รถยนต์แห่งอนาคต.pdf

รถยนต์แห่งอนาคต.pdf

รถยนต์ไฟฟ้า (Electric Cars)

มองเทคโนโลยีและสังคมไปกับรถยนต์แห่งอนาคต

นางสาวสรารัตน์ บุญส่ง

สาขาเทคโนโลยีสารสนเทศ คณะวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์

มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ วิทยาเขตเฉลิมพระเกียรติ จังหวัดสกลนคร


บทคัดย่อ

ทุกวันนี้แหล่งพลังงานที่ใช้ส่วนใหญ่ได้จาก น้ำมันเชื้อเพลิง แต่ความต้องการพลังงานที่เพิ่มขึ้น และแหล่งผลิตที่มีอยู่จำกัด ทำให้เกิดปัญหาการขาดแคลนน้ำมัน ราคาน้ำมันในปัจจุบันมีการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว หากเปรียบกับราคาไฟฟ้าแล้ว ก็จะพบว่าราคาไฟฟ้ามีราคาที่ถูกกว่าอย่างเห็นได้ชัด จากเหตุดังกล่าว จึงได้มีการค้นคว้า และพัฒนาแหล่งพลังงาน เพื่อทดแทนพลังงานจากน้ำมันเชื้อเพลิงอย่างรถที่ใช้พลังงานไฟฟ้า
        
                                                                                       บทความ

ในปัจจุบันโลกกำลังประสบปัญหาด้านสิ่งแวดล้อม เนื่องจากการพัฒนาทางด้านเศรษฐกิจไม่ได้ควบคู่ไปกับการพัฒนาสิ่งแวดล้อม ปริมาณรถยนต์มีมากขึ้น ทำให้การใช้เชื้อเพลิงเพิ่มขึ้นตาม และขณะเดียวกันการเผาไหม้ของเครื่องยนต์ก็ก่อให้เกิดมลภาวะทั้งทางเสียง ทางอากาศและราคาน้ำมันที่สูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง ด้วยเหตุผลนี้จึงทาให้ผู้ผลิตรถยนต์เกือบทุกค่ายหันมาเร่งพัฒนารถยนต์ขับเคลื่อนด้วยรถยนต์พลังงานไฟฟ้าอย่างจริงจัง รถยนต์พลังงานไฟฟ้าจึงเป็นทางเลือกใหม่ที่มีแนวโน้มการขยายตัวสูงขึ้นในประเทศพัฒนา การใช้รถยนต์ไฟฟ้ามีข้อเด่นหลายประการเช่น ประสิทธิภาพพลังงานสูงกว่ารถยนต์ปกติเกือบเท่าตัว ช่วยลดมลพิษในการเดินทางโดยเฉพาะในเมือง มีราคาพลังงานที่มีเสถียรภาพสูงกว่าเชื้อเพลิงโตเลียม แต่ก็ยังคงมีข้อเสียอยู่หลายด้านเช่นกัน เช่นแบตเตอรี่มีน้ำหนักมาก ใช้เวลาในการเติมประจุมากกว่าการเติมเชื้อเพลิง ราคารวมยังสูงกว่ารถยนต์ปกติ เนื่องจากราคาของแบตเตอรี่ อย่างไรก็ตามเมื่อชั่งน้ำหนักของข้อดี และข้อเสียแล้วรถยนต์ไฟฟ้าจะก่อให้เกิดผลดีในภาพรวมอย่างมากโดยเฉพาะด้านสิ่งแวดล้อมของนครขนาดใหญ่ ดังนั้น จึงเกิดแนวคิดในการสนับสนุนให้มีการใช้รถยนต์ไฟฟ้ามากขึ้นโดยการแทรกแซงตลาดด้วยการอุดหนุนจากภาครัฐ

รถยนต์พลังงานไฟฟ้า (Electric Car) เป็นรถยนต์ที่ใช้พลังงานทางเลือก ซึ่งเรียกย่อๆว่า EV (Electric Vehicles) ซึ่งอาจมีชื่อเรียกอย่างอื่นๆว่า รถเสียบปลั๊ก  รถยนต์ใช้พลังแบตเตอรี่  จัดเป็นรถยนต์ ที่ขับเคลื่อน ด้วยพลังจากมอเตอร์ไฟฟ้า (electric motor)       รถยนต์ไฟฟ้ามีศักยภาพที่จะลดมลพิษในเมือง โดยที่ในตัวของมันเองไม่มีการเผาไหม้เลย เมื่อเราเรียกรถยนต์ไฟฟ้า หรือ Electric car นั้นจะแตกต่างจากรถยนต์ที่ใช้พลังงานไฟฟ้าอื่นๆ เช่น Hybrid Electric Cars หรือรถยนต์ไฟฟ้าผสมกับเครื่องยนต์เผาไหม้ปกติ หรือรถยนต์ไฟฟ้าลูกผสมแบบเสียบปลั๊ก (Plug-in Electric Vehicles – PHEV) คือใช้แบตเตอรี่เป็นพลังงานที่ชาร์ตไฟด้วยการเสียบปลั๊กร่วมกับเครื่องยนต์แบบเผาไหม้

รถไฟฟ้าทำงานอย่างไร

เมื่อเปรียบเทียบกับรถที่ใช้พลังงานจากน้ำมัน องค์ประกอบของรถไฟฟ้าไม่มีความซับซ้อน เช่น มอเตอร์ไฟฟ้า มีส่วนที่เคลื่อนที่เพียงส่วนเดียว ขณะที่รถยนต์ธรรมดามีเป็นร้อยส่วน

	ระบบกำลัง รถไฟฟ้าจะเก็บไฟฟ้าในแบตเตอรี่และนำมาใช้ในการขับเคลื่อนมอเตอร์เมื่อต้องการ โดยมีเครื่องควบคุมการทำงานของชุด  แบตเตอรี่ นอกจากนยังมีเทคโนโลยีอื่นๆ เช่น เซลล์เชื้อเพลิง “Fuel cell” ซึ่งได้รับการพัฒนาสำหรับรถไฟฟ้าซึ่งมีหน้าที่             สร้างไฟฟ้าผ่านกระบวนการทางเคมี ขณะขับขี่ตามความต้องการของรถไฟฟ้าชนิดนั้นๆ   ระบบพลังงาน การไหลผ่านของกระแสไฟฟ้าจากที่เก็บอยู่ในแบตเตอรี่ไปยังมอเตอร์จะถูกกำหนดโดยตัวควบคุมเครื่อง (motor controller)              ซึ่งเป็นเสมือน “สมอง” ของรถและเป็นองค์ประกอบหลักของระบบพลังงาน ถ้ารถไฟฟ้ามีระบบมอเตอร์แบบกระแสสลับ ระบบพลังงานจะมีส่วนที่เป็นตัวแปลงกลับ (inverter) เพื่อเปลี่ยนกระแสไฟ             แบบ DC จากแบตเตอรี่เป็นกระแส AC สำหรับมอเตอร์ การขับเคลื่อน ส่วนนี้เป็นกล้ามเนื้อของรถไฟฟ้ามอเตอร์ไฟฟ้าซึ่งเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าให้เป็นพลังงานกล ซึ่งถูกส่งไปยังล้อผ่านเพลา               เพื่อขับเคลื่อนยานพาหนะ ระบบการชาร์จ เครื่องชาร์จเปลี่ยนกระแสไฟฟ้ากระแสสลับเป็นกระแสตรง เพื่อป้อนให้กับแบตเตอรี่ในการเก็บพลังงาน หลังจากได้ใช้                 ไปจนหมด รถไฟฟ้าบางประเภทมีเครื่องประจุแบตเตอรี่อยู่บนตัวรถ ขณะที่รถไฟฟ้าบางประเภทใช้เครื่องชาร์จติดตั้ง ภายนอกและทำการชาร์จในบริเวณที่จัดไว้ กระแสไฟฟ้าจะถูกส่งผ่านไปยังรถโดยผ่านเครื่องชาร์จ

ระยะวิ่ง และเวลาในการชาร์จไฟ

รถยนต์ที่ใช้น้ำมันแม้น้ำมันหมดก็สามารถหาเติมได้ไม่ยากประกอบกับใช้เวลาเติมไม่มากดังนั้นขนาดของถังน้ำมันและระยะการวิ่งของรถยนต์ต่อน้ำมันหนึ่งถังนั้นไม่ได้มีความสำคัญมากนัก แต่ต่างกับรถพลังงานไฟฟ้าที่เสียเวลาในการชาร์จไฟนานและสถานีชาร์จไฟก็ไม่ทั่วถึงไม่ครอบคลุมอย่างปั๊มน้ำมันดังนั้นกลุ่มเป้าหมายของรถพลังงานไฟฟ้าจะไปจับอยู่ที่คนเมืองที่ขับรถวันต่อวันมากกว่าเพราะว่าสามารถนำรถกลับมาชาร์จไฟที่บ้านได้วันต่อวัน

รถพลังไฟฟ้า Tesla Roadster วิ่งได้ 244 ไมล์ (393 กิโลเมตร) ต่อการชาร์จหนึ่งครั้งมากกว่ารถพลังงานไฟฟ้าส่วนใหญ่ที่มีอยู่ตลาดกว่าครึ่ง และชาร์จให้เต็มหนึ่งครั้งก็ต้องใช้เวลาประมาณ 3.5ชั่วโมง จากเต้าเสียบ 220โวลต์​70แอมป์ที่สามารถติดตั้งตามบ้านได้^[

วิธีที่จะ"ทำแบตเตอรี่ให้เต็ม"รวดเร็วกว่าการชาร์จปกติก็คือ การสับเปลี่ยนแบตเตอรี่ วิธีการก็คือเปลี่ยนแบตเตอรี่ที่อยู่ในรถกับแบตเตอรี่ที่ถูกชาร์จให้เต็มไว้ก่อนแล้วที่สถานีสับเปลี่ยนแบตเตอรี่ โดยขั้นตอนดังกล่าวใช้เวลาเพียง 59.1วินาทีเท่านั้นเร็วกว่าปลอดภัยกว่าการเติมน้ำมันจากปั๊มน้ำมันเสียอีก แต่สถานีลักษณะนี้จะต้องมีการลงทุนมหาศาลเนื่องจากต้องมีแบตเตอรี่สำรองไว้จำนวนมาก

ทำไมเราจึงต้องขับรถไฟฟ้า

ให้ประสบการณ์การขับขี่ที่เงียบและสะอาด

รถไฟฟ้าให้ประสบการณ์การขับขี่ที่นิ่มนวล ปราศจากควัน และ เสียงรบกวน เพราะมอเตอร์ไฟฟ้าจะไม่ทำงานขณะรถจอด จึงไม่ก่อให้เกิดเสียงติดเครื่อง (idle noise) นอกจากเสียงนุ่ม ๆ จากมอเตอร์และล้อหมุนขณะวิ่ง

ประสิทธิภาพสูง

รถไฟฟ้ามีอัตราการเร่งอย่างรวดเร็ว จากการส่งพลังงานไปยังล้อทันที ด้วยการให้แรงบิดสูงที่ความเร็วระดับต่ำ ทำให้เกิดความนุ่มนวลและตอบสนองได้อย่างรวดเร็วในการขับขี่รถไฟฟ้าที่มีการออกแบบเป็นอย่างดี เช่น จากบริษัทผู้ผลิตรถยนต์ใหญ่ๆ สามารถขับเคลื่อนได้ด้วยความเร็วเท่ากับรถยนต์ธรรมดา รวมทั้งให้ความปลอดภัยและประสิทธิภาพสูง

ค่าใช้จ่ายในการใช้งานไม่แพง

ค่าใช้จ่ายสำหรับเชื้อเพลิงต่อระยะทางที่เท่ากันสำหรับรถไฟฟ้าน้อยกว่า รถที่ขับเคลื่อนด้วยน้ำมันเชื้อเพลิง การประหยัดจำนวนเงินที่แน่นอนขึ้นอยู่กับอัตราค่าไฟฟ้าในแต่ละท้องถิ่นและความหลากหลายตามการใช้งาน นอกจากนี้ผู้ใช้รถไฟฟ้าสามารถประหยัดค่าซ่อมบำรุงที่เกิดขึ้นกับรถ

รักษาสิ่งแวดล้อม

รถไฟฟ้าเป็นมิตรกับกับสิ่งแวดล้อมไม่ก่อให้เกิดมลภาวะละเป็นยานพาหนะชนิดเดียวเท่านั้นที่ไม่มีไอเสีย เพราะใช้พลังงานจากไฟฟ้าและถึงแม้ว่าแหล่งกำเนิดพลังงานสำหรับรถไฟฟ้าจะใช้น้ำมันและปล่อยควัน แต่เมื่อเปรียบเทียบจะพบว่าน้อยกว่ารถยนต์ที่ใช้พลังงานจากน้ำมันมาก

รถยนต์ไฟฟ้าในอนาคตจะมีลักษณะเด่นอะไรบ้าง

1. บนหลังคารถ จะกลายเป็นที่ติดตั้งแผงเซลล์สุริยะ หรือ “โซลาร์เซลล์” เพื่อคอยแปลงแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้า

2. รถไฟฟ้ามีข้อดีมากมาย แต่ข้อเสียสำคัญที่ต้องระวัง คือ ไม่มีเครื่องยนต์หรือเครื่องยนต์เดินเงียบมาก ฉะนั้นจึงมีการคิดค้นระบบเล่นเสียงเพลงขึ้นมาระหว่างขับขี่ เพื่อส่งสัญญาณเตือนให้คนสัญจรตามท้องถนน โดยเฉพาะผู้พิการรับรู้

3. ระบบเบรก จะผลิตกระแสไฟฟ้าส่งกลับคืนไปเก็บไว้ยังแบตเตอรี่ได้ และขณะนี้รถหรูบางรุ่นก็นำมาใช้แล้ว

4. รถไฟฟ้ารุ่นใหม่ ๆ จะไม่มีเครื่องยนต์ เพราะล้อหมุนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้า นักออกแบบจึงมีพื้นที่เหลือเฟือสำหรับเพิ่มลูกเล่น และเทคโนโลยีใหม่ๆ เข้าไปในตัวรถ

5. ตัวถังจะไม่หนักหนาสาหัสแบบรถรุ่นเก่า เพราะไม่ได้ทำจากโลหะ แต่ผลิตจากวัสดุ “ไบโอพลาสติก” ซึ่งรีไซเคิลมาจากน้ำมันพืช แป้งข้าวโพด หรือสาหร่ายทะเล

6. รถทุกคันจะติดตั้งดาวเทียมนำทาง (จีพีเอส) บอกตำแหน่งเปลี่ยนแบตเตอรี่ลูกใหม่ หรือตำแหน่งชาร์จไฟฟ้า

7. ยามไม่ใช้รถ ไฟฟ้าที่ยังเหลือในแบตเตอรี่สามารถต่อพ่วงจ่ายไฟใช้งานภายในบ้านหรือนำไป “ขาย” ด้วยการต่อเข้ากับระบบสายไฟในชุมชนก็ยังได้

การพัฒนารถยนต์แห่งอนาคตต้องพึ่งพาเทคโนโลยีหลัก 3 อย่าง

1. พลังงาน ศักยภาพของรถยนต์แห่งอนาคตย่อมขึ้นอยู่กับพลังงานเป็นหลัก ซึ่งคำตอบสุดท้ายต่อไปจากนี้คงหนีไม่พ้น “พลังงานทางเลือก” ที่ต้องสะอาด เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ประหยัด และมีประสิทธิภาพสูง อาทิเช่น พลังงานไฟฟ้า ที่ทำให้เกิดรถยนต์แบบ Plug-in ที่จะเปลี่ยนโฉมปั๊มน้ำมันในโลกอนาคตให้เป็นสถานีจ่ายไฟโดยการเสียบปลั๊ก

วิสัยทัศน์แห่งโลกยานพาหนะนี้จะเชื่อมโยงกับโครงสร้างอื่นของสังคมด้วย อันดับแรกคือ ที่มาของพลังงานไฟฟ้านี้จะต้องเปลี่ยนรูปแบบไป ไม่ใช่แค่การพึ่งพาสาธารณูปโภคของรัฐเพียงอย่างเดียว แต่ละบ้านจะต้องมีแหล่งผลิตไฟฟ้าของตัวเอง โดยเฉพาะจากพลังงานแสงอาทิตย์และพลังลม ซึ่งเชื่อมโยงกับระบบไฟฟ้า “สมาร์ทกริด” (Smart Grid) ที่กำลังพัฒนากันอยู่ในหลายประเทศ (ที่เมืองไทยก็เริ่มแล้วในเชียงใหม่) นอกจากนั้นแล้ว ในอนาคตต่อไปยังอาจจะมีรถยนต์พลังงานไฮโดรเจน, รถยนต์พลังแรงดันอากาศ (ด้วยระบบบีบอัดแรงดันสูงที่ปล่อยอากาศมาขับเคลื่อนรถ เป็นพลังสะอาดที่ไม่เป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม), รถยนต์ไฮบริดที่สามารถสลับระบบการใช้พลังงานได้หลายประเภท ออกมาเป็นทางเลือกเพิ่มเติมอีก

2. วัสดุ เพื่อการขับเคลื่อนที่มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น รถยนต์ในยุคหน้าจะมองหาวัสดุใหม่ที่ทนทานขึ้นแต่มีน้ำหนักเบาลง เหล็กทั้งหลายจะถูกแทนที่ด้วย Duraluminum, Fiberglass, Carbon Nano Fiberglass ฯลฯ ในขณะที่กระจกรถ (Windshield) ก็จะเป็นเทคโนโลยีนาโน ซึ่งน้ำ ฝุ่น โคลน ไม่เกาะ และให้ทัศนวิสัยดีเยี่ยม

3. เทคโนโลยีการควบคุมรถ ขณะนี้มีการศึกษาและทดลองนำระบบคอมพิวเตอร์เข้ามาผสานกับโครงสร้างของถนนในรูปแบบใหม่ มันสามารถจัดระบบการจราจร เข้าควบคุมพวงมาลัย เกียร์ คันเร่ง ได้โดยข้อมูลที่ตั้งค่าไว้ ความก้าวล้ำทางเทคโนโลยีนี้จะส่งผลให้ท้องถนนในวันหน้ามีระบบระเบียบมากขึ้น ผู้คนเดินทางได้เร็วขึ้น ประหยัดพลังงาน แก้ปัญหารถติด ลดอุบัติเหตุ ฯลฯ โดยระบบนี้จะทำงานร่วมกับรถยนต์โรบอท (Robotic car) ที่ไม่พึ่งพาคนขับ (Driverless) ผู้ใช้รถสามารถผ่อนคลายหรือทำกิจกรรมอื่นไปในระหว่างเดินทางได้

สรุปว่า การเปลี่ยนวิถีบริโภคหลัก (จากน้ำมันเชื้อเพลิงสู่พลังงานสะอาด) จะเกิดเป็นจริงได้ สังคมจำเป็นต้องเตรียมโครงสร้างของสาธารณูปโภคไว้รองรับอย่างเพียงพอด้วย

ทุกวันนี้เริ่มมีรถยนต์พลังงานไฟฟ้าออกมาวิ่งตามท้องถนนที่ต่างประเทศบ้างแล้ว แต่เพราะยังเป็นนวัตกรรมใหม่ รถยนต์พลังงานไฟฟ้าจึงยังมีราคาแพงระยับเหยียบคันละหลายล้านบาท ทว่าผู้เชี่ยวชาญคาดการณ์ว่าในอนาคตอันใกล้นี้รถยนต์พลังงานไฟฟ้าจะมีราคาถูกลงอย่างแน่นอน และจะเข้ามาแทนที่รถยนต์ที่ใช้น้ำมันหรือก๊าซธรรมชาติ เชื่อว่าอีก 10-20 ปีข้างหน้า อุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้าจะเจริญรุ่งเรืองขึ้นอย่างก้าวกระโดด เหตุผลคือ ตราบใดยังมีการคมนาคม รถยนต์ยังเป็นสิ่งจำเป็นในชีวิตประจำวัน แม้ไม่มีส่วนตัวก็ต้องใช้ในระบบสาธารณะ

ข้อสรุป

รถยนต์คือพาหนะที่เป็นตัวชี้วัดความก้าวหน้าของสังคม ทั้งในด้านเทคโนโลยี พลังงาน และวิถีชีวิต รถไม่ได้ชี้วัดได้เพียงภาพปัจจุบันของสังคม แต่ยังสามารถทำนายถึงความเป็นไปใน “อนาคต” ด้วย

เอกสารอ้างอิง

[1] http://www.meesara.com/?p=271 [15 มกราคม 2556]

[2] http://men.kapook.com/view54208.html [ 15 มกราคม 2556]

[3] http://article.tcdcconnect.com/ideas/future-car [ 15 มกราคม 2556]