能源与电力供应系统的效率

能源与电力供应系统的效率

能源是一种提供能量的物质，如化石燃料、核能、可再生能源等，要计算综合能耗需将各种能源折算为标准燃料（煤当量、油当量或气当量）。世界能源消耗量中，化石燃料（石油、煤炭、天然气等天然资源）是最主要的能源，中国人均能源消耗量18,608 kWh（2008年）。化石燃料属于耗竭性能源，其供应量不足会造成能源危机，特别是从石油提炼出来的汽油影响最大，因为石油供应不足已出现过三次全球性的石油危机。

电能（Electric Energy）是一种很容易传输的能量形式，以有线或无线的形式传输。电的来源非常丰富，主要来自热能（煤炭和天然气火力发电）、水能（水力发电）、原子能（核电）、风能（风力发电）、化学能（电池）及光能（光电池、太阳能电池等）等。

化石燃料在燃烧的过程中产生能量，从而推动涡轮机产生动力，同时排放大量二氧化碳，自然界吸收其中一半，每年在大气中约增加107亿吨二氧化碳，成为全球变暖的因素之一。

2011全球燃料发电量 (TWh)：

能源类型比例 ( % )煤炭/泥炭4 1 . 3天然气2 1 . 9水电1 5 . 8核能1 1 . 7石油4 . 8其他（太阳能、风能、地热、生物和废热）4 . 8

为什么未来汽车需要电动化？

内燃机与电动机相比较其能效是非常低的，电动化已成为全球公共交通发展的趋势。基于不可再生的石油资源将日益枯竭的认识，全世界都认同电动车是未来汽车工业发展的方向，不使用石油来运送人员与货物将引发一场运输革命。以乘用车为例，汽油作为燃料，从石油提炼、运输、加油到油箱和驱动车轮的总能源效率为14.6%（二氧化碳的排量为每公里168.2克）；电力作为能源，从煤炭、石油、天然气等各种能源发电、输电、充电到电池驱动车轮的总能源效率为20.1%（二氧化碳的排量为每公里115.1克）。在节能减排的政策推进下，电动汽车作为零排放汽车被重新提出来并扩大为新能源概念，变成社会热点。

内燃机与电动机相比较其能效是非常低的，电动化已成为全球公共交通发展的趋势。

基于不可再生的石油资源将日益枯竭的认识，全世界都认同电动车是未来汽车工业发展的方向。

化石燃料的燃烧还带来其他空气污染物，例如氮氧化物、二氧化硫、挥发性有机化合物和重金属。硫酸、碳酸和硝酸等酸性物质同空气中的水气混合后降落地面，形成酸雨，对于自然环境和建筑物都有腐蚀作用；化石燃料还包含放射性物质，主要是铀和钍，它们被释放到大气中。

化石燃料开采、处理和运输过程也产生环境问题。采煤对环境有负面影响，离岸石油开采对于水生生物的生存造成威胁，炼油厂对于环境的负面影响主要体现为空气和水污染；运输煤需要动力机车，而运输石油则需要有大型油轮，这都需要消耗更多的化石燃料。

电动客车不同程度的电动化：

在电力系统的低谷期充电可以提高电动车对电网的利用率，用电高峰期充电，或大量汽车同时充电则会对电力系统产生很大冲击，这需要增加电能储备来满足其需求。

电池技术的瓶颈在哪儿？

电池、电控和电动机是电动汽车的三大关键技术部件。电机的能效已经高达90%以上，其重量和可靠性都要比汽油机好；电控技术在过去几年中已取得巨大进步，提高了电池的充放效率，电动汽车推广应用的主要障碍仍然是电池包。

汽车燃料要求容量大而重量轻，能量密度是指在一定空间或质量物质中储存能量的大小（Wh/kg)，汽油的能量密度为12,000 Wh/kg。相比之下，一次性的5号碱性电池要有140Wh/ kg的能量，这就意味着5号电池包（油箱）的重量要比汽油（油箱）重85倍以上。

传统铅蓄电池的能量密度只有5Wh/kg，锂电池目前的能量密度为150 Wh /kg，2020年可能达到300 Wh/kg。在电池能量密度没有取得革命性突破之前，采用电池为公共巴士提供动力电源很难实现商业化，仍然只是一种“理想”的交通工具。典型的一辆12米电动巴士需装备重达2,500～3,500千克的电池，才能基本满足每天运行300公里的动力需求（晚上为车辆充电），仅就电池重量的能源效率来讲，电动巴士相当于每天运载50～70名乘客做无用功，这种状况无疑是一种能源浪费，这样低效的节能减排绝不是大家所要的。

电力系统大多是交流电源，车用电池多为直流电源，充电时需将交流电整流成直流电，这会给电力系统带来谐波污染，谐波的出现又带来电气设备过热、产生振动和噪声等问题，进而使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。谐波可引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电容器等设备烧毁等。

在电力系统的低谷期充电可以提高电动车对电网的利用率，用电高峰期充电，或大量汽车同时充电则会对电力系统产生很大冲击，这需要增加电能储备来满足其需求。电动汽车充电站是非线性负载，充电过程会产生很大谐波，对电力系统的电能质量也会产生很大影响。