Deel 1 / Deel 2
De velomobiel en de elektrische fiets zijn twee technologieën die de beperkte actieradius van de fietser vergroten — de eerste door het optimaliseren van de aerodynamica en de ergonomie, de tweede door de ondersteunende trapkracht van een elektrische motor gevoed door een batterij.
De elektrische velomobiel combineert beide benaderingen en drijft daarmee de actieradius van de fietser naar het toppunt. De fiets kan ook op langere afstanden de rol van de auto overnemen.
Foto’s: fietser.be
——————————————————————————————————–
|
// http://pagead2.googlesyndication.com/pagead/show_ads.js |
——————————————————————————————————–
De elektrische fiets
Weinig mensen zien de fiets als een alternatief voor de auto op wat langere afstand. Zelfs in Nederland, het meest fietsvriendelijke land in de westerse wereld, is 77 procent van de verplaatsingen per fiets een rit van minder dan 5 kilometer. Slechts één procent van de verplaatsingen per fiets in Nederland betreft een rit langer dan 15 kilometer. (Bron: CBS). De gemiddelde autorit in Nederland is daarentegen 16,5 kilometer lang, terwijl de gemiddelde autorit naar het werk 22 kilometer bedraagt (cijfers 2008 – pdf). In Vlaanderen is dat respectievelijk 13 km en 18,8 kilometer (cijfers 2010).
Het is duidelijk dat de fiets geen volwaardig alternatief is voor de auto. Afhankelijk van de conditie, haalt een fietser een kruissnelheid van 10 tot 25 kilometer per uur, zodat de gemiddelde rit naar het werk zo’n twee tot vier uur zou kosten, heen en weer. Een forse tegenwind maakt de reis nog langer, of maakt dat de fietser badend in het zweet aankomt. Bij regenweer wordt de fietser nat en bij koud weer bevriezen handen en voeten. Het ondernemen van langere trips met een gewone fiets heeft ook een invloed op het lichaam: polsen, schouders, rug en zitvlak lijden onder de belasting, vooral wanneer er voor een sneller type fiets wordt gekozen.
Een fiets met trapondersteuning van een elektrische motor lost een aantal van deze problemen op, maar niet allemaal. De elektrische motor kan worden ingezet om sneller op bestemming te raken, of om dezelfde snelheid te halen met minder inspanning, maar de fietser blijft onbeschermd tegen wind en regen. Langere ritten zullen het lichaam nog steeds belasten. Bovendien is de actieradius van de elektrische fiets (ongeveer 25 km) maar net groot genoeg voor de gemiddelde – enkele – rit naar het werk. Voor mensen die iets verder van hun werk wonen zou de technologie dus geen oplossing bieden.
De elektrische velomobiel
De velomobiel – een ligfiets met een aerodynamisch koetswerk – biedt een interessanter alternatief voor lange afstanden. Het koetswerk beschermt de rijder (en de bagage) tegen weer en wind, terwijl het comfortabele zitje de druk op het lichaam beter verdeelt, zodat er langere ritten kunnen worden ondernomen zonder lichamelijk ongemak. Daarbij is de velomobiel (ook zonder elektrische hulpmotor) een stuk sneller dan de gewone fiets. Een gewone fiets (met daarop een fietser) is immers een aerodynamische ramp.
Bij snelheden onder de 10 km/u vormt de rolweerstand de grootste weerstand voor de fietser. De luchtweerstand wordt steeds belangrijker naarmate de snelheid stijgt, en wordt de dominerende factor bij snelheden boven de 25 km/u. Dat komt omdat de rolweerstand proportioneel stijgt met de snelheid, terwijl de luchtweerstand toeneemt met het kwadraat van de snelheid. Omdat een velomobilist veel aerodynamischer is dan een gewone fietser — de ‘weerstandscoëfficiënt‘ van een velomobillist is tot 30 keer lager — kan hij of zij hogere snelheden halen van zodra de lucht de belangrijkste weerstand vormt.
——————————————————————————————————–
Een elektrische motor elimineert de zwakheden van een velomobiel — en versterkt de voordelen
——————————————————————————————————–
Langs de andere kant is de velomobiel zwaarder dan een fiets, wat betekent dat het meer energie kost om te versnellen en om te klimmen. Versnelling is omgekeerd evenredig met de massa, zodat een velomobiel om op gang te komen ongeveer twee keer zoveel energie nodig heeft dan een gewone fiets.
Eens uitgerust met een elektrische motor, worden de zwakke eigenschappen van de velomobiel — versnellen en klimmen — geëlimineerd. Tegelijkertijd zorgt de motor ervoor dat de voordelen van de velomobiel verder wordt versterkt. De snelheid of de actieradius van de velomobilist nemen nog verder toe. Daarbij komt dat dezelfde batterij een veel betere actieradius oplevert in een velomobiel dan op een elektrische fiets, omwille van de betere aerodynamica van het voertuig.
Ferrari op spierkracht
Eind augustus ontdekte ik per toeval de winkel en werkplaats van Fietser.be in Gent. Brecht Vandeputte, vandaag de drijvende kracht achter het bedrijf, nodigde me uit om een testrit te maken met de eWAW, een snelle velomobiel met een elektrische hulpmotor van 250 watt. Brecht en ik reden ongeveer 1,5 uur door de stad Gent en op het jaagpad langs de Schelde.
De WAW velomobiel (zonder elektrische trapondersteuning) werd oorspronkelijk ontwikkeld voor het winnen van races. De gestroomlijnde driewieler die door Fietser.be wordt verkocht, is daar een afgeleide versie van, geschikt voor het dagelijkse verkeer. Brecht Vandeputte omschrijft de WAW als “de Ferrari onder de velomobielen”. Er zijn recent een paar snellere velomobielen gemaakt, vertelt hij, maar die zijn alleen inzetbaar op circuits. “Met de WAW kan je een verkeersdrempel over”.
In tegenstelling tot de racewagen beschikt de versie voor dagelijks gebruik onder meer over een lekbestendiger achterband, open wielkasten (wat de WAW wendbaarder maakt), een verstelbare zitplaats en een crashbestendiger en duurzamer koetswerk. Dat kost allemaal wat snelheid, maar komt het comfort, het gebruiksgemak en de veiligheid ten goede.
De WAW wordt binnen het wereldje algemeen erkend als de snelste, praktisch inzetbare velomobiel die er op de markt is. Om te beginnen is hij met zijn gewicht van 28 kilogram een stuk lichter dan de meeste andere velomobielen. De bekendste modellen, de Quest en de Alleweder, wegen elk 34 kg. Terwijl andere fabrikanten goedkopere maar zwaardere materialen gebruiken, zoals glasvezel en aluminium, heeft de WAW een koetswerk uit aramide (Kevlar) en koolstofvezel. Sterk, maar vederlicht.
——————————————————————————————————–
De eWAW is wellicht het zuinigste persoonlijk gemotoriseerd voertuig dat er bestaat
——————————————————————————————————–
De WAW valt ook op door zijn erg lage zwaartepunt. De bestuurder zit zeer dicht bij de grond: de bodemspeling bedraagt nauwelijks 9 centimeter en het voertuig is slechts 90 centimeter hoog. Samen met de brede wielbasis, de harde vering en de precieze besturing (met twee pookjes in plaats van één) brengt dat een uitmuntende wegligging met zich mee. De WAW rijdt zelfs aan hoge snelheden kaarsrecht en je kan er snel scherpe bochten mee nemen.
Uiteraard heeft de WAW ook alle nadelen die je van een echte sportwagen kan verwachten. De afwerking van het interieur is spartaans en als je een kasseiweg op rijdt, rammelt het voertuig zo hard dat je vreest dat het uit elkaar gaat vallen. Ook heb je door de extra lage zitpositie een minder goed overzicht over het verkeer. Wie tevreden is met een wat lagere snelheid, krijgt daar dus bij andere velomobielen wel wat comfort voor in de plaats, zeker als de wegomstandigheden minder ideaal zijn. De biotoop van de WAW is ook de biotoop van de racefiets: de rijbaan eerder dan het fietspad, jaagpaden, fietssnelwegen.
Fietsen aan 50 km/u
De eWAW is alles wat de WAW is, plus een elektrische motor van 250 watt, gevoed door een verrassend kleine batterij van 288 Wh. Batterij, motor en andere voorzieningen voor elektrisch rijden brengen het gewicht van de eWAW op 33 kg, vergelijkbaar met het gewicht van andere velomobielen zonder elektrische trapondersteuning. De eWAW is daarmee ruim tien kilogram lichter dan andere velomobielen met elektrische trapondersteuning van 250 watt: de hybride Alleweder en de e-Sunrider (die nog in ontwikkeling is) wegen elk 45 kg.
Hoe snel is de WAW, en hoeveel sneller is de eWAW met elektrische trapondersteuning? Eenvoudige vraag, maar er is geen eenvoudig antwoord op. Ten eerste is de eWAW een hybride voertuig, maar één van de motoren (de bestuurder) wordt niet meegeleverd. De snelheid van de eWAW hangt gedeeltelijk af van het vermogen van de bestuurder, want die levert altijd het grootste deel van het totale vermogen. Een mooie illustratie daarvan vormt de testrit die ik samen met Brecht maakte. Op het jaagpad langs de Schelde haalden we over een periode van meer dan een uur een gemiddelde snelheid van 40 kilometer per uur: ik in een eWAW met regelmatige ondersteuning van de elektrische motor, Brecht in een WAW zonder hulpmotor.
——————————————————————————————————–
De elektrische hulpmotor geeft met zijn 250 watt extra vermogen iemand met een gemiddelde conditie het vermogen van een topatleet
——————————————————————————————————–
In de fietsliteratuur wordt een onderscheid gemaakt tussen drie soorten fietsers: mensen met een gemiddelde conditie, mensen met een goede conditie, en topatleten. Een persoon met een gemiddelde conditie kan urenlang een vermogen van minstens 75 watt leveren. Over een periode van ongeveer een uur stijgt dat naar 100 tot 150 watt. In een WAW vertaalt zich dat in een snelheid van 35 tot 40 km/u onder ideale omstandigheden (race-circuit en volledig afgesloten voertuig). Mensen met een goede conditie kunnen urenlang een vermogen van minstens 100 watt volhouden, wat oploopt tot zo’n 200 watt als ze zich slechts een uur lang inspannen. Dat vertaalt zich in snelheden van 45 tot 50 km/u onder dezelfde omstandigheden.
De elektrische hulpmotor geeft met zijn 250 watt extra vermogen iemand met een gemiddelde conditie (zoals ik) het vermogen van een topatleet (100 + 150 watt = 350 watt).
Piekvermogen
Het eerste wat ik probeerde van zodra ik me op een mooi stuk rechte weg bevond, was vol gas geven en tegelijk ook als een gek beginnen trappen. Met meer dan 350 watt tot mijn beschikking, zo rekende ik uit, moest ik zeker snelheden kunnen halen van 70 of 80 km/u. Maar ik raakte niet boven de 50 kilolmeter per uur — de eWAW beschikt niet over de nodige versnellingen om hogere snelheden mogelijk te maken.
Waarom niet? Omdat de eWAW ontworpen is met het oog op maximale efficiëntie. De elektrische motor is alleen maar bedoeld om gebruikt te worden tijdens de acceleratie (en bij het klimmen). Van zodra de velomobilist een kruissnelheid van 40 tot 50 km/u behaalt, schakelt hij of zij voor 100 procent over op trapkracht.
De eWAW verhoogt de kruissnelheid of topsnelheid van de WAW dus niet, maar verhoogt wel de gemiddelde snelheid aangezien accelereren sneller gaat. Dat is een ander concept dan dat van de elektrische fiets, waar de trapondersteuning continu is bij normale kruissnelheden. Het concept van de eWAW is echter zinvol, omdat fietsen en velomobielen zo verschillend zijn.
——————————————————————————————————–
De motor ondersteunt de bestuurder alleen tijdens de acceleratie, waardoor de actieradius van zowel de bestuurder als de batterij spectaculair toenemen
——————————————————————————————————–
Een gewone fietser heeft tijdens het accelereren minder energie nodig dan een velomobilist (omdat de fiets lichter is), maar heeft meer energie nodig om op snelheid te blijven (omwille van de zwakkere aerodynamica). Een continu ondersteuning van de motor bij kruissnelheid is dus aangewezen. Een velomobilist heeft tijdens het accelereren meer energie nodig dan een fietser (omdat het voertuig zwaarder is), maar heeft minder energie nodig om op snelheid te blijven (omwille van de uitmuntende aerodynamica). Een ondersteuning van de motor bij kruissnelheid is dus minder belangrijk.
De keuze om de bestuurder alleen maar te assisteren tijdens de acceleratie verhoogt de actieradius van zowel de rijder als de batterij. De elektrische motor helpt de rijder tijdens piekinspanningen, zoals acceleraties, waardoor het uithoudingsvermogen van de bestuurder spectaculair stijgt. (Piekinspanningen hebben een vernietigend effect op het uithoudingsvermogen, terwijl trappen aan een rustiger tempo vele uren lang kan worden volgehouden). Omdat de elektrische motor wordt uitgeschakeld eens de velomobiel op kruissnelheid is, vergroot de actieradius van de batterij al even spectaculair.
Dit gezegd zijnde, kan de bestuurder van de eWAW er wel degelijk voor kiezen om de motor te gebruiken op kruissnelheid, aangezien de motor manueel wordt geactiveerd. Dat is de manier waarop ik met de eWAW reed. Als gevolg daarvan viel de actieradius van de batterij terug tot ‘slechts’ 60 kilometer, maar zo kon ik tenminste Brecht bijhouden.
80 keer zuiniger dan een elektrische auto
Het monteren van een elektrische motor in een velomobiel is controversieel binnen het wereldje van de velomobilisten, net zoals de elektrische fiets vaak afkeurend wordt bekeken door vele fanatieke fietsers. Vergelijken we de elektrische velomobiel echter met de elektrische auto, dan hebben we duidelijk een winnaar in handen. De elektrische velomobiel is alles wat de elektrische auto wil zijn, maar niet is: een duurzaam alternatief voor de auto met verbrandingsmotor.
De eWAW kan daarbij beschouwd worden als een referentie: het is nagenoeg onmogelijk om een persoonlijk, gemotoriseerd en praktisch voertuig te ontwerpen dat efficiënter is dan de eWAW.
Een eenvoudig rekenvoorbeeld illustreert dit. Het opladen van 5 miljoen elektrische velomobielen zoals de eWAW vereist een elektriciteitsverbruik van 1,44 gigawatt-uur per dag, het opladen van 5 miljoen elektrische auto’s zoals de Nissan Leaf vereist een elektriciteitsverbruik van 120 gigawatt-uur per dag. De elektriciteitsopbrengst van windturbines in Nederland bedroeg in 2011 gemiddeld 12,94 gigawatt-uur per dag (cijfers: “Hernieuwbare energie in Nederland 2011“). Dat wil zeggen dat er voor het opladen van 5 miljoen eWAW’s slechts 11 procent van de nu door windturbines opgewekte elektriciteit in Nederland nodig is. Voor het opladen van 5 miljoen Nissans zou de elektriciteitsproductie door windturbines daarentegen negen keer groter moeten zijn dan ze vandaag is.
——————————————————————————————————–
Voor het opladen van 5 miljoen elektrische velomobielen is slechts 11 procent van de nu door windturbines opgewekte elektriciteit in Nederland nodig
——————————————————————————————————–
Kortom: scenario 1 is realistisch, scenario 2 is dat niet. Zelfs als we voluit aan carpooling zouden doen, en er dus vijf mensen in elke elektrische auto zouden zitten, blijft het verschil in energieverbruik bijzonder groot. Het opladen van 1 miljoen Nissans vraagt nog altijd 16,6 keer meer energie dan het opladen van 5 miljoen eWAW’s. Met de nu bestaande capaciteit van windturbines zou Nederland dagelijks 45 miljoen eWAW’s kunnen opladen — dat zijn 2,5 keer zoveel voertuigen als er bestuurders zijn. Niet alleen voor de maatschappij als geheel maar ook voor een individu wordt het opladen van het eigen voertuig zo een realistische zaak: een zonnepaneel van ongeveer 60 watt (minder dan een vierkante meter groot) produceert zelfs op een grijze dag voldoende energie om de batterij van de eWAW op te laden.
Voor de volledigheid moeten we vermelden dat de brandstof van de biomotor ook moet worden geproduceerd. Een mens draait op voedsel en dat voedsel moet worden aangeplant, gekweekt, geoogst, bewerkt, getransporteerd en bereid. Dat kost energie. Maar het overschot op de voedselbalans in de westerse wereld is de meeste gevallen groot genoeg om extra voedselinname voor grote inspanningen overbodig te maken. We eten te veel, en we rijden vervolgens naar de fitness om die overtollige kilo’s weer kwijt te raken.
Actieradius elektrische auto versus elektrische velomobiel
Het enorme verschil in energie-efficiëntie tussen elektrische velomobiel en elektrische auto is opmerkelijk omdat de actieradius van beide voertuigen vergelijkbaar is. Zoals vermeld brengt de eWAW je 60 tot 130 km ver, afhankelijk van hoe intensief de motor wordt gebruikt. Met de Nissan Leaf geraak je in het allerbeste geval 160 kilometer ver, als er tenminste traag en zuinig wordt gereden, en als er geen gebruik wordt gemaakt van airconditioning, verwarming, stereo-installatie, gps of andere apparatuur.
Een verwarming is niet nodig in een velomobiel, want handen en voeten zijn afgeschermd van de wind, en de bestuurder is actief (lichaamsbeweging is de belangrijkste factor bij het handhaven van thermisch comfort). De nood aan koeling tijdens de zomer zal daarentegen wel de actieradius naar beneden brengen, omdat de bestuurder meer op de motor zal rekenen om af te koelen.
——————————————————————————————————–
Het enorme verschil in energie-efficiëntie tussen elektrische velomobiel en elektrische auto is opmerkelijk omdat de actieradius van beide voertuigen vergelijkbaar is
——————————————————————————————————–
Interessant is dat de actieradius van een elektrische velomobiel veel makkelijker kan worden vergroot dan de actieradius van een elektrische auto. Natuurlijk zijn er voor langere afstanden snellere vervoersmiddelen die ook zeer efficiënt zijn (zoals treinen en trolleybussen), maar de velomobiel biedt een alternatief voor wie een persoonlijk vervoersmiddel verkiest, of voor wie liever beweegt dan stil zit.
De eWAw kan in optie worden uitgerust met één of twee extra batterijen, wat de actieradius verder omhoog brengt tot 180 km (met continu ondersteuning van de motor) of 450 km (als de motor alleen wordt gebruikt bij de acceleratie). Aangezien er in de eWAW (en in de meeste andere velomobielen) voldoende bagageruimte is voor een aantal grote fietstassen, is er ook meer dan voldoende ruimte voor extra batterijen.
Zelfs het bijkomende gewicht van de batterijen is niet echt problematisch. Als de batterij-capaciteit wordt verdriedubbeld, is voor de eWAW een extra batterij-gewicht van minder dan 6 kilogram vereist. Stel dat de bestuurder 70 kilogram weegt, dan stijgt het totale gewicht van het voertuig van 103 kg naar 109 kilogram — een gewichtstoename van ongeveer 6 procent. Pas je hetzelfde trucje toe bij de Nissan Leaf (drie keer zoveel batterijen in de kofferruimte en op de achterbank), dan stijgt het gewicht van 1.582 kg (inclusief bestuurder van 70 kg) naar 2.022 kg — een gewichtstoename van ongeveer 30 procent.
Oplaadstations
Indien afstanden boven de 60 km zouden worden afgelegd, zijn er nog twee andere manieren om de actieradius van de elektrische velomobiel te vergroten: enerzijds het snelladen van batterijen, anderzijds het snel omwisselen ervan. Op die manier kan de actieradius toenemen zonder het gewicht van het voertuig te verhogen. Deze systemen kunnen worden toegepast voor zowel elektrische auto’s als elektrische velomobielen. Maar omdat de batterijen van een velomobiel zoveel kleiner en lichter zijn, worden deze opties veel realistischer dan in het geval van een grootschalige ontplooing van elektrische auto’s. De batterij van de eWAW heeft niet alleen 80 keer minder energie nodig dan de batterij van de Leaf, ze weegt ook 73 keer minder.
De infrastructuur voor het omwisselen van batterijen kan dus veel eenvoudiger en goedkoper zijn, en het snelladen van batterijen zou niet tot ongewenste vermogenspieken leiden. Overigens kost ook het (traag) opladen van een eWAW batterij slechts een paar uur omdat er veel minder energie in moet worden gepompt. Laadpalen zijn voor elektrische velomobielen ook al niet echt noodzakelijk, omdat de batterij makkelijk uit de velomobiel kan worden genomen en thuis of op kantoor worden opgeladen.
——————————————————————————————————–
In tegenstelling tot de elektrische auto is er voor de elektrische velomobiel geen nieuwe oplaadinfrastructuur nodig
——————————————————————————————————–
Als de batterij leeg is, raakt de velomobilist overigens met behulp van louter trapkracht thuis. De bestuurder van de elektrische auto kan dat niet, want zijn vehikel is daar te zwaar voor. Eén Nissan Leaf weegt evenveel als 46 eWAW’s. De meeste energie die een elektrische auto verbruikt, gaat op aan het verplaatsen van de auto zelf, in plaats van de persoon die erin zit (de auto is ongeveer 21 zwaarder dan de persoon). Bij de eWAW is dat omgekeerd: de bestuurder is twee tot drie keer zwaarder dan het voertuig waar hij of zij in zit.
Even snel als de auto
Een elektrische velomobiel zoals de eWAW maakt van fietsen een snelle en comfortabele optie voor langere afstanden, tenminste als er een goed wegennetwerk voorhanden is. Aan een kruissnelheid van 50 kilometer per uur kost de gemiddelde rit naar het werk slechts 22 minuten in Vlaanderen en 26 minuten in Nederland. Daarmee is de elektrische velomobiel op die afstand potentieel bijna even snel als de auto. In Vlaanderen bedraagt de gemiddelde deur-tot-deursnelheid van een auto 29 km/u op afstanden tot 7,5 km, 45 km/u op afstanden tot 25 km, 57,5 km/u op afstanden tot 40 kilometer en 78,5 km/u op afstanden boven de 40 km. In Nederland kost de gemiddelde rit naar het werk met de auto 28 minuten, de velomobiel doet het dus potentieel sneller met 26,4 minuten.
Met een elektrische velomobiel wordt zelfs interstedelijk verkeer haalbaar. Op ongeveer een uur tijd kan je bijvoorbeeld van Amsterdam naar Utrecht (een afstand van 46 km langs de bestaande autosnelwegen), van Antwerpen naar Brussel (55 km, langs de E40), van Den Haag naar Amsterdam (59 km) of van Gent naar Brussel (58 km). (Bron afstanden: distance.to). Allemaal routes waar zowel automobilisten als treinreizigers meer dan eens langer dan een uur over hebben gedaan.
Let wel: we vergelijken hier de kruissnelheid van de elektrische velomobiel met de deur-tot-deursnelheid van de auto. Een kruissnelheid van 50 km/u wil niet zeggen dat de velomobilist een gemiddelde snelheid van 50 km/u haalt over het hele traject. Als auto’s hun hogere kruissnelheid continu zouden kunnen volhouden, dan zou de auto veel sneller zijn dan de velomobiel. In realiteit is dat niet zo omwille van maximum snelheden, verkeerslichten, opstoppingen en files.
Velomobielen kunnen soortgelijke vertragingen oplopen, maar er is een belangrijk verschil. Omdat een velomobiel ongeveer vier keer minder plaats inneemt dan een auto, is vlot verkeer een veel realistischer optie dan in het geval van auto’s. De capaciteit van ons wegennetwerk zou verviervoudigen als we auto’s vervangen door velomobielen.
Maar als dat allemaal niet volstaat, kan een velomobiel ook uitgerust worden met een krachtiger motor en hogere versnellingen, waardoor de kruissnelheid verder kan worden opgedreven, tot 120 km/u als het moet. Dat gaat ten koste van de efficiëntie en de actieradius, maar aangezien de eWAW tachtig keer zuiniger is dan de Nissan Leaf, is er best wel wat ruimte voor hogere prestaties of meer comfort. We bespreken deze mogelijkheden, alsook de legale obstakels voor elektrische velomobielen, in het tweede deel van dit artikel.
Lees verder: Pagina 1 / Pagina 2.
——————————————————————————————————–
|
// http://pagead2.googlesyndication.com/pagead/show_ads.js |
www.lowtechmagazine.be 
Geef een reactie op Mattias Reactie annuleren