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新能源汽车(充电式)用户越多碳排放总量越高

发布时间:2021-04-08 07:43:49    来源:费敬银原创

新能源汽车(充电式)用户越多碳排放总量越高

费敬银

西北工业大学 710072

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Mobile: 13991120876

摘要

可再生能源占总能源消耗量的70%以上、充电电池寿命足够长、废旧电池污染等问题得到妥善解决之时,充电式新能源汽车将是边远地区(或新生城市)近程交通的主力军,碳排放总量才会因新能源占比的提高而降低。

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一、动力机器(发动机)的种类

日常生活中用到的发动机包括两类:1、热机;2、电动机。

热机:将热能转化为机械能的装置。

电动机:将电能转化为机械能的装置。

热能和电能是两种不同形式的能量。虽然它们都可以转化为机械能。但是,它们的能量转化效率却大不相同。

在理想条件下(可逆条件下),电能几乎可以全部转化为机械能,而热能绝对不可能全部转化为机械能(受限于热力学第二定律),必然有一部分热量散失到环境中。

 

二、热机的种类及热机(功)效率

(一)热机的种类

根据热能的供给方式不同,可将热机区分为两大类:

1、外燃机:蒸汽机车的发动机属于外燃机(大多数的热电厂也是利用外燃机的形式进行热力发电的)。

2、内燃机:汽、柴油车的发动机属于内燃机。

(二)热机(功)效率

热机效率是衡量热机将热能转化为机械能效率高低的重要指标。热机效率越高、热能的利用率越高。同样是利用热能对外做功,外燃机和内燃机的热机效率却大不相同。

对于外燃机而言,不论其结构设计的多么精妙,其热机效率的值是有上限的,绝对不可能超过卡诺机的热机效率(Ƞ max。例如,蒸汽机车的热机效率不到10%热电厂蒸汽轮机的热机效率约为30%

由于内燃机与外燃机的工作原理不同,内燃机的热机效率不受卡诺定律的限制,其热机效率的具体数值会因燃料种类、发动机结构、工作模式的不同而不同,一般会高于外燃机的热机效率(例如,喷气发动机的热机效率高达60%以上)。

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三、充电汽车的热能利用率(10%左右)

假设充电电池的能量来源于热电厂(据统计,城市用电70%以上的电力来源于热力发电厂),那么,相同数量的原始热能,其中有多少可以转化为充电汽车用于道路行驶的机械能?不算不知道,一算吓一跳。

1、热能经过电厂的外燃机发电后,只能将其中的30%转化成电能(其余70%的热量传递给了低温介质)。

2、发电厂的电力经过变压(升压),输送到区域变电站。区域变电站再降压(降压到相电压为220V工业或民用电)传输到用户。据估计,在电力传输过程中,传输损耗约为58%(包括变压器损耗、输电线路损耗、其它设备损耗等)。

3、由220V的交流电,经过充电桩转化为电池的化学能,需再要经过变压、整流、滤波、充电等环节。在交、直流转换过程中有损耗、充电过程中内阻发热有损耗(电池充电着火的原因之一)。据估计电池充电过程中电能损失约为20%

4、充入电池的电能,在通过电动机驱动汽车行驶时,由于电动机本身存在电磁损耗、电池放电时有内阻损耗、电池组外部有线损、冬季采暖有电热损耗等耗能环节,因此,充入电池的能量大约又有50%左右以发热的形式浪费掉了。

5、在冬季,燃油车利用发动机余热采暖,热能利用率提高了。充电汽车用电采暖,电能的有效利用率进一步下降(电池的输出特性还会因环境温度的降低而进一步恶化)。

经过上述一系列的过程之后,充电汽车的原始热能利用率不到10%。

 

四、内燃机的热能利用率(35%以上)

燃油车都是内燃机驱动的汽车。往复式内燃机的热能利用率一般处在35~50%的范围内。如果改变内燃机工作模式(如涡轮增压等),内燃机的热机效率会更高。航空燃气轮机的热能利用率超过50%;喷气式火箭发动机的热能利用率可高于60%。

小结:对外做相同数量的机械功,充电汽车的热能消耗量是内燃机汽车热能消耗量的4倍以上。

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五、碳排放(总量核算原则)

按照国标(不同形式能源的标准煤值核算规则)进行核算,1公斤汽油的热值相当于1.43公斤的标准煤。这就意味着,产生相同数量的热能,燃煤的碳排放量至少是汽油碳排放的1.4倍(此数据是估算值,有兴趣者可以按照化学键能的值进行精确核算)。据此可以计算出,对外做相同的机械功,充电汽车的碳排放量是燃油车碳排放的5~7倍。

如果有一天,可再生能源占城市能源供给量的70%以上时(计算值是80%),发展充电汽车才可能降低碳排放总量。

开发任何一种提高充电电池能量利用率的技术,都将为改善人类的生存环境做出革命性的贡献。

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