NOTĂ : Acest articol a fost arhivat . Vă rugăm să citiți noul nostru „Cost de energie” pentru o versiune actualizată.

combustibilului


Plecarea într-un avion mare este întotdeauna exaltant. Cu o greutate totală de aproape 400 de tone, Boeing 747 necesită 90 de megawati de putere pentru a ajunge în aer. Decolarea este cea mai solicitantă parte a călătoriei și, atunci când avionul atinge altitudinea de croazieră, consumul de energie scade la jumătate.

Motoare puternice au fost folosite și atunci când a fost lansată puternica Queen Mary în 1934. Linia oceanică de 81.000 de tone, cu o lungime de 300 de metri, a fost propulsată de patru turbine cu abur, producând o putere totală de 160.000 CP (120 megawatti). În timp ce era în serviciu, nava transporta 3.000 de suflete și a călătorit cu o viteză de 28,5 noduri (52 km/h). Regina Maria este acum pensionară în Long Beach, California.

Sistemele mari de propulsie sunt practice numai cu motoarele cu ardere internă, iar combustibilul fosil servește drept sursă de energie ieftină și ușor disponibilă. Raportul energetic/greutate scăzut în termeni de putere calorică netă (NCV), precum și o durată de viață relativ scurtă, fac bateriile nepotrivite dincolo de o anumită aplicație. În timp ce combustibilul fosil furnizează un NCV de 12.000Wh/kg, o baterie litiu-ion de tip mangan oferă 120Wh/kg, care este de o sută de ori mai mică pe greutate. Chiar și cu o eficiență scăzută de 25%, motorul cu ardere internă depășește cea mai bună baterie din punct de vedere al raportului energie-greutate. Capacitatea unei baterii ar trebui să crească de douăzeci de ori înainte ca aceasta să poată concura cap la cap cu combustibilul fosil.

O altă limitare a propulsiei bateriei asupra combustibililor fosili este combustibilul în greutate. În timp ce greutatea scade pe măsură ce este consumată, bateria are aceeași greutate, indiferent dacă este complet încărcată sau goală. Acest lucru pune limitări asupra distanței de conducere a vehiculului electric și ar face ca avionul electric să nu fie practic. Mai mult, motorul cu ardere oferă putere maximă la temperaturi de îngheț și continuă să funcționeze bine odată cu înaintarea în vârstă, o trăsătură care nu este realizabilă cu bateria. O baterie care are câțiva ani poate furniza doar jumătate din capacitatea nominală.

Alimentare de la bateriile primare

Energia din bateriile care nu se reîncarcă este cea mai scumpă în termeni de cost pe kilowatt-oră (kWh). Bateriile primare sunt utilizate pentru aplicații cu consum redus de energie, cum ar fi ceasuri de mână, telecomenzi, chei electrice și jucării pentru copii. Militarii în luptă, balizele luminoase și stațiile de repetare la distanță folosesc, de asemenea, elemente primare, deoarece încărcarea nu este practică. Tabelul 1 estimează capacitatea de stocare și costul pe kWh al bateriilor primare.

Celula AAA

Celula AA

Celula C

D Cell

9 Volți

Capacitate (alcalin)

Energie (celulă unică)

Cost pe celulă (DOLARI AMERICANI $)

Cost per kWh (DOLARI AMERICANI $)

Tabelul 1: Compararea energiei și a costurilor celulelor alcaline primare. Energia din bateriile primare este cea mai scumpă; creșterea costurilor cu dimensiuni mai mici ale bateriei.

Alimentare de la bateriile secundare

Duratele de funcționare îmbunătățite, prețul unitar mai mic și confortul reîncărcării au mutat multe aplicații portabile rezervate anterior bateriilor primare la baterii reîncărcabile. Tabelul 2 compară costul energiei cu bateriile reîncărcabile. Costul se bazează pe prețul bateriei și pe numărul de cicluri de descărcare/încărcare posibile. Analiza nu include electricitatea pentru încărcare sau costul achiziționării și întreținerii echipamentelor de încărcare. Tabelul compară pachetele de baterii comerciale utilizate pentru comunicații, computere sau dispozitive medicale.

Plumb acid

NiCd

NiMH

Li ion ion

Capacitate

Voltajul bateriei

Energie pe ciclu

Numărul de cicluri

Costul bateriei (Est.)

Cost per kWh (Dolari SUA)

Tabelul 2: Compararea energiei și a costurilor folosind baterii reîncărcabile. Tehnologiile mai vechi au un cost/kWh mai mic decât sistemele mai noi; celulele mai mari sunt cele mai rentabile. Costurile sunt pachete comerciale la prețuri estimate fără rețetă.

* Durata de viață a ciclului se bazează pe întreținerea primirii bateriei.

Puterea din alte surse

Odată cu scăderea aprovizionării cu combustibili fosili, guvernele și sectorul privat studiază energiile alternative. Tabelul 3 compară costul pentru a genera 1kW de energie, luând în considerare investiția inițială, adăugând consumul de combustibil și inclusiv înlocuirea eventuală a sistemului. Puterea de la rețeaua electrică este cea mai rentabilă; consumatorii din țările industrializate plătesc între 0,05 USD și 0,25 USD pe kWh. (Consumul zilnic tipic de energie pe gospodărie este de 25kW.) Benzina (și echivalentul) este cel mai economic combustibil portabil.

Tipul combustibilului

Echipament
pentru a genera 1kW

Durată de viață

Costul combustibilului
pe kWh

Cost total
pe kWh

Li-ion
pentru uz vehicul

1.000 $/kW
(pe baza bateriei de 10kW la 10.000 USD)

2.500h (cost de înlocuire 0,40 USD/kW)

0,50 USD
(înlocuire și 0,10 USD/kWh)

Motor pe benzina pentru uz vehicul

30 USD/kW
(pe baza motorului IC
la 3.000 $/100kW)

4.000h
(cost de înlocuire 0,01 USD/kW)

Celule de combustibil
- utilizare portabilă
- utilizare mobilă
- utilizare staționară


1,85 USD - 4,10 USD
1,10 - 2,25 USD
0,45 USD - 0,55 USD

Electricitate
rețea electrică

Tabelul 3: Costul generării de 1kW de energie
Tabelul include investiția inițială, consumul de combustibil, întreținerea și eventuala înlocuire a echipamentului. Cifrele sunt estimări la momentul redactării.

Celula de combustibil este cea mai eficientă în conversia combustibilului în electricitate, dar costul ridicat al echipamentelor face ca această sursă de energie să fie costisitoare în termeni de cost pe kWh. În practic toate aplicațiile, puterea de la celula de combustibil este considerabil mai scumpă decât la metodele convenționale.

Ne uităm acum la energia pe care o consumă corpul nostru. Un bărbat activ necesită 3.500 de calorii pe zi pentru a rămâne în formă, ceea ce se referă la aproximativ 4.000 de wați într-o zi de 24 de ore (1 calorie alimentară = 1,16 wați-oră). Călătoria pe jos acoperă aproximativ 40 km (25 mile) pe zi, iar o bicicletă mărește distanța cu un factor de patru până la 160 km (100 mile). Mâncând doi cartofi și un cârnați la prânz, puteți propulsa un biciclist pentru întreaga după-amiază, acoperind 40 km (25 mile), așa cum am experimentat eu. Corpul uman este uimitor de eficient în transformarea alimentelor în energie.

Tabelul 4 compară energia per pasager/kilometru pentru un Boeing 747 încărcat, linia oceanică pensionară Queen Mary, un SUV cu gaz, o persoană în formă pe bicicletă și o persoană care merge pe jos. Cifrele sunt estimate.


Funcţie

Boeing 747
jet Jumbo

Căptușeală oceanică Regina Marry

SUV
sau mașină mare

Bicicleta

Pe jos

Greutate (încărcat)

Viteză de croazieră

Putere maxima

Puterea la croazieră

90.000 kW
(120.000 CP)

Pasager

Puterea per pasager

Energie per pasager

Tabelul 4: Nevoile de energie ale diferitelor moduri de transport. În ceea ce privește transportul de mare viteză, călătoriile aeriene consumă cea mai mică cantitate de energie pe pasager-km. Barca este eficientă pentru transportul de marfă lent și greu. Cel mai mic consum de energie absolut este bicicleta.

* 1 joule este energia de 1A la 1V timp de 1 secundă, sau 1 watt/s, sau 0,238 calorie/s; 4.186 jouli ridică temperatura de 1g de apă cu 1 ° Celsius; 1.000 de jouli sunt 0.277Wh.

Bicicletele sunt de departe cea mai eficientă formă de transport. Comparând consumul de energie al unei biciclete cu cel al unei mașini, un ciclist ar consuma doar 0,4 litri de combustibil la 100 km (630 mpg). Mersul este, de asemenea, eficient; folosește aproximativ un litru la 100 km (228mpg). Problema cu propulsia auto-alimentată este intervalul limitat de deplasare înainte de instalarea oboselii.

În ceea ce privește consumul de energie, mașinile sunt unul dintre cele mai puțin eficiente moduri de transport. Motorul cu ardere internă utilizează doar 25% din puterea calorică netă din combustibil pentru propulsie. Calculul arată și mai rău atunci când se ia în considerare greutatea vehiculului cu un singur pasager, șoferul. Raportul dintre mașină și om este de obicei zece la unu. Când accelerați un vehicul de 1,5 tone, mai puțin de două la sută din energie mută șoferul de 75 kg (165 lb), servieta și geanta de masă; 98 la sută se referă la căldură și frecare. Chiar și un avion cu reacție modern are un consum de combustibil mai bun decât o mașină. Un Airbus 340 complet ocupat primește 3,4 l/100 km (70 mpg), croazieră la 950 km/h (594 mph).

Trenurile sunt unul dintre cele mai eficiente moduri de transport. Linia circulară Yamanote de 36 km care leagă centrele urbane majore din Tokyo transportă 3,5 milioane de pasageri pe zi. În timpul orei de vârf, trenul cu 11 vagoane circulă la fiecare 150 de secunde. Un astfel de volum de pasageri ar fi de neconceput de mașinile private pe străzile orașului. Trenurile sunt, de asemenea, economice pentru deplasarea mărfurilor. Transportul unei tone de marfă consumă doar 0,65 litri de combustibil la 100 km (362mpg).

Societățile bogate doresc transportul personal, dar cu o masă critică mare care conduce vehicule pe autostrăzile finanțate de guvern, cu o contribuție minimă a șoferilor și fără limite obligatorii, acest stil de viață în roaming gratuit afectează resursele noastre de energie. Țările în curs de dezvoltare doresc, de asemenea, transportul personal. Pe măsură ce mașina devine accesibilă pentru ei, vor începe să consume și combustibili fosili și acest lucru va spori nevoia de hidrocarburi în continuare. Potrivit Departamentului Energiei din SUA, 71% din petrolul consumat în SUA este destinat transportului. Dintre acestea, 51% sunt destinate autoturismelor și camioanelor ușoare. Vehiculele mai mici și dezvoltarea unor sisteme feroviare eficiente ar putea reduce energia la jumătate. Citiți mai multe despre Energia gratuită. Aproape!

Combustibili alternativi pentru transport

Guvernele explorează modalități de a reduce dependența de combustibilii fosili și de a reduce emisiile. Acestea fac acest lucru promovând mașina electrică. Acest lucru se face cu bună-credință, dar uitându-ne la Figura 5, ne putem confrunta cu o sarcină imposibilă. Mulți cititori vor fi de acord că succesul transportului personal a fost posibil doar cu abundența de petrol la un preț foarte mic în termeni de putere calorică netă. Noțiunea de a conduce un vehicul mare pe distanțe mari poate să nu fie transferabilă cu propulsia bateriei, chiar și cu subvenții guvernamentale. Bateriile de astăzi sunt concurente slabe împotriva petrolului, iar graficul de mai jos demonstrează acest lucru. Li-ion, alegerea bateriei pentru vehiculul electric, este greu de văzut; eficiența cu 90% a motorului electric nu compensează puterea calorică netă scăzută.


*** Vă rugăm să citiți cu privire la comentarii ***

Comentariile sunt destinate „comentarii”, o discuție deschisă între vizitatorii site-ului. Battery University monitorizează comentariile și înțelege importanța exprimării perspectivelor și opiniilor într-un forum comun. Cu toate acestea, toate comunicările trebuie făcute cu utilizarea unui limbaj adecvat și evitarea spamului și discriminării.