上次看到有不少人在讨论这个问题,很多人一直疑惑的就是,PHEV为什么会比汽油车更环保一些。
今天我就大概的介绍和解释一下这方面的耗能计算吧。
hybrid的汽车,大家其实挺容易理解的,那就是利用电池把汽车在行驶过程中产生的多余能量(比如汽车在下坡的时候)储存起来的技术。这里的电池用的是Ni-Mh,和普通汽车里的铅酸电池很不一样。关于电池这方面其实已经有很多讨论了,这里我也不再反复说了。
关于PHEV,这是很多朋友争论的焦点。大家的意见就是,既然是通过充电获得能量,而电能无非就是火电,水电,风力能源等等,除非是一些清洁能源或者可再生可持续能源,利用煤,或者是气发电而来的电能,不一定会比直接烧汽油效率高,原因是这些不可再生能源在转化成电能,再转化成汽车的动能,根据能量守恒定理,一定会有一定的能源消耗。
好,让我们一步步讨论这个问题。
首先,我们要知道,汽油在汽车中直接燃烧转化成动能的效率是很低的,大约30%左右,其余大部分都变为热能浪费掉了。如果再考虑制造汽油所消耗的能量(比如石油的开采,提炼,包装,运输等等),汽油汽车在能源上消耗的能量就更多了。
而电能却不太一样。除了水电,风力发电等可持续能源发电以外,美国最常见的就是火电了(烧煤或者天然气),这些能源,如果转变成热能,这是转化效率最高的一种方式(所以我们如果用天然气炉子做饭,比用电炉子做饭节能,因为能源转换更直接),但除此以外,电能就是一种更有效的方式了。换句话说,这些能源如果先转化成电能,再转化成PHEV的动能,这里面的能量转化效率,要大于汽油转化成动能的效率,也就是说,用电更省能源。
其次,除了能源消耗以外,另一个指标就是二氧化碳排放量了。这个通过一系列的公式,就可以计算出来。
我们先来看,产生1度电排放出来的二氧化碳是多少。因为美国是混合能源发电(煤,气,水电,风力,太阳能等等),因此我们得出的数字,是根据美国发电能源所占比例综合计算出的一个数字(包括了建立发电站,能源燃烧等产生的所有二氧化碳)。这里的数字是698g/kwh,也就是说,每产生1度电,要排放出 698克的二氧化碳。
我们再来看看1加仑汽油燃烧要排放出多少二氧化碳。数字是:8788g/gal,注意,这个只是计算1加仑汽油排放出来的二氧化碳,事实上严格计算的话,就应该像计算电能一样,要把开采石油,提炼,运输等等所产生的二氧化碳量全算进去的,如果那样的话,这个数字就要更大了。
但是汽油的加仑和电的度数,我们不能做等量计算,因此我们还要做进一步的换算。
先来看电池的蓄电能力(battery capacity)。既然这里只考虑电能,我们可以用现有的一些数据来计算。GM给出他们的volt的数据:一部电池,大概需要用掉16度的电来充满整个电池。而考虑到充电电池寿命问题,电池在制造的时候,一般就设定了一个电池用电量百分比,也就是说,充电满满的电池,大约只有50%的电量可以使用的。换句话说,真正用于变为动力的电能,也就是8度电左右。
好了,现在我们要看,这8度电到底能让汽车跑多远呢。还是GM给出的volt数据,这8度电,可以跑40mile左右。通过计算,我们可以得出,每英里大概需要0.2度的电0.2kwh/mile。1度电现在大约是10美分左右,因此花费大约是2cents/mile
现在我们再来看看,跑1英里,需要消耗多少汽油。这个数字大约是1加仑汽油可以让汽车跑35英里左右,也就是每英里需要0.028加仑的汽油 0.028gal/mile(注:这里的汽油和电量计算都有一个统一的标准)。1加仑汽油现在大约是2.1美元,因此花费大约是5.6cents /mile
好了,现在我们能够计算出,每跑1英里,纯电车和纯汽油车的二氧化碳排放量了。
这分别是:140g/mile和246g/mile(注意,这个纯汽油车的二氧化碳排放还仅仅只是计算了汽油的燃烧,如果把生产运输等都算进去的话,这个二氧化碳排放量只会更高)
好了,让我们看看PHEV吧。这个是属于油电混合的了。那么,它的二氧化碳排放量,就应该是介于这两者之间。但是,如果你每天的开车里程只有40英里左右的话,那也就是说明,这辆车根本就不需要用到汽油。超过了这个里程以后,PHEV就像其他的hybrid车一样了。
我们现在用的数字,都是根据GMvolt得出的,而现在的电池技术不断在改进,电池蓄能将会更多,跑的里程也会更长(也就意味着汽车在这方面更省油),而美国也在开始推广可持续能源的发展,这也就意味着,风能,太阳能将会得到更多的利用,二氧化碳排放将会变得更低。混合动力型汽车,将会得到越来越多的关注。
这里有几篇不错的文章:
http://www.spectrum.ieee.org/mar09/7928
http://spectrum.ieee.org/mar09/8068
http://spectrum.ieee.org/mar09/8409