stringtranslate.com

Эквивалент галлона бензина

Эквивалент галлона бензина ( GGE ) или галлон бензинового эквивалента ( GEG ) — это количество альтернативного топлива , необходимое для получения энергии, эквивалентной одному галлону жидкого бензина . GGE позволяет потребителям сравнивать энергосодержание конкурирующих видов топлива с общеизвестным видом топлива, а именно бензином .

Трудно сравнивать стоимость бензина с другими видами топлива, если они продаются в разных единицах и физических формах. GGE пытается решить эту проблему. Один GGE СПГ и один GGE электроэнергии имеют точно такое же энергосодержание, как один галлон бензина. Таким образом, GGE обеспечивает прямое сравнение бензина с альтернативными видами топлива, включая те, которые продаются как газ ( природный газ , пропан , водород ) и как измеренная электроэнергия .

Определение

В 1994 году Национальный институт стандартов и технологий США (NIST) определил «эквивалент галлона бензина (GGE) [как] 5,660 фунтов природного газа». [1] Например, сжатый природный газ (CNG) является газом, а не жидкостью. Его можно измерить по объему в стандартных кубических футах (ft 3 ) при атмосферных условиях , по весу в фунтах (lb) или по содержанию энергии в джоулях (J), британских тепловых единицах (BTU) или киловатт-часах (kW·h). CNG, продаваемый на заправочных станциях в США, оценивается в долларах за GGE.

Использование GGE в качестве меры для сравнения запасенной энергии различных видов топлива для использования в двигателе внутреннего сгорания является лишь одним из входных данных для потребителей, которые обычно интересуются годовой стоимостью вождения транспортного средства, что требует учета объема полезной работы , которая может быть извлечена из данного топлива. Это измеряется общей эффективностью автомобиля. В контексте GGE реальным мировым показателем общей эффективности является топливная экономичность или расход топлива, рекламируемые производителями автотранспортных средств.

Эффективность и потребление

Для начала, только часть запасенной энергии данного топлива (измеряемой в БТЕ или кВт-ч) может быть преобразована в полезную работу двигателем транспортного средства. Мерой этого является эффективность двигателя , часто называемая термической эффективностью в случае двигателей внутреннего сгорания. Двигатель с дизельным циклом может быть эффективен до 40% - 50% при преобразовании топлива в работу , [2] тогда как эффективность типичного автомобильного бензинового двигателя составляет около 25% - 30%. [3] [4]

В целом, двигатель предназначен для работы на одном источнике топлива, и замена одного топлива другим может повлиять на тепловой КПД. Каждая комбинация топливо-двигатель требует регулировки смеси воздуха и топлива. Это может быть ручная регулировка с использованием инструментов и контрольно-измерительных приборов или автоматическая регулировка в автомобилях с компьютерным управлением впрыском топлива и многотопливных автомобилях. Принудительная индукция для двигателя внутреннего сгорания с использованием нагнетателя или турбонагнетателя также может повлиять на оптимальную смесь топлива и воздуха и тепловой КПД.

Общая эффективность преобразования единицы топлива в полезную работу (вращение ведущих колес) включает рассмотрение тепловой эффективности вместе с динамическими потерями, которые присущи и специфичны для конструкции данного транспортного средства. На тепловую эффективность влияют как потери на трение, так и потери на тепло; для двигателей внутреннего сгорания часть накопленной энергии теряется в виде тепла через выхлопную систему или систему охлаждения. Кроме того, трение внутри двигателя происходит вдоль стенок цилиндров, подшипников коленчатого вала и коренных подшипников, подшипников распределительного вала, приводных цепей или шестерен, а также других различных и второстепенных поверхностей подшипников. Другие динамические потери могут быть вызваны трением снаружи двигателя/мотора, включая нагрузки от генератора/ генератора переменного тока , насоса гидроусилителя руля, компрессора кондиционера, трансмиссии, раздаточной коробки (если полный привод), дифференциала(ов) и универсальных шарниров, а также сопротивление качению пневматических шин. Внешний стиль транспортного средства влияет на его аэродинамическое сопротивление, что является еще одной динамической потерей, которую необходимо учитывать для общей эффективности.

В аккумуляторных или электромобилях расчет общей эффективности полезной работы транспортного средства начинается со скорости заряда-разряда аккумуляторной батареи, обычно от 80% до 90%. Далее следует преобразование накопленной энергии в пройденное расстояние под нагрузкой. Вообще говоря, электродвигатель намного эффективнее двигателя внутреннего сгорания в преобразовании накопленной потенциальной энергии в полезную работу; в электромобиле эффективность тягового двигателя может приближаться к 90%, поскольку от деталей двигателя отходит минимальное количество тепла, а радиатор охлаждающей жидкости и выхлопные газы не отводятся. Электродвигатель обычно имеет внутреннее трение только в подшипниках главной оси. [ требуется ссылка ] Дополнительные потери повлияют на общую эффективность, как и в обычном автомобиле с двигателем внутреннего сгорания, включая сопротивление качению, аэродинамическое сопротивление, мощность вспомогательных устройств, климат-контроль и потери в трансмиссии. См. таблицу ниже, в которой переводятся розничные цены на электроэнергию для GGE в БТЕ.

Общая эффективность измеряется и сообщается, как правило, путем государственных испытаний, посредством эксплуатации транспортного средства в стандартизированном цикле вождения, разработанном для воспроизведения типичного использования, при этом обеспечивая последовательную основу для сравнения между транспортными средствами. Автомобили, продаваемые в Соединенных Штатах, рекламируются по их измеренной общей эффективности (экономии топлива) в милях на галлон (mpg). MPG данного транспортного средства начинается с тепловой эффективности топлива и двигателя, за вычетом всех вышеперечисленных элементов трения. Расход топлива является эквивалентной мерой для автомобилей, продаваемых за пределами Соединенных Штатов, обычно измеряемой в литрах на 100 пройденных км; в целом расход топлива и мили на галлон будут обратными величинами с соответствующими коэффициентами пересчета, но поскольку разные страны используют разные циклы вождения для измерения расхода топлива, экономия топлива и расход топлива не всегда напрямую сопоставимы.

Миль на галлон бензинового эквивалента (MPGe)

Метрика MPGe была введена в ноябре 2010 года Агентством по охране окружающей среды в маркировке Monroney электромобиля Nissan Leaf и подключаемого гибрида Chevrolet Volt . Рейтинги основаны на формуле Агентства по охране окружающей среды, в которой 33,7 киловатт-часов электроэнергии эквивалентны одному галлону бензина (что дает теплотворную способность 115 010 БТЕ/галлон США), и потреблении энергии каждым транспортным средством в ходе пяти стандартных циклов испытаний EPA, имитирующих различные условия вождения. [5] [6] Все новые автомобили и малотоннажные грузовики, продаваемые в США, должны иметь эту маркировку, показывающую оценку EPA экономии топлива транспортного средства. [7]

Таблицы эквивалента галлона бензина

Тарифы за кВтч на электроэнергию для жилых помещений в США варьируются от 0,0728 долл. США (Айдахо) до 0,166 долл. США (Аляска), 0,22 долл. США (Сан-Диего, уровень 1, тогда как уровень 2 составляет 0,40 долл. США) и 0,2783 долл. США (Гавайи). [20] [21]

Конкретные виды топлива

Сжатый природный газ

Один GGE природного газа составляет 126,67 кубических футов (3,587 м 3 ) при стандартных условиях . Этот объем природного газа имеет такое же энергосодержание, как один американский галлон бензина (на основе более низких теплотворных способностей : 900 БТЕ/куб. фут (9,3 кВт·ч/м 3 ) природного газа и 114 000 БТЕ/галлон США (8,8 кВт·ч/л) бензина). [22]

Один GGE сжатого природного газа под давлением 2400 фунтов на квадратный дюйм (17 МПа) составляет 0,77 кубических футов (22 литра; 5,8 галлона США). Этот объем сжатого природного газа при 2400 фунтах на квадратный дюйм имеет такое же энергосодержание, как один галлон США бензина (на основе более низких теплотворных способностей: 148 144 БТЕ/куб. фут (1533,25 кВт·ч/м 3 ) сжатого природного газа и 114 000 БТЕ/галлон США (8,8 кВт·ч/л) бензина. [22] Используя закон Бойля , эквивалентный GGE при 3600 фунтах на квадратный дюйм (25 МПа) составляет 0,51 кубических футов (14 литров; 3,8 галлона США).

Национальная конференция по весам и измерениям (NCWM) разработала стандартную единицу измерения для сжатого природного газа, определенную в Приложении D Справочника NIST 44 следующим образом: «Эквивалент 1 галлона бензина [США] (GGE) означает 2,567 кг (5,660 фунта) природного газа». [23]

Когда потребители заправляют свои автомобили на СПГ в США, СПГ обычно измеряется и продается в единицах GGE. Это довольно полезно для сравнения с галлонами бензина.

Этанол и смешанные виды топлива (E85)

1,5 галлона США (5,7 литра) этанола имеют такую ​​же энергетическую ценность, как 1,0 галлон США (3,8 л) бензина.

Энергоемкость этанола составляет 76 100 БТЕ/галлон США (5,89 киловатт-часов на литр) по сравнению с 114 100 БТЕ/галлон США (8,83 кВт-ч/л) у бензина (см. диаграмму выше).

Транспортное средство с гибким топливом будет испытывать около 76% расхода топлива MPG при использовании продуктов E85 (85% этанола) по сравнению со 100% бензином. Простые расчеты значений BTU этанола и бензина показывают сниженные значения теплоты, доступные двигателю внутреннего сгорания. Чистый этанол обеспечивает 2/3 теплоты, доступной в чистом бензине.

В наиболее общем расчете, то есть, значение BTU чистого бензина против бензина с 10% этанола, последний имеет чуть более 96% значения BTU чистого бензина. BTU бензина варьируется в зависимости от давления паров по Рейду (что приводит к более легкому испарению в зимних смесях, содержащих этанол (на этаноле трудно завести автомобиль в холодную погоду) и антидетонационных присадок. Такие присадки обеспечивают снижение значения BTU.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Батчер, Тина; Краун, Линда; Себринг, Линн; Сьютер, Ричард и Уильямс, Хуана, ред. (2006). "Приложение D: Определения" (PDF) . Технические характеристики, допуски и другие технические требования к устройствам для взвешивания и измерения, принятые 91-й Национальной конференцией по мерам и весам 2006 г. (ред. 2007 г.). Гейтерсбург, Мэриленд: Национальный институт стандартов и технологий . стр. D-8. Справочник 44. Получено 2 января 2009 г.
  2. ^ Xin, Q.; Pinzon, CF (2014). "9 - Улучшение экологических характеристик большегрузных автомобилей и двигателей: ключевые вопросы и подходы к проектированию систем". Альтернативные виды топлива и передовые технологии транспортных средств для улучшения экологических характеристик на пути к нулевому выбросу углерода в транспорте . Woodhead Publishing Limited. стр. 225–278. doi :10.1533/9780857097422.2.225. ISBN 978-0-85709-742-2.
  3. ^ Hyatt, Kyle (26 февраля 2021 г.). «Nissan утверждает, что создал более термически эффективный газовый двигатель, но есть одна загвоздка». Road/Show . CNet . Получено 19 апреля 2022 г. .
  4. ^ Икея, К.; Таказава, М.; Ямада, Т.; Парк, С.; Тагиши, Р. (2015). «Повышение тепловой эффективности бензинового двигателя». SAE International Journal of Engines . 8 (4): 1579–1586. doi :10.4271/2015-01-1263. ISSN  1946-3936.
  5. ^ Банкли, Ник (22 ноября 2010 г.). «Nissan заявляет, что его электрический Leaf расходует 99 миль на галлон». The New York Times . Получено 17 февраля 2011 г.
  6. ↑ Мейер, Фред (24 ноября 2010 г.). «Volt оценивается в 93 мили на галлон только на электричестве и 37 миль на галлон на газовом генераторе». USA Today . Получено 17 февраля 2011 г.
  7. ^ "Fuel Economy Label". Агентство по охране окружающей среды США. 14 февраля 2011 г. Получено 17 февраля 2011 г.
  8. ^ "114000 БТЕ на галлон в калории на литр". Wolfram-Alpha . Получено 4 января 2015 г.
  9. ^ abcdefg "Анализ влияния RFG на экономию топлива". Агентство по охране окружающей среды США . 14 августа 2007 г. Получено 1 июля 2014 г.
  10. ^ "Энергетические эквиваленты различных видов топлива". Ассоциация управления флотом NAFA. Архивировано из оригинала 15 июня 2010 г.
  11. ^ abcdefg Гейбл, Кристин и Гейбл, Скотт. "Сравнение топливной энергии: эквиваленты галлонов бензина". About.com . Архивировано из оригинала 4 сентября 2011 г. . Получено 4 января 2015 г. .
  12. ^ ab "Alternative Fuels Data Center Fuel Properties Comparison" (PDF) . Министерство энергетики США . 27 февраля 2013 г. . Получено 9 августа 2013 г. .
  13. ^ ab Energy Information Administration (ноябрь 2005 г.). "Приложение C: Качество данных" (PDF) . Household Vehicles Energy Use: Latest Data & Trends . Вашингтон, округ Колумбия: Министерство энергетики США. стр. 151–161. DOE/EIA-0464(2005). Архивировано из оригинала (PDF) 23 мая 2011 г.
  14. ^ Анализ влияния RFG на экономию топлива . Агентство по охране окружающей среды США . 1 августа 1995 г.
  15. ^ Джонсон, К. (2 января 2015 г.). «Водород как топливо для транспортных средств». Домашняя страница государственных служб . MB-Soft . Получено 4 января 2015 г.
  16. ^ "Alternative Fuels Data Center: Fuel Properties Comparison". afdc.energy.gov . Архивировано (PDF) из оригинала 29 мая 2024 г. . Получено 2 июня 2024 г. .
  17. ^ Чандлер, Кевин и Юди, Лесли (июнь 2008 г.). Водородные транзитные автобусы SunLine Transit Agency: Третий отчет об оценке — Приложения (PDF) . Голден, Колорадо: Национальная лаборатория возобновляемой энергии. NREL/TP-560-43741-2. Архивировано из оригинала (PDF) 22 мая 2013 г. . Получено 4 января 2015 г. .
  18. ^ Программы разработки биоэнергетического сырья. "Преобразования энергии". Национальная лаборатория Ок-Ридж . Архивировано из оригинала 27 сентября 2011 г. Получено 1 января 2009 г.
  19. ^ "Сохранение энергии и воды: энергетические термины/преобразования". Pacific Northwest National Laboratory . Июнь 2008 г. Архивировано из оригинала 2 ноября 2008 г. Получено 1 января 2009 г.
  20. ^ «Цены на электроэнергию по штатам: информация о национальных тарифах на электроэнергию». Eisenbach Consulting, LLC.
  21. ^ "Средняя розничная цена электроэнергии". ElectricRates.us. Архивировано из оригинала 4 января 2015 г. Получено 4 января 2015 г.
  22. ^ ab "Свойства топлива" (PDF) . Энергоэффективность и возобновляемая энергия . Министерство энергетики США. Центр данных по альтернативным видам топлива. 29 октября 2014 г. Получено 1 января 2015 г.
  23. ^ "Спецификации, допуски и другие технические требования к устройствам для взвешивания и измерения - Приложение D" (PDF) . Национальный институт стандартов и технологий. стр. D-13 . Получено 23 августа 2020 г. .