能源與電力供應(yīng)系統(tǒng)的效率

能源與電力供應(yīng)系統(tǒng)的效率

能源是一種提供能量的物質(zhì)，如化石燃料、核能、可再生能源等，要計(jì)算綜合能耗需將各種能源折算為標(biāo)準(zhǔn)燃料（煤當(dāng)量、油當(dāng)量或氣當(dāng)量）。世界能源消耗量中，化石燃料（石油、煤炭、天然氣等天然資源）是最主要的能源，中國(guó)人均能源消耗量18,608 kWh（2008年）。化石燃料屬于耗竭性能源，其供應(yīng)量不足會(huì)造成能源危機(jī)，特別是從石油提煉出來的汽油影響最大，因?yàn)槭凸?yīng)不足已出現(xiàn)過三次全球性的石油危機(jī)。

電能（Electric Energy）是一種很容易傳輸?shù)哪芰啃问剑杂芯€或無線的形式傳輸。電的來源非常豐富，主要來自熱能（煤炭和天然氣火力發(fā)電）、水能（水力發(fā)電）、原子能（核電）、風(fēng)能（風(fēng)力發(fā)電）、化學(xué)能（電池）及光能（光電池、太陽(yáng)能電池等）等。

化石燃料在燃燒的過程中產(chǎn)生能量，從而推動(dòng)渦輪機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力，同時(shí)排放大量二氧化碳，自然界吸收其中一半，每年在大氣中約增加107億噸二氧化碳，成為全球變暖的因素之一。

2011全球燃料發(fā)電量 (TWh)：

能源類型比例 ( % )煤炭/泥炭4 1 . 3天然氣2 1 . 9水電1 5 . 8核能1 1 . 7石油4 . 8其他（太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)帷⑸锖蛷U熱）4 . 8

為什么未來汽車需要電動(dòng)化？

內(nèi)燃機(jī)與電動(dòng)機(jī)相比較其能效是非常低的，電動(dòng)化已成為全球公共交通發(fā)展的趨勢(shì)。基于不可再生的石油資源將日益枯竭的認(rèn)識(shí)，全世界都認(rèn)同電動(dòng)車是未來汽車工業(yè)發(fā)展的方向，不使用石油來運(yùn)送人員與貨物將引發(fā)一場(chǎng)運(yùn)輸革命。以乘用車為例，汽油作為燃料，從石油提煉、運(yùn)輸、加油到油箱和驅(qū)動(dòng)車輪的總能源效率為14.6%（二氧化碳的排量為每公里168.2克）；電力作為能源，從煤炭、石油、天然氣等各種能源發(fā)電、輸電、充電到電池驅(qū)動(dòng)車輪的總能源效率為20.1%（二氧化碳的排量為每公里115.1克）。在節(jié)能減排的政策推進(jìn)下，電動(dòng)汽車作為零排放汽車被重新提出來并擴(kuò)大為新能源概念，變成社會(huì)熱點(diǎn)。

內(nèi)燃機(jī)與電動(dòng)機(jī)相比較其能效是非常低的，電動(dòng)化已成為全球公共交通發(fā)展的趨勢(shì)。

基于不可再生的石油資源將日益枯竭的認(rèn)識(shí)，全世界都認(rèn)同電動(dòng)車是未來汽車工業(yè)發(fā)展的方向。

化石燃料的燃燒還帶來其他空氣污染物，例如氮氧化物、二氧化硫、揮發(fā)性有機(jī)化合物和重金屬。硫酸、碳酸和硝酸等酸性物質(zhì)同空氣中的水氣混合后降落地面，形成酸雨，對(duì)于自然環(huán)境和建筑物都有腐蝕作用；化石燃料還包含放射性物質(zhì)，主要是鈾和釷，它們被釋放到大氣中。

化石燃料開采、處理和運(yùn)輸過程也產(chǎn)生環(huán)境問題。采煤對(duì)環(huán)境有負(fù)面影響，離岸石油開采對(duì)于水生生物的生存造成威脅，煉油廠對(duì)于環(huán)境的負(fù)面影響主要體現(xiàn)為空氣和水污染；運(yùn)輸煤需要?jiǎng)恿C(jī)車，而運(yùn)輸石油則需要有大型油輪，這都需要消耗更多的化石燃料。

電動(dòng)客車不同程度的電動(dòng)化：

在電力系統(tǒng)的低谷期充電可以提高電動(dòng)車對(duì)電網(wǎng)的利用率，用電高峰期充電，或大量汽車同時(shí)充電則會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生很大沖擊，這需要增加電能儲(chǔ)備來滿足其需求。

電池技術(shù)的瓶頸在哪兒？

電池、電控和電動(dòng)機(jī)是電動(dòng)汽車的三大關(guān)鍵技術(shù)部件。電機(jī)的能效已經(jīng)高達(dá)90%以上，其重量和可靠性都要比汽油機(jī)好；電控技術(shù)在過去幾年中已取得巨大進(jìn)步，提高了電池的充放效率，電動(dòng)汽車推廣應(yīng)用的主要障礙仍然是電池包。

汽車燃料要求容量大而重量輕，能量密度是指在一定空間或質(zhì)量物質(zhì)中儲(chǔ)存能量的大小（Wh/kg)，汽油的能量密度為12,000 Wh/kg。相比之下，一次性的5號(hào)堿性電池要有140Wh/ kg的能量，這就意味著5號(hào)電池包（油箱）的重量要比汽油（油箱）重85倍以上。

傳統(tǒng)鉛蓄電池的能量密度只有5Wh/kg，鋰電池目前的能量密度為150 Wh /kg，2020年可能達(dá)到300 Wh/kg。在電池能量密度沒有取得革命性突破之前，采用電池為公共巴士提供動(dòng)力電源很難實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，仍然只是一種“理想”的交通工具。典型的一輛12米電動(dòng)巴士需裝備重達(dá)2,500～3,500千克的電池，才能基本滿足每天運(yùn)行300公里的動(dòng)力需求（晚上為車輛充電），僅就電池重量的能源效率來講，電動(dòng)巴士相當(dāng)于每天運(yùn)載50～70名乘客做無用功，這種狀況無疑是一種能源浪費(fèi)，這樣低效的節(jié)能減排絕不是大家所要的。

電力系統(tǒng)大多是交流電源，車用電池多為直流電源，充電時(shí)需將交流電整流成直流電，這會(huì)給電力系統(tǒng)帶來諧波污染，諧波的出現(xiàn)又帶來電氣設(shè)備過熱、產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲等問題，進(jìn)而使絕緣老化，使用壽命縮短，甚至發(fā)生故障或燒毀。諧波可引起電力系統(tǒng)局部并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振，使諧波含量放大，造成電容器等設(shè)備燒毀等。

在電力系統(tǒng)的低谷期充電可以提高電動(dòng)車對(duì)電網(wǎng)的利用率，用電高峰期充電，或大量汽車同時(shí)充電則會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生很大沖擊，這需要增加電能儲(chǔ)備來滿足其需求。電動(dòng)汽車充電站是非線性負(fù)載，充電過程會(huì)產(chǎn)生很大諧波，對(duì)電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量也會(huì)產(chǎn)生很大影響。