Energetická účinnost v dopravě - Energy efficiency in transport

Část série na
Doprava
Knihovna Jak a proč 019.jpg
Režimy
Témata
Aplikace Nuvola ksysv square.svg Dopravní portál

Energetické účinnosti v dopravě je vhodné ujetá vzdálenost , cestujících, zboží nebo jakýkoli typ nákladu; děleno celkovou energií vloženou do dopravních pohonných prostředků. Energetický vstup může být poskytnut v několika různých typech v závislosti na typu pohonu a obvykle je taková energie prezentována v kapalných palivech , elektrické energii nebo energii z potravin . Energetické účinnosti je také občas známý jako energetické náročnosti . Inverzní energetické účinnosti v dopravě, je spotřeba energie v dopravě.

Energetická účinnost v dopravě je často popisována z hlediska spotřeby paliva , přičemž spotřeba paliva je reciproční spotřebou paliva . Spotřeba paliva je nicméně spojena s pohonným prostředkem, který využívá kapalná paliva , zatímco energetická účinnost je použitelná na jakýkoli druh pohonu. Aby se předešlo zmatkům a aby bylo možné porovnat energetickou účinnost jakéhokoli typu vozidla, odborníci obvykle měří energii v mezinárodním systému jednotek , tj. Joulech .

V Mezinárodním systému jednotek se proto energetická účinnost v dopravě měří v metrech na joule nebo m/J , zatímco spotřeba energie v dopravě se měří v joulech na metr neboli J/m . Čím je vozidlo efektivnější, tím více metrů ujede jedním joulem (větší účinnost) nebo tím méně joulů spotřebuje na ujetí více než jednoho metru (nižší spotřeba). Energetické účinnosti v dopravě do značné míry liší od dopravního prostředku. Různé druhy dopravy se pohybují od několika set kilojoulů na kilometr (kJ/km) u kola až po desítky megajoulů na kilometr (MJ/km) u helikoptéry .

Prostřednictvím druhu použitého paliva a rychlosti spotřeby paliva je energetická účinnost také často spojena s provozními náklady ($ /km) a emisemi do životního prostředí (např. CO 2 /km).

Jednotky měření

V mezinárodním systému jednotek se energetická účinnost v dopravě měří v metrech na joule nebo m/J . Nicméně je možné použít několik převodů v závislosti na jednotce vzdálenosti a jednotce energie. U kapalných paliv se množství energie obvykle měří jako objem kapaliny, například v litrech nebo galonech. Pro pohon poháněný elektřinou se obvykle používá kWh , zatímco u jakéhokoli typu vozidla poháněného lidmi se vstup energie měří v kaloriích . Je typické převádět mezi různými druhy energie a jednotkami.

U osobní dopravy se energetická účinnost obvykle měří jako počet cestujících krát vzdálenost na jednotku energie, v SI metry cestujících na joule ( pax.m/J ); zatímco u nákladní dopravy se energetická účinnost obvykle měří jako hmotnost přepravovaného nákladu krát vzdálenost na jednotku energie, v SI kilogramy metry na joule ( kg.m/J ). Objemová účinnost, pokud jde o kapacitu vozidla může být také hlášena, jako je například osobní míle za galon (PMPG) získaný násobením na mil na galon z paliva buď kapacity pro přepravu cestujících nebo průměrnou obsazení. Obsazenost osobních vozidel je obvykle do značné míry nižší než kapacita, a proto se hodnoty vypočítané na základě kapacity a obsazenosti často budou značně lišit.

Typické převody na jednotku SI

Joules
litr benzínu 0,3x10 8
Americký galon benzínu (benzínu) 1,3x10 8
Imp. galon benzínu (benzín) 1,6x10 8
kilokalorie 4,2 x 10 3
kW · h 3,6x10 6
BTU 1,1 x 10 3

Kapalná paliva

Energetická účinnost je vyjádřena z hlediska spotřeby paliva:

Spotřeba energie (vzájemná účinnost) je vyjádřena ve smyslu spotřeby paliva:

  • objem spotřebovaného paliva (nebo celkové energie) na jednotku vzdálenosti na vozidlo; např. l/100 km nebo MJ/100 km.
  • objem spotřebovaného paliva (nebo celkové energie) na jednotku vzdálenosti na cestujícího; např. l/(100 cestujících · km).
  • objem spotřebovaného paliva (nebo celkové energie) na jednotku vzdálenosti na jednotku hmotnosti přepravovaného nákladu ; např. l/100 kg · km nebo MJ/t · km.

Elektřina

Spotřeba elektrické energie:

  • elektrická energie použitá na vozidlo na jednotku vzdálenosti; např. kW · h/100 km.

Výroba elektřiny z paliva vyžaduje mnohem více primární energie, než je množství vyrobené elektřiny.

Potravinová energie

Spotřeba energie:

  • kalorie spálené metabolismem těla na kilometr; např. Cal/km.
  • kalorie spálené metabolismem těla na míli; např. Cal/mil.

Přehled

V následující tabulce je uvedena energetická účinnost a spotřeba energie u různých typů osobních pozemních vozidel a způsobů dopravy a také standardní obsazenost. Zdroje těchto údajů jsou v korespondenční části pro každé vozidlo v následujícím článku. Převody mezi různými typy jednotek jsou v oboru dobře známy.

Pro přepočet mezi jednotkami energie v následující tabulce je 1 litr benzínu 34,2 MJ , 1 kWh 3,6 MJ a 1 kilokalorie 4184 J. Pro poměr obsazenosti automobilu byla uvažována hodnota 1,2 cestujícího na automobil . V Evropě se však tato hodnota mírně zvyšuje na 1,4. Zdroje pro převody mezi jednotkami měření se zobrazují pouze v prvním řádku.

Pozemní osobní doprava znamená

Energetická účinnost a spotřeba pozemní osobní dopravy
Způsob dopravy Energetická účinnost Spotřeba energie Průměrný počet cestujících na vozidlo Energetická účinnost Spotřeba energie
mpg (USA) benzínu mpg (imp) benzínu km/l benzínu km/MJ m/J L (benzín)/ 100 km kWh/100 km kCal/km MJ/100 km J/m (m · pax )/J J/(m · pax)
Lidský pohon
Chůze 4,55 0,00455 6.11 52,58 22.00 220 1,0 0,00455 220
Velomobile s uzavřeným ležením 12,35 0,01235 2,25 (0,50) 19,35 8.1 81 1,0 0,01235 81
Jízdní kolo 9.09 0,00909 3,06 26.29 11.00 110 1,0 0,00909 110
Asistence motoru
Elektrické kolo 1628,91 1954,7 738,88 23,21 0,02321 0,35 1.2 10,33 4.3 43 1,0 0,02321 43
Elektrická koloběžka 1745,27 2034,32 791,66 24,87 0,02487 0,12 1.12 9,61 4.00 40 1,0 0,02487 40
Automobil
Solární auto 1200,65 1441,92 510,45 14,93 0,01493 0,20 1,86 16.01 6,70 67 1,0 0,01493 67
GEM NER 212,81 255,58 90,48 2,65 0,00265 1.11 10,50 90,34 37,80 378 1.2 0,00317 315
General Motors EV1 97,15 116,68 41,30 1.21 0,00121 2,42 23.00 197,90 82,80 828 1.2 0,00145 690
Chevrolet Volt 99,31 119,27 42,22 1.23 0,00123 2.37 22.50 193,59 81,00 810 1.2 0,00148 675
Daihatsu Charade 83,80 100,63 35,63 1,04 0,00104 2,81 26,67 229,45 96,00 960 1.2 0,00125 800
Volkswagen Polo 61,88 74,31 26,31 0,77 0,00077 3,80 38 326,97 136,8 1368 1.2 0,00087 1140
SEAT Ibiza 1.4 TDI Ecomotion 61,88 74,31 26,31 0,77 0,00077 3,80 38 326,97 136,8 1368 1.2 0,00087 1140
Renault Clio 33,60 40,32 13,91 0,42 0,00042 7 66,5 572,18 239,4 2394 1.2 0,00049 1995
Volkswagen Passat 26,76 32.11 11.37 0,33 0,00033 8,79 83,51 718,53 300,63 3006 1.2 0,00039 2505
Cadillac CTS-V 13,82 16.60 5,88 0,17 0,00017 17.02 161,67 1391.01 582,00 5820 1.2 0,00021 4850
Bugatti Veyron 9,79 11,75 4.16 0,12 0,00012 24.04 228,33 1964,63 822,00 8220 1.2 0,00015 6850
Nissan Leaf 119,89 143,98 50,97 1,49 0,00149 1,96 18,64 160,37 67,10 671 1.2 0,00179 559
Toyota Prius 56,06 67,32 23,83 0,70 0,00070 4.20 39,86 342,97 143,50 1435 1.2 0,00084 1196
Tesla Model S 129,54 155,57 55,07 1,61 0,00161 1,82 17.25 148,42 62.10 621 1.2 0,00193 517
Model Tesla 3 141 169,33 59,94 1,76 0,00176 1,58 15 129,06 54 540 1.2 0,00222 450
Řada Aptera 2 423 507,99 179,82 5.28 0,00528 0,53 5 43 18 180 1.2 0,00666 150
Autobusy
MCI 102DL3 6.03 7.24 2,56 0,07 0,00007 39.04 370,83 3190,73 1335,00 13350 11.0 0,00082 1214
Proterra Catalyst 40 'E2 0,23 0,00023 121,54 1044,20 437,60 4376 11.0 0,00319 313
Vlaky
Městská železnice 0,00231 432
CR400AF (cn) ~ 0,00150 667
JR East (jp) ~ 0,01091 92
CP -Lisbon (pt) 27,7% 0,01304
Basilej (ch) ~ 50,0% 0,00215 465

Pozemní dopravní prostředky

Chůze

Nordic walkers

Osoba o hmotnosti 68 kg (150 lb) kráčející rychlostí 4 km/h (2,5 mph) vyžaduje přibližně 210 kilokalorií (880 kJ) potravinové energie za hodinu, což odpovídá 4,55 km/MJ. 3,8 l benzínu obsahuje asi 114 000 britských tepelných jednotek (120 MJ) energie, což je přibližně ekvivalent 360 mil na americký galon (0,65 l/100 km).

Velomobile

Hlavní článek: Velomobile

Velomobily (uzavřená ležatá kola) mají díky malé čelní ploše a aerodynamickému tvaru nejvyšší energetickou účinnost ze všech známých způsobů osobní dopravy. Při rychlosti 50 km/h (31 mph) výrobce velomobilu WAW tvrdí, že k přepravě cestujícího (= 18 J/m) je potřeba pouze 0,5 kW · h (1,8 MJ) energie na 100 km. To je asi 1 / 5 (20%), z toho, co je potřeba k moci standardní vzpřímené kolo bez aerodynamického plášťů při stejných otáčkách a 1 / 50 (2%), z toho, co se spotřebuje v průměru o fosilní paliva nebo elektrické auto (dále jen účinnost velomobilu odpovídá 4700 mil na americký galon, 2 000 km/l nebo 0,05 l/100 km). Skutečná energie z potravin použitých člověkem je 4–5krát více. Bohužel jejich výhoda energetické účinnosti oproti jízdním kolům se s klesající rychlostí zmenšuje a mizí při rychlosti přibližně 10 km/h, kde je výkon potřebný pro velomobily a triatlonová kola téměř stejný.

Jízdní kolo

Čínské kolo létajícího holuba

Standardní lehké, středně rychlé kolo je jedním z energeticky nejefektivnějších způsobů dopravy. Ve srovnání s chůzí vyžaduje cyklista s hmotností 64 kg (140 lb) při rychlosti 16 km/h (10 mph) přibližně polovinu energie z jídla na jednotku vzdálenosti: 27 kcal/km, 3,1 kW⋅h (11 MJ) na 100 km, nebo 43 kcal/mi. To se změní na přibližně 732 mpg ‑US (0,321 l/100 km; 879 mpg ‑imp ). To znamená, že jízdní kolo spotřebuje 10–25krát méně energie na ujetou vzdálenost než osobní auto, v závislosti na zdroji paliva a velikosti auta. Tento údaj závisí na rychlosti a hmotnosti jezdce: vyšší rychlosti dávají vyšší odpor vzduchu a těžší jezdci spotřebují více energie na jednotku vzdálenosti. Navíc, protože jsou jízdní kola velmi lehká (obvykle mezi 7–15 kg), spotřebují na výrobu velmi nízké množství materiálů a energie. Ve srovnání s automobilem o hmotnosti 1 500 kg a více vyžaduje kolo obvykle k výrobě 100–200krát méně energie než automobil. Kromě toho jízdní kola vyžadují méně místa k parkování i k provozu a méně poškozují povrchy vozovek, což zvyšuje infrastrukturní faktor efektivity.

Motorizované kolo

Motorizované kolo umožňuje lidskou sílu a pomoc v 49 cm 3 (3,0 cu in) motoru, dávat rozsah 160 až 200 mpg -USA (05.1.-2.1. l / 100 km; 190-240 mpg -imp ). Elektrická jízdní kola s pedálem jezdí na pouhých 1,0 kW⋅h (3,6 MJ) na 100 km, přičemž udržují rychlost přesahující 30 km/h (19 mph). Tato nejlepší čísla se opírají o to, že 70% práce odvede člověk, přičemž z motoru vychází přibližně 3,6 MJ (1,0 kW⋅h) na 100 km. Díky tomu je elektrické kolo jedním z nejúčinnějších možných motorizovaných vozidel, za ním stojí pouze motorový velomobil a elektrická jednokolka (EUC).

Elektrická koloběžka

Elektrické koloběžky, součást systému sdílení koloběžek , v San Jose, Kalifornie.

Elektrické koloběžky, jaké používají systémy pro sdílení koloběžek jako Bird nebo Lime , mají obvykle maximální dosah pod 30 km (19 mi) a maximální rychlost zhruba 24,9 km/h. Jsou zamýšleny tak, aby se vešly do výklenku poslední míle a jezdily v cyklistických pruzích, ale vyžadují jen malé dovednosti od jezdce. Díky své nízké hmotnosti a malým motorům jsou extrémně energeticky účinné s typickou energetickou účinností 1,1 kW⋅h (4,0 MJ) na 100 km (1904 MPGe 810 km/L 0,124 L/100 km), ještě účinnější než kola a chůze. Protože však musí být často dobíjeny, jsou často shromažďovány přes noc s motorovými vozidly, což tuto účinnost poněkud popírá. Životní cyklus elektrických skútrů je také výrazně kratší než životní cyklus kol, často dosahuje pouze jednociferného počtu let.

Elektrická jednokolka

Varianta elektrického skateboardu s jednokolkou (EUC) s názvem Onewheel Pint unese osobu s hmotností 50 kg 21,5 km při průměrné rychlosti 20 km/h. Baterie má kapacitu 148 Wh. Bez zohlednění energie ztracené na teplo ve fázi nabíjení to odpovídá účinnosti 6,88 Wh/km nebo 0,688 kWh/100 km. Navíc s rekuperačním brzděním jako standardním konstrukčním prvkem by měl kopcovitý terén menší dopad na EUC ve srovnání s vozidlem s třecími brzdami, jako je push -bike. To v kombinaci s interakcí země s jedním kolem může z EUC učinit nejúčinnější známé vozidlo při nízkých rychlostech (pod 25 km/h), přičemž velomobil předběhne pozici jako nejefektivnější při vyšších rychlostech díky vynikající aerodynamice.

Lidská síla

Aby bylo srovnání důkladné, je třeba vzít v úvahu také energetické náklady na výrobu, přepravu a balení paliva (potraviny nebo fosilní paliva), energii vynaloženou při likvidaci výfukového odpadu a energetické náklady na výrobu vozidla. Toto poslední může být významné vzhledem k tomu, že chůze vyžaduje malé nebo žádné speciální vybavení, zatímco například automobily vyžadují velkou energii na výrobu a mají relativně krátkou životnost. Kromě toho jakékoli srovnání elektrických vozidel a vozidel na kapalná paliva musí zahrnovat palivo spotřebované v elektrárně na výrobu elektřiny. Například ve Velké Británii je účinnost systému výroby a distribuce elektřiny kolem 0,40.

Automobily

Hlavní článek: Úspora paliva v automobilech
Viz také: Energeticky efektivní řízení
Bugatti Veyron

Ve srovnání s jinými druhy dopravy je automobil neefektivní. Důvodem je, že poměr mezi hmotností vozidla a hmotností cestujících je ve srovnání s jinými druhy dopravy mnohem vyšší.

Účinnost paliva u automobilů je nejčastěji vyjádřena v objemu spotřebovaného paliva na sto kilometrů (l/100 km), ale v některých zemích (včetně USA, Velké Británie a Indie) je běžněji vyjádřena jako vzdálenost na objem spotřebovaného paliva (km/l nebo míle na galon ). To je komplikováno rozdílným energetickým obsahem paliv, jako je benzín a nafta. Oak Ridge National Laboratory (ORNL), se uvádí, že energetický obsah bezolovnatého benzínu je 115000 britská tepelná jednotka (BTU) na americký galon (32 MJ / l) ve srovnání s 130,500 BTU na americký galon (36,4 MJ / l) pro motorové nafty. Elektromobily používají 38 megajoulů (38 000 kJ) na 100 km ve srovnání se 142 megajouly na 100 km u vozů ICE.

Životní cyklus auta

Druhým důležitým faktorem jsou energetické náklady na výrobu energie. Biopaliva, elektřina a vodík mají při své výrobě významné energetické vstupy. Účinnost výroby vodíku je 50–70% při výrobě ze zemního plynu a 10–15% při výrobě elektřiny. Účinnost výroby vodíku, stejně jako energie potřebná pro skladování a přepravu vodíku, musí být kombinována s účinností vozidla, aby byla získána čistá účinnost. Z tohoto důvodu jsou vodíkové automobily jedním z nejméně účinných prostředků osobní dopravy, obecně je do výroby vodíku nutné vložit přibližně 50krát více energie ve srovnání s tím, kolik se spotřebuje na pohyb automobilu.

Třetím faktorem, který je třeba vzít v úvahu při výpočtu energetické účinnosti automobilů, je míra obsazenosti vozidla. Přestože se spotřeba na jednotku vzdálenosti na vozidlo zvyšuje s rostoucím počtem cestujících, je tento nárůst ve srovnání se snížením spotřeby na jednotku vzdálenosti na cestujícího mírný. To znamená, že vyšší obsazenost přináší vyšší energetickou účinnost na cestujícího. Obsazenost automobilů se v různých regionech liší. Například odhadovaná průměrná obsazenost je přibližně 1,3 cestujícího na auto v oblasti San Francisco Bay Area, zatímco odhadovaný průměr Velké Británie pro rok 2006 je 1,58.

Začtvrté, energie potřebná k výstavbě a údržbě silnic je důležitým faktorem, stejně jako energie vrácená z investované energie (EROEI). Mezi tyto dva faktory je třeba k energii spotřebovaného paliva přidat zhruba 20%, aby bylo možné přesně vyjádřit celkovou použitou energii.

A konečně, výpočty energetické účinnosti vozidla by byly zavádějící, aniž by byly zohledněny náklady na energii při výrobě samotného vozidla. Tyto počáteční náklady na energii lze samozřejmě odepisovat po celou dobu životnosti vozidla a vypočítat průměrnou energetickou účinnost během jeho skutečné životnosti. Jinými slovy, vozidla, jejichž výroba vyžaduje hodně energie a která se používají relativně krátkou dobu, budou během své efektivní životnosti vyžadovat mnohem více energie než vozidla, která ji nemají, a jsou proto mnohem méně energeticky efektivní, než by se jinak mohlo zdát. Hybridní a elektrická auta spotřebovávají při svém provozu méně energie než srovnatelná auta poháněná ropou, ale na jejich výrobu se spotřebuje více energie, takže celkový rozdíl by byl menší, než je okamžitě zřejmé. Srovnejte například chůzi, která nevyžaduje vůbec žádné speciální vybavení, a automobil vyrobený a odeslaný z jiné země a vyrobený z dílů vyráběných po celém světě ze surovin a nerostů těžených a zpracovávaných znovu jinde a používaných pro omezený počet let. Podle francouzské agentury pro energii a životní prostředí ADEME má průměrný osobní automobil ztělesněný energetický obsah 20 800 kWh a průměrné elektrické vozidlo 34 700 kWh. Elektromobil potřebuje k výrobě téměř dvojnásobek energie, především kvůli velkému množství těžby a čištění nezbytného pro kovy vzácných zemin a další materiály používané v lithium-iontových bateriích a v elektrických hnacích motorech. To představuje významnou část energie spotřebované po celou dobu životnosti automobilu (v některých případech téměř tolik, kolik energie spotřebovává spotřebované palivo, což ve skutečnosti zdvojnásobuje spotřebu energie automobilu na vzdálenost) a nelze jej ignorovat, pokud srovnání automobilů s jinými druhy dopravy. Protože se jedná o průměrná čísla pro francouzské automobily a je pravděpodobné, že budou výrazně větší v zemích zaměřených více na auto, jako jsou Spojené státy a Kanada, kde jsou mnohem větší a těžší auta běžnější.

Jízdní postupy a vozidla lze upravit tak, aby se zlepšila jejich energetická účinnost asi o 15%.

Na procentuálním základě, pokud je v automobilu jeden cestující, se 0,4 až 0,6% z celkové použité energie použije k pohybu osoby v autě, zatímco 99,4–99,6% (asi 165 až 250krát více) se použije na přesunout auto.

Ukázkové hodnoty spotřeby

Dvě americká solární auta v Kanadě
  • Solární auta nepoužívají žádné externě dodávané palivo kromě slunečního světla, přičemž baterie dobíjejí výhradně z vestavěných solárních panelů a obvykle používají méně než 3 kW · h na 100 mil (67 kJ/km nebo 1,86 kW · h/100 km). Tyto vozy nejsou určeny pro osobní ani užitkové účely a vzhledem k rychlosti, užitečnému zatížení a inherentnímu designu by nebyly praktické.
  • Čtyři cestující GEM NER využívá 169 Wh/mi (203 mpg -e; 10,5 kW⋅h/100 km), což při plném obsazení odpovídá 2,6 kW · h/100 km na osobu, i když pouze 39 km/h h).
  • General Motors EV1 byl hodnocen v testu s účinností nabíjení 373 Wh-AC/míle nebo 23 kWh/100 km přibližně ekvivalentem 2,6 l/100 km (110 mpg –imp ; 90 mpg –US ) u vozidel poháněných ropou .
  • Chevrolet Volt v plně elektrickém režimu využívá 36 kilowatthodin na 100 mil (810 kJ/km; 96 mpg-e), což znamená, že se může přiblížit nebo překročit energetickou účinnost chůze, pokud je vůz plně obsazen 4 a více cestujícími, přestože produkované relativní emise nemusí při analýze dopadů na životní prostředí sledovat stejné trendy.
  • Přeplňovaný vznětový motor Daihatsu Charade s objemem 993 ccm (1987–1993) získal cenu za nejúspornější vozidlo za průměrnou spotřebu 2,82 l/100 km (100 mpg ‑imp ). Nedávno jej překonal VW Lupo 3 L, který spotřebuje přibližně 2,77 l/100 km (102 mpg ‑imp ). Oba vozy najdete na populárním trhu jen zřídka. Daihatsu měl velké problémy s rzí a strukturální bezpečností, což přispívá k jeho vzácnosti a poměrně krátkému výrobnímu cyklu.
  • Volkswagen Polo 1.4 TDI BlueMotion a SEAT Ibiza 1.4 TDI Ecomotion, jak dimenzováno na 3,8 l / 100 km (74 mpg -imp ; 62 mpg -USA ) (kombinované) byly nejúspornějších ropy poháněných automobilů v prodeji ve Velké Británii ze dne 22. března 2008.
  • Honda Insight -dosahuje 60 mpg ‑US (3,9 l/100 km; 72 mpg ‑imp ) v reálných podmínkách.
  • Honda Civic Hybrid - pravidelně se pohybuje v průměru kolem 45 mpg ‑US (5,2 l/100 km; 54 mpg ‑imp ).
  • 2012 Cadillac CTS-V Wagon 6,2 L přeplňovaný, 14 mpg ‑US (17 l/100 km; 17 mpg ‑imp ).
  • 2012 Bugatti Veyron, 10 mpg ‑US (24 l/100 km; 12 mpg ‑imp ).
  • 2018 Honda Civic : 36 mpg ‑US (6,5 l/100 km; 43 mpg ‑imp )
  • 2017 Mitsubishi Mirage : 39 mpg ‑US (6,0 l/100 km; 47 mpg ‑imp )
  • 2017 Hyundai Ioniq hybrid: 55 mpg ‑US (4,3 l/100 km; 66 mpg ‑imp )
  • 2017 Toyota Prius: 56 mpg ‑US (4,2 l/100 km; 67 mpg ‑imp ) (Eco trim)
  • 2018 Nissan Leaf: 30 kWh (110 MJ)/100 mil (671 kJ/km) nebo 112 MPGe
  • 2017 Hyundai Ioniq EV: 25 kWh (90 MJ)/100 mi (560 kJ/km) nebo 136 MPGe
  • 2020 Tesla model 3: 24 kWh (86,4 MJ)/100 mi (540 kJ/km) nebo 141 MPGe

Vlaky

Kapacita cestujících v různých přepravních režimech.png

Vlaky jsou obecně jedním z nejefektivnějších dopravních prostředků pro nákladní a osobní dopravu . Nedílnou výhodou účinnosti je nízké tření ocelových kol na ocelových kolejnicích ve srovnání zejména s gumovými pneumatikami na asfaltu. Účinnost se výrazně liší podle zátěže cestujících a ztrát vzniklých při výrobě a dodávce elektřiny (u elektrifikovaných systémů), a co je důležité, při dodávkách typu end-to-end, kde stanice nejsou původními konečnými cíli cesty.

Skutečná spotřeba závisí na přechodech, maximálních rychlostech a vzorcích načítání a zastavování. Data vytvořená pro evropský projekt MEET (Metodiky pro odhadování emisí látek znečišťujících ovzduší) ilustrují různé vzorce spotřeby v několika traťových úsecích. Výsledky ukazují, že spotřeba německého vysokorychlostního vlaku ICE se pohybovala od přibližně 19 do 33 kW⋅h/km (68–119 MJ/km; 31–53 kW⋅h/mi). Data také odrážejí hmotnost vlaku na cestujícího. Například dvoupatrové dvoupodlažní vlaky TGV používají lehké materiály, které udržují nízké zatížení náprav a snižují poškození trati a také šetří energii.

Specifická spotřeba energie vlaků na celém světě činí přibližně 150 kJ/pkm (kilojoule na osobní kilometr) a 150 kJ/tkm (kilojoule na tunový kilometr) (přibližně 4,2 kWh/100 pkm a 4,2 kWh/100 tkm), pokud jde o konečná energie. Přeprava cestujících železničními systémy vyžaduje méně energie než autem nebo letadlem (jedna sedmina energie potřebné k přepravě člověka autem v městském kontextu). To je důvod, proč, ačkoli v roce 2015 tvořily 9% světové činnosti v oblasti osobní dopravy (vyjádřené v pkm), osobní železniční doprava představovala pouze 1% konečné spotřeby energie v osobní dopravě.

Náklad

Odhady spotřeby energie u železniční nákladní dopravy se velmi liší a mnohé poskytují zúčastněné strany. Některé jsou uvedeny v tabulce níže.

Země Rok Úspora paliva (hmotnost zboží) Energetická náročnost
USA 2007 185,363 km/ L (1  malá tuna ) energie/hmotnostní vzdálenost
USA 2018 473 mil/galon (1 tuna) energie/hmotnostní vzdálenost
Spojené království - 87 t · km/l 0,41 MJ/t · km ( LHV )

Cestující

Země Rok Účinnost vlaku Na cestujícího km (kJ) Poznámka
Čína 2018 9,7 MJ (2,7 kWh) /auto-km 137 kJ/osobokilometr (při 100% zatížení) CR400AF@350 km/h
Peking-Šanghaj PDL průměr 1302 km
Japonsko 2004 17,9 MJ (5,0 kWh)/auto-km 350 kJ/cestující km JR East průměr
Japonsko 2017 1,49 kWh/auto-km ≈92 kJ/osobokilometr JR East Konvenční železnice
ES 1997 18 kW⋅h/km (65 MJ/km)
USA 1,125 mpg ‑US (209,1 l/100 km; 1,351 mpg ‑imp ) 468 cestujících mil/americký galon (0,503 l/100 cestujících km)
Švýcarsko 2011 2300 GWhr/rok 470 kJ/osobokilometr
Basilej, Švýcarsko 1,53 kWh/vozidlo-km (5,51 MJ/vozidlo-km) 85 kJ/osobokilometr (150 kJ/osobokilometr při 80% průměrného zatížení)
USA 2009 2435 BTU/mi (1,60 MJ/km)
Portugalsko 2011 8,5 kW⋅h/km (31 MJ/km; 13,7 kW⋅h/mi)

Brzdné ztráty

Shinkansen řady N700 využívá rekuperační brzdění

Zastavení je značným zdrojem neefektivity. Moderní elektrické vlaky, jako je Shinkansen ( Bullet Train ), využívají při brzdění regenerační brzdění pro návrat proudu do trolejového vedení . Studie společnosti Siemens ukázala, že rekuperační brzdění může získat zpět 41,6% celkové spotřebované energie. Osobní železniční (městská a meziměstská) a plánovaná meziměstská a veškerá charterová autobusová odvětví Technologická a provozní vylepšení - ZÁVĚREČNÁ ZPRÁVA uvádí, že „dojíždějící provoz může při brzdění na zastávkách rozptýlit více než polovinu jejich celkové trakční energie“. a že „Odhadujeme, že hlavní výkon bude 35 procent (ale mohlo by to být až 45 procent) z celkové energie spotřebované příměstskými železnicemi.“ Potřeba zrychlovat a zpomalovat těžký vlakový náklad lidí na každé zastávce je neefektivní navzdory regenerativnímu brzdění, které dokáže získat zpět přibližně 20% energie zbytečně vynaložené při brzdění. Hmotnost je určující pro ztráty při brzdění.

Autobusy

Bus rapid transit of Metz používá hybridní diesel-elektrický pohonný systém, vyvinutý společností belgického Van Hool výrobce.
  • V červenci 2005 byla průměrná obsazenost autobusů ve Velké Británii 9 cestujících na vozidlo.
  • Flotila 244 40 stop (12 m) 1982 nových trolejbusů Flyer v místním provozu s BC Transit ve Vancouveru v Kanadě v letech 1994/95 spotřebovala 35 454 170 kWh na 12 966 285 km vozidla, neboli 9,84 MJ/km vozidla. Přesný počet cestujících na trolejbusech není znám, ale při zaplnění všech 34 míst to odpovídá 0,32 MJ/km. Je zcela běžné vidět lidi stojící na trolejbusech ve Vancouveru. Jedná se o službu s mnoha zastávkami na kilometr; součástí důvodu účinnosti je použití rekuperačního brzdění.
  • Dojíždějící služba v Santa Barbaře v Kalifornii v USA zjistila průměrnou účinnost autobusu na naftu 6,0 mpg ‑US (39 l/100 km; 7,2 mpg ‑imp ) (pomocí autobusů MCI 102DL3). Při zaplnění všech 55 míst k sezení to odpovídá 330 mpg pro cestující; s 70% naplněním, 231 cestujících mpg.
  • V roce 2011 měla flotila 752 autobusů ve městě Lisabon průměrnou rychlost 14,4 km/h a průměrnou obsazenost 20,1 cestujících na vozidlo.
  • Bateriové elektrické autobusy kombinují hnací sílu trolejbusu, nevýhody výroby baterií, hmotnost a životnost a flexibilitu směrování autobusu s jakýmkoli palubním výkonem. Mezi hlavní výrobce patří BYD a Proterra.

jiný

  • NASA ‚s Crawler-Transporter byl použit pro přesun raketoplánu ze skladu na odpalovací rampě. Používá naftu a má jednu z nejvyšších hodnot spotřeby paliva v historii, 150 amerických galonů na míli (350 l/km; 120 imp gal/mi).

Prostředky letecké dopravy

Letadlo

Hlavní články: Úspora paliva v letadlech a dopad letectví na životní prostředí
Solar Impulse 2, sluneční letadlo

Hlavním determinantem spotřeby energie v letadle je odpor , kterému musí odporovat tah, aby letoun mohl postupovat.

  • Tažení je úměrné zdvihu požadovanému pro let, který se rovná hmotnosti letadla. Jak se indukovaný odpor zvyšuje s hmotností, bylo snížení hmotnosti se zlepšením účinnosti motoru a snížení aerodynamického odporu hlavním zdrojem zvýšení účinnosti v letadlech, přičemž pravidlem je, že snížení hmotnosti o 1% odpovídá přibližně Snížení spotřeby paliva o 0,75%.
  • Letová výška ovlivňuje účinnost motoru. Účinnost proudového motoru se zvyšuje ve výšce až do tropopauzy , což je teplotní minimum atmosféry; při nižších teplotách je účinnost Carnotu vyšší. Účinnost proudového motoru se také zvyšuje při vysokých rychlostech, ale nad 0,85 Machu se aerodynamické ztráty draku zvyšují rychleji.
  • Efekty stlačitelnosti: od transonických rychlostí kolem 0,85 Mach, rázové vlny vytvářejí rostoucí odpor.
  • Pro nadzvukový let je obtížné dosáhnout poměru vztlak k odporu větší než 5 a úměrně tomu se zvyšuje spotřeba paliva.
Porovnání spotřeby paliva Concorde (za předpokladu, že jsou trysky naplněny do posledního místa)
Letadlo Concorde Boeing 747 -400
Osobní míle/imperiální galon 17 109
Osobní míle/americký galon 14 91
Litry/100 cestujících km 16.6 3.1

Letouny pro cestující v roce 1998 dosahovaly v průměru 4,8 l/100 km na cestujícího (1,4 MJ/osobokilometr) (49 cestujících mil na galon). V průměru je 20% sedadel neobsazeno. Účinnost proudových letadel se zlepšuje: V letech 1960 až 2000 došlo k celkovému 55% nárůstu spotřeby paliva (pokud bychom vyloučili neefektivní a omezenou flotilu DH Comet 4 a za základní případ považovali Boeing 707). Většina vylepšení účinnosti byla získána v prvním desetiletí, kdy se proudové plavidlo poprvé dostalo do širokého komerčního využití. Ve srovnání s vyspělými letadly s pístovými motory v padesátých letech minulého století jsou současná trysková letadla účinnější jen na míli cestujících. V letech 1971 až 1998 bylo průměrné roční zlepšení vozového parku na dostupný kilometr sedadla odhadováno na 2,4%. Concorde na nadzvukové dopravy spravovaný asi 17 cestujících na míle na Imperial galon; podobný obchodnímu letadlu, ale mnohem horší než podzvukový proudový letoun. Airbus uvádí spotřebu paliva svého A380 na méně než 3 l/100 km na cestujícího (78 cestujících na jeden galon).

Air France Airbus A380-800

Hmotnost letadla lze snížit použitím lehkých materiálů, jako je titan , uhlíková vlákna a další kompozitní plasty. Mohou být použity drahé materiály, pokud snížení hmotnosti odůvodňuje cenu materiálů zlepšením palivové účinnosti. Vylepšení dosažená v palivové účinnosti snížením hmotnosti snižuje množství paliva, které je třeba přepravovat. To dále snižuje hmotnost letadla, a proto umožňuje další zvýšení palivové účinnosti. Například konstrukce Airbus A380 obsahuje několik lehkých materiálů.

Airbus předvedl zařízení na konci křídel (sharklety nebo winglety), která mohou dosáhnout 3,5 procentního snížení spotřeby paliva. Na Airbusu A380 jsou zařízení s křídlovými koncovkami. Dále vyvinutá křídla Minix údajně nabízejí 6procentní snížení spotřeby paliva. Křídla na špičce křídla letadla vyhlazují vír na špičce křídla (snižuje odpor křídla letadla) a lze jej dodatečně namontovat na jakékoli letadlo.

NASA a Boeing provádějí testy na letadle se „ smíšenými křídly “ o hmotnosti 500 liber (230 kg) . Tato konstrukce umožňuje větší úsporu paliva, protože celé plavidlo produkuje vztlak, nejen křídla. Koncept kombinovaného křídla (BWB) nabízí výhody v konstrukčních, aerodynamických a provozních účinnostech oproti dnešním konvenčnějším návrhům trupu a křídel. Tyto funkce se promítají do většího dojezdu, úspory paliva, spolehlivosti a úspor životního cyklu a také do nižších výrobních nákladů. NASA vytvořila koncept STOL (CESTOL) s efektivním tempomatem.

Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Applied Materials Research (IFAM) zkoumali žraločí kůži napodobující barvu, která by snížila odpor díky efektu pásu. Letadla jsou hlavní potenciální aplikací pro nové technologie, jako je hliníková kovová pěna a nanotechnologie , jako je barva napodobující žraločí kůži.

Vrtulové systémy, jako turboprops a lopatkové ventilátory jsou mnohem úspornější než technologie trysek . Ale turbovrtulové motory mají optimální rychlost pod 700 km/h. Tato rychlost je menší, než jakou dnes používají velké letecké společnosti. Při současné vysoké ceně leteckého paliva a důrazu na účinnost motoru/draku motoru za účelem snížení emisí se obnovuje zájem o koncepci propfanu pro dopravní letadla, která by mohla být uvedena do provozu mimo Boeing 787 a Airbus A350 XWB. Například Airbus má patentované konstrukce letadel se dvěma protiběžně rotujícími propfans umístěnými vzadu. NASA provedla Advanced Turboprop Project (ATP), kde zkoumali propfan s proměnným stoupáním, který produkoval méně hluku a dosahoval vysokých rychlostí.

S palivovou účinností souvisí i dopad emisí z letectví na klima .

Malá letadla

Dyn'Aéro MCR4S
  • Motorové kluzáky mohou dosáhnout extrémně nízké spotřeby paliva pro běžecké lety, pokud jsou k dispozici příznivé tepelné proudy vzduchu a vítr.
  • Při 160 km/h spaluje dvoumístný dieselový motor Dieselis 6 litrů paliva za hodinu, 1,9 litru na 100 cestujících km.
  • při 220 km/h spálí čtyřmístný MCR-4S o výkonu 100 k 20 litrů plynu za hodinu, 2,2 litru na 100 cestujících km.
  • Při nepřetržitém motorizovaném letu rychlostí 225 km/h spálí Pipistrel Sinus 11 litrů paliva za letovou hodinu. Při přepravě 2 osob na palubě pracuje s objemem 2,4 litru na 100 cestujících km.
  • Ultralehké letadlo Tecnam P92 Echo Classic při cestovní rychlosti 185 km/h spálí 17 litrů paliva za letovou hodinu, 4,6 litru na 100 cestujících km (2 osoby). Ostatní moderní ultralehká letadla mají zvýšenou účinnost; Tecnam P2002 Sierra RG při cestovní rychlosti 237 km/h spálí 17 litrů paliva za letovou hodinu, 3,6 litru na 100 cestujících km (2 osoby).
  • Dvoumístné a čtyřmístné létání rychlostí 250 km/h se starými motory dokáže spálit 25 až 40 litrů za letovou hodinu, 3 až 5 litrů na 100 cestujících km.
  • Sikorsky S-76 C ++ dvojče turbíny vrtulník dostane asi 1,65 MPG -USA (143 l / 100 km; 1,98 MPG -imp ) při 140 uzlů (260 km / h, 160 mph) a nese 12 na asi 19,8 Osobní mil na galon (11,9 l na 100 cestujících km).

Vodní dopravní prostředky

Lodě

královna Alžběta

Královna Alžběta 2

Cunard uvedl, že královna Alžběta 2 cestovala 49,5 stop na imperiální galon motorové nafty (3,32 m/l nebo 41,2 ft/US gal) a že měla kapacitu cestujících 1777. Díky přepravě 1777 cestujících můžeme vypočítat účinnost 16,7 cestujících míle na imperiální galon (16,9 l/100 p · km nebo 13,9 p · mpg –US ).

Výletní lodě

MS  Oasis of the Seas má kapacitu 6 296 cestujících a palivovou účinnost 14,4 cestujících na jeden galon USA. Výletní lodě třídy Voyager mají kapacitu 3 114 cestujících a palivovou účinnost 12,8 osob na jeden galon.

Emma Maersk

Emma Maersk používá Wärtsilä-Sulzer RTA96-C , která spotřebovává 163 g/kW · ha 13 000 kg/h. Pokud přepraví 13 000 kontejnerů, pak 1 kg paliva přepraví jeden kontejner po dobu jedné hodiny na vzdálenost 45 km. Loď trvá 18 dní z Tanjungu (Singapur) do Rotterdamu (Nizozemí), 11 z Tanjungu do Suezu a 7 ze Suezu do Rotterdamu, což je zhruba 430 hodin, a má 80 MW +30 MW. 18 dní při průměrné rychlosti 25 uzlů (46 km/h) dává celkovou vzdálenost 10 800 námořních mil (20 000 km).

Za předpokladu, že Emma Maersk spotřebovává naftu (na rozdíl od topného oleje, které by bylo přesnějším palivem), pak 1 kg nafty = 1,202 litru = 0,317 amerického galonu. To odpovídá 46 525 kJ. Za předpokladu standardních 14 tun na kontejner (za teu) to při rychlosti 45 km/h (24 uzlů) získá 74 kJ na tunokilometr.

Lodě

Plachetnice , podobně jako solární auto, může Locomote bez spotřeby jakéhokoli paliva. Plachetnice jako nafukovací člun využívající pouze větrnou energii nevyžaduje žádnou vstupní energii, pokud jde o palivo. Posádka však vyžaduje určitou manuální energii k řízení lodi a nastavování plachet pomocí šňůr. Kromě toho bude energie zapotřebí pro jiné požadavky než pro pohon, jako je vaření, topení nebo osvětlení. Palivová účinnost člunu pro jednu osobu je velmi závislá na velikosti motoru, rychlosti plavby a výtlaku. S jediným cestujícím bude ekvivalentní energetická účinnost nižší než v automobilu, vlaku nebo letadle.

Porovnání mezinárodní dopravy

EffizienzLeistungFahrzeuge.png

Evropská veřejná doprava

Železnice a autobusy obecně vyžadují služby mimo špičku a venkovské služby, které mají ze své podstaty nižší zatížení než městské autobusové linky a meziměstské vlakové linky. Kromě toho je díky jejich jízdenkám „na procházku“ mnohem těžší sladit denní poptávku a počet cestujících. V důsledku toho je celkový faktor zatížení britských železnic 35% nebo 90 osob na vlak:

Naopak, letecké služby obecně fungují na sítích typu point-to-point mezi velkými populačními centry a jsou svou povahou „předem rezervovány“. Pomocí správy výnosů lze celkové faktory zatížení zvýšit na přibližně 70–90%. Provozovatelé meziměstských vlaků začali používat podobné techniky, přičemž zatížení dosahovalo u služeb TGV ve Francii celkově typicky 71% a podobné číslo u služeb britské Virgin Rail Group .

U emisí je třeba vzít v úvahu zdroj generující elektřinu.

Americká osobní doprava

Kniha amerických údajů o přepravní energii uvádí následující údaje pro osobní dopravu v roce 2018. Ty jsou založeny na skutečné spotřebě energie při jakékoli obsazenosti. U režimů využívajících elektřinu jsou zahrnuty ztráty během výroby a distribuce. Hodnoty nejsou přímo srovnatelné kvůli rozdílům v typech služeb, tras atd.

Přepravní režim Průměrný počet cestujících
na vozidlo 		BTU na
míli pasažéra 		MJ na
osobní kilometr
Železniční (tranzitní lehký a těžký) 23.5 1813 1,189
Rail (meziměstský Amtrak ) 23.3 1,963 1,287
Motocykly 1.2 2369 1,553
Vzduch 118,7 2,341 1,535
Rail (dojíždějící) 33,6 2 398 1,572
Auta 1.5 2 847 1,866
Osobní kamiony 1,8 3,276 2,148
Autobusy (tranzitní) 7.7 4578 3,001
Reakce na poptávku 1.1 14 660 9,61

Nákladní doprava v USA

Kniha US Transport Energy uvádí pro nákladní dopravu v roce 2010 následující čísla:

přepravní režim Spotřeba paliva
BTU na krátkou tunomíli kJ na tunokilometr
Domácí vodní 217 160
Železnice 1. třídy 289 209
Těžké nákladní vozy 3,357 2,426
Letecká doprava (přibližně) 9600 6 900

Od roku 1960 do roku 2010 se účinnost letecké nákladní dopravy zvýšila o 75%, většinou díky účinnějším proudovým motorům.

1 gal -US (3,785 l, 0,833 gal -imp ) paliva může přepravit tunu nákladu 857 km nebo 462 NMI na člunu, nebo 337 km (209 mi) po železnici, nebo 98 km (61 mi) nákladním autem.

Porovnat:

  • Raketoplán používaný k přepravě nákladu na druhou stranu Země (viz výše): 40 megajoulů na tunokilometr.
  • Čistá energie pro zvedání: 10 megajoulů na tunokilometr.

Kanadská doprava

Přírodní zdroje Kanadský úřad pro energetickou účinnost zveřejňuje roční statistiky o účinnosti celé kanadské flotily. Pro výzkumníky jsou tyto odhady spotřeby paliva realističtější než hodnocení spotřeby paliva u nových vozidel, protože představují skutečné podmínky jízdy, včetně extrémního počasí a provozu. Výroční zpráva se nazývá Analýza trendů energetické účinnosti. Existují desítky tabulek ilustrujících trendy ve spotřebě energie vyjádřené v energiích na osobokilometry (cestující) nebo energii na tunokilometry (nákladní doprava).

Francouzská environmentální kalkulačka

Environmentální kalkulačka francouzské agentury pro životní prostředí a energii (ADEME) publikovaná v roce 2007 s využitím údajů z roku 2005 umožňuje porovnat různé způsoby dopravy, pokud jde o emise CO 2 (z hlediska ekvivalentu oxidu uhličitého ) a spotřebu primárních energie . V případě elektrického vozidla ADEME vychází z předpokladu, že k výrobě jednoho prstu elektřiny jako konečné energie je ve Francii nezbytný 2,58  prstu jako primární energie (viz Embodied energy: In the energy field ).

Tento počítačový nástroj navržený společností ADEME ukazuje důležitost veřejné dopravy z hlediska životního prostředí. Zdůrazňuje primární spotřebu energie a emise CO 2 způsobené dopravou. Vzhledem k relativně nízkému dopadu radioaktivního odpadu na životní prostředí ve srovnání s emisemi ze spalování fosilních paliv to není nástrojem. Navíc intermodální přepravy cestujících je pravděpodobně klíčem k udržitelné dopravě tím, že umožňuje lidem používat méně znečišťujících dopravních prostředků.

Německé náklady na životní prostředí

Deutsche Bahn vypočítává spotřebu energie různých dopravních prostředků.

Typ 2015
Regionální železniční osobní doprava (MJ/pkm) 0,98
Dálková železniční osobní doprava (MJ/pkm) 0,38
Autobusová doprava (MJ/pkm) 1.22
Železniční nákladní doprava (MJ/tkm) 0,35
Silniční nákladní doprava (MJ/tkm) 1.31
Letecká nákladní doprava (MJ/tkm) 10,46
Námořní doprava (MJ/tkm) 0,11

Viz také

Poznámky pod čarou

externí odkazy