Энергоэффективность на транспорте – это полезное расстояние , пройденное пассажирами, товарами или любым типом груза; деленная на общую энергию , затрачиваемую на транспортные движители . Затрачиваемая энергия может быть представлена в нескольких различных типах в зависимости от типа двигательной установки, и обычно такая энергия представлена в виде жидкого топлива , электрической энергии или пищевой энергии . [1] [2] Энергоэффективность также иногда называют энергоемкостью . [3] Обратной стороной энергоэффективности на транспорте является потребление энергии на транспорте.
Энергоэффективность на транспорте часто описывается с точки зрения потребления топлива , причем потребление топлива является обратной величиной экономии топлива . [2] Тем не менее, потребление топлива связано со средством движения, использующим жидкое топливо , тогда как энергоэффективность применима к любому виду движения. Чтобы избежать указанной путаницы и иметь возможность сравнивать энергоэффективность любого типа транспортных средств, эксперты склонны измерять энергию в Международной системе единиц , то есть в джоулях .
Поэтому в Международной системе единиц энергоэффективность на транспорте измеряется в метрах на джоуль, или м/Дж, а потребление энергии на транспорте измеряется в джоулях на метр, или Дж/м. Чем более эффективен автомобиль, тем больше метров он преодолевает с помощью одного джоуля (более высокая эффективность) или тем меньше джоулей он использует для преодоления расстояния в один метр (меньший расход). Энергоэффективность на транспорте во многом зависит от вида транспорта. Различные виды транспорта варьируются от нескольких сотен килоджоулей на километр (кДж/км) для велосипеда до десятков мегаджоулей на километр (МДж/км) для вертолета .
Энергоэффективность также часто связана с типом используемого топлива и уровнем его потребления, а также с эксплуатационными расходами ($/км) и выбросами в окружающую среду (например, CO 2 /км).
В Международной системе единиц энергоэффективность на транспорте измеряется в метрах на джоуль или м/Дж . Тем не менее, применимы несколько преобразований в зависимости от единицы расстояния и единицы энергии. Для жидкого топлива обычно количество потребляемой энергии измеряется в единицах объема жидкости, например, в литрах или галлонах. Для движения, работающего на электричестве, обычно используется кВтч , тогда как для любого типа транспортного средства, приводимого в движение человеком, потребляемая энергия измеряется в калориях . Обычно происходит преобразование между различными типами энергии и единицами измерения.
Для пассажирского транспорта энергоэффективность обычно измеряется как количество пассажиров, умноженное на расстояние на единицу энергии, в системе СИ, пассажиро-метры на джоуль ( пассажиро-м/Дж ); в то время как для грузового транспорта энергоэффективность обычно измеряется как произведение массы перевозимого груза на расстояние на единицу энергии, в системе СИ, килограммы-метры на джоуль ( кг.м/Дж ). Также можно указать объемную эффективность по отношению к вместимости транспортного средства, например, пассажиро-милю на галлон (PMPG), [4] полученную путем умножения количества миль на галлон топлива либо на пассажировместимость , либо на среднюю вместимость. [5] Загруженность личных транспортных средств обычно значительно ниже вместимости [6] [7] и поэтому значения, рассчитанные на основе вместимости и занятости, часто будут совершенно разными.
Энергоэффективность выражается через экономию топлива: [2]
Потребление энергии (обратный КПД) [3] выражается через расход топлива: [2]
Потребление электроэнергии:
Для производства электроэнергии из топлива требуется гораздо больше первичной энергии , чем количество произведенной электроэнергии.
Потребление энергии:
В следующей таблице представлены энергоэффективность и энергопотребление для различных типов пассажирских наземных транспортных средств и видов транспорта, а также стандартная заполняемость. Источники этих цифр находятся в соответствующем разделе для каждого автомобиля в следующей статье. Преобразования между различными типами единиц хорошо известны в данной области техники.
Для преобразования единиц энергии в следующей таблице 1 литр бензина равен 34,2 МДж , 1 кВтч — 3,6 МДж, а 1 килокалория — 4184 Дж. Для коэффициента занятости автомобиля стоимость 1,2 пассажира на автомобиль [13] ] считалось. Тем не менее, в Европе это значение несколько увеличивается до 1,4. [14] Источники для преобразования единиц измерения указаны только в первой строке.
Человеку весом 68 кг (150 фунтов), идущему со скоростью 4 км/ч (2,5 мили в час), требуется примерно 210 килокалорий (880 кДж) пищевой энергии в час, что эквивалентно 4,55 км/МДж. [15] 1 галлон США (3,8 л) бензина содержит около 114 000 британских тепловых единиц (120 МДж) [52] энергии, так что это примерно эквивалентно 360 милям на галлон США (0,65 л/100 км).
Веломобили (закрытые лежачие велосипеды) обладают самой высокой энергоэффективностью среди всех известных видов личного транспорта из-за небольшой площади лобовой части и аэродинамической формы. Производитель веломобилей WAW утверждает, что при скорости 50 км/ч (31 миль в час) для перевозки пассажира требуется всего 0,5 кВтч (1,8 МДж) энергии на 100 км (= 18 Дж/м). Это примерно 1/5 (20%) того, что необходимо для питания стандартного вертикального велосипеда без аэродинамической обшивки на той же скорости, и 1/50 ( 2 % ) того, что потребляет средний автомобиль, работающий на ископаемом топливе или электромобиле ( КПД веломобиля соответствует 4700 миль на галлон США, 2000 км/л или 0,05 л/100 км). [22] Реальная энергия из продуктов питания, потребляемая человеком, в 4–5 раз больше. [20] К сожалению, их преимущество в энергоэффективности перед велосипедами становится меньше с уменьшением скорости и исчезает на скорости около 10 км/ч, где мощность, необходимая для веломобилей и триатлонных велосипедов, почти одинакова. [53]
Стандартный легкий велосипед с умеренной скоростью — один из наиболее энергоэффективных видов транспорта. По сравнению с ходьбой, велосипедисту весом 64 кг (140 фунтов), едущему со скоростью 16 км/ч (10 миль в час), требуется примерно половина пищевой энергии на единицу расстояния: 27 ккал/км, 3,1 кВтч (11 МДж) на 100 км или 43 ккал. /ми. [15] Это соответствует примерно 732 милям на галлон в США (0,321 л/100 км; 879 миль на галлон в США ). [54] Это означает, что велосипед будет потреблять в 10–25 раз меньше энергии на пройденное расстояние, чем личный автомобиль, в зависимости от источника топлива и размера автомобиля. Эта цифра действительно зависит от скорости и массы гонщика: более высокие скорости вызывают большее сопротивление воздуха , а более тяжелые гонщики потребляют больше энергии на единицу расстояния. Кроме того, поскольку велосипеды очень легкие (обычно 7–15 кг), это означает, что для их производства требуется очень мало материалов и энергии. По сравнению с автомобилем массой 1500 кг и более, для производства велосипеда обычно требуется в 100–200 раз меньше энергии, чем для автомобиля. Кроме того, велосипедам требуется меньше места как для парковки, так и для эксплуатации, и они меньше повреждают дорожное покрытие, что добавляет инфраструктурный фактор эффективности.
Моторизованный велосипед использует силу человека и двигатель объемом 49 см 3 (3,0 куб. дюйма), обеспечивая запас хода от 160 до 200 миль на галлон США (1,5–1,2 л/100 км; 190–240 миль на галлон — имп ). [ нужна цитата ] Электрические велосипеды с педальным управлением потребляют всего 1,0 кВтч (3,6 МДж) на 100 км, [55] при сохранении скорости более 30 км/ч (19 миль в час). [ нужна цитата ] Эти лучшие цифры основаны на том, что 70% работы выполняет человек, при этом двигатель генерирует около 3,6 МДж (1,0 кВтч) на 100 км. Это делает электрический велосипед одним из наиболее эффективных моторизованных транспортных средств, уступая только моторизованному веломобилю и электрическому одноколесному велосипеду (EUC).
Электрические самокаты, например те, которые используются в системах совместного использования самокатов, таких как Bird или Lime , обычно имеют максимальный запас хода менее 30 км (19 миль) и обычно ограничиваются максимальной скоростью 25 км/ч (15,5 миль в час). [26] Предназначенные для того, чтобы вписаться в нишу последней мили и использоваться для езды по велосипедным дорожкам, они не требуют от гонщика особых навыков. Благодаря легкому весу и небольшим двигателям они чрезвычайно энергоэффективны: типичная энергоэффективность составляет 1,1 кВтч (4,0 МДж) на 100 км [56] (1904 миль на галлон, 810 км/л, 0,124 л/100 км), что еще более эффективно. чем велосипеды и прогулки. Однако, поскольку их необходимо часто перезаряжать, их часто собирают в ночное время автомобилями, что несколько сводит на нет эту эффективность. Жизненный цикл электросамокатов также заметно короче, чем у велосипедов, часто достигая лишь однозначного числа лет.
Вариант кросс-электрического скейтборда с электрическим одноколесным велосипедом (EUC) под названием Onewheel Pint может перевозить человека массой 50 кг на 21,5 км со средней скоростью 20 км/ч. Аккумулятор держит 148 Втч. Без учета энергии, потерянной на тепло на этапе зарядки, это соответствует эффективности 6,88 Втч/км или 0,688 кВтч/100 км. [ нужна ссылка ] Кроме того, с рекуперативным торможением в качестве стандартной конструктивной особенности холмистая местность будет оказывать меньшее влияние на EUC по сравнению с транспортным средством с фрикционными тормозами, таким как велосипед-толкатель. Это в сочетании с взаимодействием одного колеса с землей может сделать EUC наиболее эффективным из известных транспортных средств на низких скоростях (ниже 25 км/ч), а веломобиль обгонит позицию наиболее эффективного на более высоких скоростях благодаря превосходной аэродинамике.
Автомобили, как правило, неэффективны по сравнению с другими видами транспорта из-за относительно большого веса транспортного средства по сравнению с его пассажирами. В процентном отношении, если в автомобиле находится один пассажир, только около 0,5% от общей используемой энергии используется для перемещения человека в автомобиле, а остальные 99,5% (примерно в 200 раз больше) используются для перемещения автомобиля. сам.
Важным фактором энергопотребления автомобилей на одного пассажира является заполняемость транспортного средства. Хотя потребление на единицу расстояния на транспортное средство увеличивается с увеличением количества пассажиров, это увеличение незначительно по сравнению со снижением потребления на единицу расстояния на одного пассажира. Это означает, что более высокая заполняемость обеспечивает более высокую энергоэффективность на одного пассажира. Загруженность автомобилей варьируется в зависимости от региона. Например, расчетная средняя заполняемость составляет около 1,3 пассажира на автомобиль в районе залива Сан-Франциско [58] , в то время как средний расчетный показатель в Великобритании в 2006 году составляет 1,58. [59]
Благодаря эффективности электродвигателей, электромобили намного более эффективны, чем их аналоги с двигателями внутреннего сгорания, потребляя порядка 38 мегаджоулей (38 000 кДж) на 100 км по сравнению со 142 мегаджоулями на 100 км для автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. [60] Однако в зависимости от способа производства электроэнергии фактическое потребление первичной энергии может быть выше.
Практику вождения и транспортные средства можно изменить, чтобы повысить их энергоэффективность примерно на 15%. [61] [62]
Топливная экономичность автомобилей чаще всего выражается через объем топлива, потребляемого на сто километров (л/100 км), но в некоторых странах (включая США, Великобританию и Индию) ее чаще выражают через расстояние на объем израсходованного топлива (км/л или мили на галлон ). Это осложняется разным энергосодержанием топлива, такого как бензин и дизельное топливо. Национальная лаборатория Ок-Ридж (ORNL) утверждает, что энергосодержание неэтилированного бензина составляет 115 000 британских тепловых единиц (БТЕ) на галлон США (32 МДж/л) по сравнению с 130 500 БТЕ на галлон США (36,4 МДж/л) для дизельного топлива. [63]
Автомобили потребляют значительное количество энергии в течение своего жизненного цикла, что не связано напрямую с работой транспортного средства. Важным фактором являются затраты на энергию для производства энергии, используемой автомобилем. Например, биотопливо, электричество и водород требуют значительных энергозатрат при производстве. Эффективность производства водорода составляет 50–70% при производстве из природного газа и 10–15% из электроэнергии. [ нужна цитата ] Эффективность производства водорода, а также энергия, необходимая для хранения и транспортировки водорода, должны быть объединены с эффективностью транспортного средства для получения чистой эффективности. [64] По этой причине водородные автомобили являются одним из наименее эффективных средств пассажирского транспорта: на производство водорода необходимо затрачивать примерно в 50 раз больше энергии по сравнению с тем, сколько энергии используется для перемещения автомобиля. [ нужна цитата ]
Еще одним важным фактором является то, что энергия, необходимая для строительства и содержания дорог, является важным фактором, а также энергия, возвращаемая на вложенную энергию (EROEI). Между этими двумя факторами необходимо добавить примерно 20% к энергии потребляемого топлива, чтобы точно учесть общую использованную энергию. [ нужна цитата ]
Наконец, расчеты энергоэффективности транспортных средств будут вводить в заблуждение, если не учитывать затраты энергии на производство самого транспортного средства. Эта первоначальная стоимость энергии, конечно, может быть амортизирована в течение срока службы транспортного средства, чтобы рассчитать среднюю энергоэффективность в течение его эффективного срока службы. Другими словами, транспортные средства, для производства которых требуется много энергии и которые используются в течение относительно коротких периодов времени, потребуют гораздо больше энергии в течение своего эффективного срока службы, чем те, которые этого не делают, и, следовательно, гораздо менее энергоэффективны, чем может показаться в противном случае. Гибридные и электрические автомобили потребляют меньше энергии при работе, чем сопоставимые автомобили, работающие на нефтяном топливе, но для их производства используется больше энергии, поэтому общая разница будет меньше, чем сразу бросается в глаза. Сравните, например, ходьбу, для которой вообще не требуется специального оборудования, и автомобиль, произведенный и доставленный из другой страны и изготовленный из деталей, изготовленных по всему миру из сырья и минералов, добытых и переработанных в другом месте, а затем используемых для ограниченное количество лет. По данным французского агентства по энергетике и окружающей среде ADEME, [65] средний автомобиль имеет воплощенное энергосодержание 20 800 кВтч, а средний электромобиль — 34 700 кВтч. Для производства электромобиля требуется почти вдвое больше энергии, в первую очередь из-за большого объема добычи и очистки, необходимых для редкоземельных металлов и других материалов, используемых в литий-ионных батареях и в электродвигателях. Это представляет собой значительную часть энергии, используемой в течение срока службы автомобиля (в некоторых случаях почти столько же, сколько энергии, которая используется с потребляемым топливом, что фактически удваивает потребление энергии автомобилем на расстояние), и ее нельзя игнорировать, когда сравнение автомобилей с другими видами транспорта. Поскольку это средние цифры для французских автомобилей, они, вероятно, будут значительно выше в более автоцентричных странах, таких как США и Канада, где более распространены гораздо более крупные и тяжелые автомобили. Использование частных транспортных средств может быть значительно сокращено и может способствовать устойчивому росту городов, если будут разработаны более привлекательные варианты безмоторного транспорта, а также более комфортная среда общественного транспорта. [66]
Поезда в целом являются одним из наиболее эффективных видов транспорта для грузов и пассажиров . К преимуществам поездов относятся низкое трение стальных колес о стальные рельсы, а также высокая заполняемость. Железнодорожные линии обычно используются для обслуживания городского или междугородного транспорта, где их пропускная способность максимально загружена.
Эффективность значительно варьируется в зависимости от пассажирской нагрузки и потерь, связанных с выработкой и поставкой электроэнергии (для электрифицированных систем), [75] [76] и, что немаловажно, сквозной доставкой, когда станции не являются исходными конечными пунктами путешествия. Хотя электродвигатели , используемые в большинстве пассажирских поездов, более эффективны, чем двигатели внутреннего сгорания , [77] выработка электроэнергии на тепловых электростанциях ограничена (в лучшем случае) КПД Карно [78] , и на пути от электростанции к поезд. [79] Швейцария, которая электрифицировала практически всю свою железнодорожную сеть ( исторические железные дороги , такие как Dampfbahn Furka-Bergstrecke, являются заметным исключением), получает большую часть электроэнергии, используемой поездами, из гидроэнергетики , включая гидроаккумулирующие станции . [80] Хотя механический КПД задействованных турбин сравнительно высок, насосная гидроэлектростанция связана с потерями энергии и является экономически эффективной только потому, что она может потреблять энергию в периоды избыточного производства (что приводит к низким или даже отрицательным спотовым ценам ) и снова высвобождать энергию. в периоды повышенного спроса. [81] [82] [83] [84] при этом некоторые источники утверждают, что до 87%. [85]
Фактический расход зависит от уклонов, максимальной скорости, а также схемы загрузки и остановки. Данные, полученные для европейского проекта MEET (Методологии оценки выбросов загрязнителей воздуха), иллюстрируют различные модели потребления на нескольких участках пути. Результаты показывают, что потребление немецкого высокоскоростного поезда ICE варьировалось от 19 до 33 кВт⋅ч/км (68–119 МДж/км; 31–53 кВт⋅ч/миль). Поезда ICE Siemens Velaro типа D вмещают 460 человек (16 из которых в вагоне-ресторане ) длиной 200 метров, два из которых могут быть соединены вместе. [86] Согласно расчетам Deutsche Bahn , расход энергии на 100 человеко-км эквивалентен 0,33 литра (12 имп жидких унций) бензина (0,33 литра на 100 километров (860 миль на галлон – имп ; 710 миль на галлон – США )). [87] [88] Данные также отражают вес поезда на одного пассажира. Например, в двухэтажных поездах Duplex TGV используются легкие материалы, которые снижают нагрузки на ось и уменьшают повреждение путей, а также экономят энергию. [89] TGV в основном работает на французских атомных электростанциях , эффективность которых опять же ограничена – как и все тепловые электростанции – эффективностью Карно . Поскольку ядерная переработка является стандартной рабочей процедурой, во Франции используется более высокая доля энергии, содержащейся в исходном уране, чем, например, в США с их однократным топливным циклом . [90]
Удельное энергопотребление поездов во всем мире составляет около 150 кДж/пкм (килоджоуль на пассажиро-километр) и 150 кДж/ткм (килоджоуль на тонно-километр) (около 4,2 кВтч/100 пкм и 4,2 кВтч/100 ткм) в пересчете на конечная энергия. Пассажирские перевозки железнодорожным транспортом требуют меньше энергии, чем автомобильные или самолетные (одна седьмая часть энергии, необходимой для перемещения человека на автомобиле в городских условиях, [45] ). Именно по этой причине, хотя в 2015 году на них приходилось 9% мировой пассажироперевозки (выраженной в пкм), железнодорожные пассажирские перевозки представляли лишь 1% конечной потребности в энергии в пассажирских перевозках. [91] [92]
Оценки энергопотребления для железнодорожных грузовых перевозок сильно различаются, и многие из них предоставлены заинтересованными сторонами. Некоторые из них приведены в таблице ниже.
Необходимость ускорять и замедлять тяжелый поезд с людьми на каждой остановке неэффективно. Поэтому современные электропоезда используют рекуперативное торможение для возврата тока в контактную сеть во время торможения. Международный союз железных дорог заявил [107] , что пригородные поезда с полной остановкой сокращают выбросы на 8-14% за счет использования рекуперативного торможения, а очень плотные пригородные поезда - на ~30%. В высокоскоростных электропоездах, таких как Синкансэн серии N700 (« Сверхскоростной поезд »), используется рекуперативное торможение, но из-за высокой скорости, по оценкам UIC, рекуперативное торможение снижает выбросы только на 4,5%.
Основным фактором, определяющим потребление энергии в самолетах, является сопротивление , которое должно быть в направлении, противоположном движению самолета.
В 1998 году средний расход пассажиров в пассажирских самолетах составлял 4,8 л/100 км на пассажира (1,4 МДж/пассажир-км) (49 пассажиро-миль на галлон). В среднем 20% сидений остаются незанятыми . Эффективность реактивных самолетов повышается: в период с 1960 по 2000 год общий прирост топливной эффективности составил 55% (если исключить неэффективный и ограниченный парк DH Comet 4 и рассматривать в качестве базового варианта Boeing 707). [114] Большинство улучшений в эффективности было достигнуто в первое десятилетие, когда реактивные самолеты впервые получили широкое коммерческое использование. По сравнению с современными авиалайнерами с поршневыми двигателями 1950-х годов современные реактивные авиалайнеры лишь незначительно более эффективны на пассажиро-милю. [115] В период с 1971 по 1998 год среднегодовое улучшение парка на доступное кресло-километр оценивалось в 2,4%. Сверхзвуковой транспортный самолет « Конкорд» преодолел около 17 пассажиро-миль на имперский галлон; похож на бизнес-джет, но гораздо хуже дозвукового ТРДД. Airbus оценивает расход топлива своего А380 на уровне менее 3 л/100 км на пассажира (78 пассажиро-миль на галлон США). [116]
Массу самолета можно уменьшить, используя легкие материалы, такие как титан , углеродное волокно и другие композитные пластики. Дорогие материалы могут использоваться, если снижение массы оправдывает цену материалов за счет повышения эффективности использования топлива. Улучшения, достигнутые в топливной эффективности за счет уменьшения массы, уменьшают количество топлива, которое необходимо перевозить. Это еще больше снижает массу самолета и, следовательно, позволяет еще больше повысить топливную эффективность. Например, конструкция Airbus A380 включает в себя несколько легких материалов.
Airbus продемонстрировал устройства законцовок крыльев (шарклеты или винглеты), которые позволяют снизить расход топлива на 3,5 процента. [117] [118] На Airbus A380 имеются законцовки крыльев. Утверждается, что усовершенствованные винглеты Minix обеспечивают снижение расхода топлива на 6 процентов. [119] Крылья на законцовках крыла самолета сглаживают завихрение на законцовках крыла (уменьшая сопротивление крыла самолета) и могут быть установлены на любой самолет. [119]
НАСА и Boeing проводят испытания самолета со « смешанным крылом » массой 500 фунтов (230 кг). Такая конструкция обеспечивает большую топливную экономичность, поскольку подъемную силу создает весь корабль, а не только крылья. [120] Концепция смешанного корпуса крыла (BWB) предлагает преимущества в структурной, аэродинамической и эксплуатационной эффективности по сравнению с сегодняшними более традиционными конструкциями фюзеляжа и крыла. Эти функции обеспечивают больший запас хода, экономию топлива, надежность и экономию жизненного цикла, а также снижение производственных затрат. [121] [122] НАСА разработало концепцию эффективного круизного взлета и посадки (CESTOL).
Институт технологического машиностроения и прикладных исследований материалов Фраунгофера (IFAM) исследовал краску, имитирующую кожу акулы , которая снижает сопротивление за счет эффекта риблета. [123] Самолеты являются основным потенциальным применением новых технологий, таких как металлическая пена алюминия и нанотехнологий , таких как краска, имитирующая кожу акулы.
Пропеллерные системы, такие как турбовинтовые и винтовые вентиляторы, являются более экономичной технологией, чем реактивные самолеты . Но турбовинтовые двигатели имеют оптимальную скорость ниже 450 миль в час (700 км/ч). [124] Эта скорость меньше той, которую сегодня используют самолеты крупных авиакомпаний. Учитывая нынешние [ требует обновления ] высокие цены на реактивное топливо и упор на эффективность двигателя/планера для снижения выбросов, возобновился интерес к концепции винтового вентилятора для реактивных лайнеров, которые могут поступить на вооружение помимо Boeing 787 и Airbus A350 XWB. Например, компания Airbus запатентовала конструкцию самолета с двумя винтовентиляторными двигателями встречного вращения, установленными сзади. [125] НАСА провело проект усовершенствованного турбовинтового двигателя (ATP), в рамках которого они исследовали винтовой вентилятор с изменяемым шагом, который производил меньше шума и достигал высоких скоростей.
С топливной эффективностью связано влияние авиационных выбросов на климат .
Кунард заявил, что «Королева Елизавета-2» проехала 49,5 футов на британский галлон дизельного топлива (3,32 м/л или 41,2 фута/галлон США) и что его пассажировместимость составляла 1777 пассажиров . [129] Таким образом, перевозя 1777 пассажиров, мы можем рассчитать эффективность расход составляет 16,7 пассажирских миль на британский галлон (16,9 л/100 миль на галлон – в США ) .
MS Oasis of the Seas имеет вместимость 6296 пассажиров и топливную экономичность 14,4 пассажирских миль на галлон США. Круизные лайнеры класса «Вояджер» вмещают 3114 пассажиров и имеют топливную экономичность 12,8 пассажиро-миль на галлон США. [130]
Эмма Маерск использует двигатель Wärtsilä-Sulzer RTA96-C , который потребляет 163 г/кВтч и 13 000 кг/ч. Если он перевозит 13 000 контейнеров, то 1 кг топлива перевозит один контейнер за один час на расстояние 45 км. Корабль идет 18 дней из Танджунга (Сингапур) в Роттердам (Нидерланды), 11 из Танджунга в Суэц и 7 из Суэца в Роттердам, [131] что составляет примерно 430 часов и имеет мощность 80 МВт, +30 МВт. 18 дней при средней скорости 25 узлов (46 км/ч) дают общее расстояние 10 800 морских миль (20 000 км).
Если предположить, что Emma Maersk потребляет дизельное топливо (в отличие от мазута, который был бы более точным топливом), то 1 кг дизельного топлива = 1,202 литра = 0,317 галлона США. Это соответствует 46 525 кДж. Принимая стандартные 14 тонн на контейнер (на TEU), это дает 74 кДж на тонно-км при скорости 45 км/ч (24 узла).
Парусник , как и автомобиль на солнечной энергии, может передвигаться , не потребляя топлива. Парусная лодка, такая как шлюпка , использующая только энергию ветра, не требует затрат энергии в виде топлива. Однако экипажу требуется некоторая ручная энергия, чтобы управлять лодкой и регулировать паруса с помощью тросов. Кроме того, энергия потребуется для других нужд, помимо движения, таких как приготовление пищи, отопление или освещение. Топливная эффективность одноместного катера во многом зависит от размера его двигателя, скорости, с которой он движется, и его водоизмещения. С одним пассажиром эквивалентная энергоэффективность будет ниже, чем в автомобиле, поезде или самолете. [ нужна цитата ]
Железнодорожные и автобусные перевозки, как правило, необходимы для обслуживания внепиковых и сельских перевозок, которые по своей природе имеют меньшую нагрузку, чем маршруты городских автобусов и междугородних железнодорожных линий. Более того, из-за их билетной кассы гораздо сложнее сопоставить ежедневный спрос и количество пассажиров. Как следствие, общий коэффициент загрузки железных дорог Великобритании составляет 35% или 90 человек на поезд: [132]
И наоборот, услуги авиакомпаний обычно работают по прямым сетям между крупными населенными пунктами и по своей природе являются «предварительным бронированием». Используя управление доходностью , общий коэффициент загрузки можно повысить примерно до 70–90%. Операторы междугородних поездов начали использовать аналогичные методы: общая загрузка обычно достигает 71% для услуг TGV во Франции и аналогичная цифра для услуг Virgin Rail Group в Великобритании . [133]
Что касается выбросов, необходимо учитывать источник производства электроэнергии. [134] [135] [136]
В Книге транспортных энергетических данных США приводятся следующие цифры по пассажирскому транспорту в 2018 году. Они основаны на фактическом потреблении энергии независимо от уровня заполняемости. Для режимов, использующих электроэнергию, включены потери при производстве и распределении. Значения не подлежат прямому сравнению из-за различий в видах услуг, маршрутах и т. д. [137]
В книге «Транспортная энергия США» приводятся следующие цифры по грузовым перевозкам в 2010 году: [105] [138] [139] [140]
С 1960 по 2010 год эффективность авиаперевозок выросла на 75%, в основном за счет более эффективных реактивных двигателей. [141]
1 галлон США (3,785 л, 0,833 галлона имп ) топлива может перевезти тонну груза на 857 км или 462 морских миль на барже, или на 337 км (209 миль) по железной дороге, или на 98 км (61 милю) на грузовике. [142]
Сравнивать:
Управление по энергоэффективности Министерства природных ресурсов Канады публикует ежегодную статистику эффективности всего канадского флота. Для исследователей эти оценки расхода топлива более реалистичны, чем оценки расхода топлива новых автомобилей, поскольку они отражают реальные условия вождения, включая экстремальные погодные условия и дорожное движение. Годовой отчет называется «Анализ тенденций энергоэффективности». Существуют десятки таблиц, иллюстрирующих тенденции потребления энергии, выраженные в энергии на пассажиро-км (пассажиры) или энергии на тонно-км (грузовые перевозки). [143]
Экологический калькулятор Французского агентства по окружающей среде и энергетике (ADEME), опубликованный в 2007 г. с использованием данных 2005 г. [144], позволяет сравнивать различные виды транспорта по выбросам CO 2 (в пересчете на эквивалент диоксида углерода ), а также по выбросам CO 2 . потребление первичной энергии . В случае электромобиля ADEME исходит из предположения, что 2,58 тонн первичной энергии необходимы для производства одного тонна электроэнергии в качестве конечной энергии во Франции (см. « Воплощенная энергия: В области энергетики »).
Этот компьютерный инструмент, разработанный ADEME, показывает важность общественного транспорта с экологической точки зрения. В нем подчеркивается потребление первичной энергии, а также выбросы CO 2 от транспорта. Из-за относительно низкого воздействия радиоактивных отходов на окружающую среду по сравнению с выбросами от сжигания ископаемого топлива, этот фактор не учитывается в инструменте. Более того, интермодальные пассажирские перевозки, вероятно, являются ключом к устойчивому транспорту , поскольку позволяют людям использовать менее загрязняющие виды транспорта.
Deutsche Bahn рассчитывает потребление энергии различными видами транспорта. [145]
Чтобы включить всю энергию, используемую на транспорте, нам необходимо также включить внешние энергетические затраты на производство, транспортировку и упаковку топлива (продуктов питания, ископаемого топлива или электроэнергии), энергию, затрачиваемую на утилизацию выхлопных отходов, а также затраты на энергию, изготовление автомобиля. Например, для ходьбы человека требуется мало или вообще не требуется специального оборудования, в то время как автомобили требуют большого количества энергии для производства и имеют относительно короткий срок службы .
Однако эти внешние затраты не зависят от стоимости энергии на пройденное расстояние и могут сильно различаться для конкретного транспортного средства в зависимости от его срока службы, частоты его использования и способа подачи энергии на протяжении всего срока службы. Таким образом, цифры этой статьи не включают ни один из этих внешних факторов.
Мощность, необходимая для одной полной зарядки (0,335 кВтч) ÷ типичный пробег (30 км)