Ta lại có 1 kWh điện tương đương mức nhiệt 3.412 BTU, trong khi đó xăng tương đương tới 116.090 BTU với mỗi gallon, con số này còn cao hơn (129.488 BTU) khi xét tới dầu diesel. Những con số này sẽ khác biệt khi thay đổi cơ chế đốt nhiên liệu, tuy nhiên khác biệt không quá lớn.

Lời kết

Độ phức tạp của xe điện được thể hiện rõ ràng qua các phép tính, dù không khó nhưng quá nhiều thứ đơn vị năng lượng và phương pháp đo lường khiến nhiều người bối rối. Nhưng kết quả cuối cùng vẫn thể hiện rõ khả năng tối ưu của xe điện: mỗi đơn vị năng lượng mà xe điện tiêu thụ đều cho ra một quãng đường đáng kể. Dù rằng năng lượng điện có mất đi khi xe phải nằm một chỗ, hay sụt giảm do ảnh hưởng của thời tiết, xe điện vẫn hiệu quả hơn xe động cơ đốt trong.

Lại một lần nữa đề cao công nghệ xe điện, nhưng ta vẫn phải giải quyết được vấn đề pin trước đã. Có được pin giá rẻ và sản xuất đại trà thành công, nghiễm nhiên công nghệ động cơ đốt trong xả nhiều khí thải sẽ tự thoái lui thôi.