Энергоэффективность в транспорте - это полезное пройденное расстояние , пассажиров, товаров или любого типа груза; деленное на общую энергию, вложенную в транспортные средства движения . Входная энергия может быть представлена несколькими различными типами в зависимости от типа движения, и обычно такая энергия представлена в жидком топливе , электроэнергии или пищевой энергии . [1] [2] Энергоэффективность также иногда называют энергоемкостью . [3] Обратной величиной энергоэффективности в транспорте является потребление энергии в транспорте.
Энергоэффективность в транспорте часто описывается в терминах расхода топлива , расход топлива является обратной величиной экономии топлива . [2] Тем не менее, расход топлива связан со средством движения, которое использует жидкое топливо , в то время как энергоэффективность применима к любому виду движения. Чтобы избежать этой путаницы и иметь возможность сравнивать энергоэффективность в любом типе транспортного средства, эксперты стремятся измерять энергию в Международной системе единиц , т. е. в джоулях .
Таким образом, в Международной системе единиц энергоэффективность транспорта измеряется в метр на джоуль, или м/Дж, в то время как потребление энергии на транспорте измеряется в джоулях на метр, или Дж/м. Чем эффективнее транспортное средство, тем больше метров оно преодолевает за один джоуль (больше эффективности) или тем меньше джоулей оно использует для проезда одного метра (меньше потребления). Энергоэффективность транспорта 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 эксплуатационными расходами (долл. США/км) и выбросами в окружающую среду (например, CO2/км) в зависимости от типа используемого топлива и скорости его потребления .
В Международной системе единиц энергоэффективность транспорта измеряется в метрах на джоуль, или м/Дж . Тем не менее, применимо 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 кВт·ч , в то время как для любого типа транспортного средства, приводимого в движение человеком, потребляемая энергия измеряется в калориях . Обычно выполняется преобразование между различными типами энергии и единицами.
Для пассажирского транспорта энергоэффективность обычно измеряется в терминах пассажиров, умноженных на расстояние за единицу энергии, в СИ, пассажиро-метры на джоуль ( pax.m/J ); в то время как для грузового транспорта энергоэффективность обычно измеряется в терминах массы перевозимого груза, умноженных на расстояние за единицу энергии, в СИ, килограммы-метры на джоуль ( kg.m/J ). Объемная эффективность в отношении вместимости транспортного средства также может быть указана, например, пассажиро-миля на галлон (PMPG), [4] полученная путем умножения миль на галлон топлива либо на пассажировместимость , либо на среднюю вместимость. [5] Вместимость личных транспортных средств , как правило, значительно ниже вместимости [6] [7], и поэтому значения, рассчитанные на основе вместимости и вместимости, часто будут совершенно разными.
Энергоэффективность выражается в экономии топлива: [2]
Потребление энергии (обратная эффективность) [3] выражается через расход топлива: [2]
Потребление электроэнергии:
Производство электроэнергии из топлива требует гораздо больше первичной энергии , чем объем произведенной электроэнергии.
Потребление энергии:
В следующей таблице представлены энергоэффективность и потребление энергии для различных типов пассажирских наземных транспортных средств и видов транспорта, а также стандартные показатели заполняемости. Источники этих данных находятся в соответствующем разделе для каждого транспортного средства в следующей статье. Конвертации между различными типами единиц хорошо известны в данной области.
Для преобразования единиц энергии в следующей таблице 1 литр бензина равен 34,2 МДж , 1 кВт·ч равен 3,6 МДж, а 1 килокалория равна 4184 Дж. Для коэффициента занятости автомобиля рассматривалось значение 1,2 пассажира на автомобиль [13] . Тем не менее, в Европе это значение немного увеличивается до 1,4. [14] Источники для преобразования единиц измерения появляются только в первой строке.
Человеку весом 68 кг (150 фунтов), идущему со скоростью 4 км/ч (2,5 мили в час), требуется приблизительно 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, поэтому это приблизительно эквивалентно 360 милям на галлон США (0,65 л/100 км).
Веломобили (закрытые лежачие велосипеды) имеют самую высокую энергоэффективность среди всех известных видов личного транспорта благодаря своей малой лобовой площади и аэродинамической форме. Производитель веломобилей WAW утверждает, что при скорости 50 км/ч (31 миля/ч) для перевозки пассажира требуется всего 0,5 кВт·ч (1,8 МДж) энергии на 100 км (= 18 Дж/м). Это составляет около 1 ⁄ 5 (20%) того, что необходимо для питания стандартного вертикального велосипеда без аэродинамического покрытия на той же скорости, и 1 ⁄ 50 (2%) того, что потребляется средним ископаемым топливом или электромобилем (эффективность веломобиля соответствует 4700 милям на галлон США, 2000 км/л или 0,05 л/100 км). [22] Реальная энергия из пищи, используемая человеком, в 4–5 раз больше. [20] К сожалению, их преимущество в энергоэффективности по сравнению с велосипедами уменьшается с уменьшением скорости и исчезает примерно на скорости 10 км/ч, когда мощность, необходимая для веломобилей и триатлонных велосипедов, почти одинакова. [53]
Стандартный легкий велосипед средней скорости является одним из самых энергоэффективных видов транспорта. По сравнению с ходьбой, велосипедист весом 64 кг (140 фунтов), едущий со скоростью 16 км/ч (10 миль/ч), потребляет примерно половину пищевой энергии на единицу расстояния: 27 ккал/км, 3,1 кВт·ч (11 МДж) на 100 км или 43 ккал/миля. [15] Это преобразуется примерно в 732 миль на галлон ‑США (0,321 л/100 км; 879 миль на галлон ‑имп ). [54] Это означает, что велосипед будет использовать от 10 до 25 раз меньше энергии на пройденное расстояние, чем личный автомобиль, в зависимости от источника топлива и размера автомобиля. Эта цифра зависит от скорости и массы велосипедиста: более высокие скорости дают большее сопротивление воздуха , а более тяжелые велосипедисты потребляют больше энергии на единицу расстояния. Кроме того, поскольку велосипеды очень легкие (обычно от 7 до 15 кг), это означает, что они потребляют очень мало материалов и энергии для производства. По сравнению с автомобилем весом 1500 кг или более, велосипед обычно требует в 100–200 раз меньше энергии для производства, чем автомобиль. Кроме того, велосипедам требуется меньше места как для парковки, так и для эксплуатации, и они меньше повреждают дорожное покрытие, добавляя инфраструктурный фактор эффективности.
Моторизованный велосипед использует человеческую силу и помощь двигателя 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. ). [ требуется цитата ] Электрические велосипеды с педальным приводом потребляют всего 1,0 кВт·ч (3,6 МДж) на 100 км [55] , поддерживая при этом скорость более 30 км/ч (19 миль/ч). [ требуется цитата ] Эти наилучшие цифры основаны на том, что человек выполняет 70% работы, а около 3,6 МДж (1,0 кВт·ч) на 100 км поступает от двигателя. Это делает электрический велосипед одним из самых эффективных возможных моторизованных транспортных средств, уступая только моторизованному веломобилю и электрическому моноциклу (EUC).
Электрические самокаты, такие как те, которые используются в системах совместного пользования самокатами, таких как Bird или Lime , обычно имеют максимальный запас хода менее 30 км (19 миль) и обычно ограничены максимальной скоростью 25 км/ч (15,5 миль/ч). [26] Предназначенные для того, чтобы вписаться в нишу последней мили и ездить по велосипедным дорожкам, они не требуют больших навыков от водителя. Благодаря своему легкому весу и небольшим двигателям они чрезвычайно энергоэффективны с типичной энергоэффективностью 1,1 кВт·ч (4,0 МДж) на 100 км [56] (1904 MPGe 810 км/л 0,124 л/100 км), что даже эффективнее велосипедов и ходьбы. Однако, поскольку их необходимо часто подзаряжать, их часто забирают ночью с помощью транспортных средств, что несколько сводит на нет эту эффективность. Жизненный цикл электрических самокатов также заметно короче, чем у велосипедов, и часто достигает всего лишь однозначных чисел лет.
Электрический моноцикл (EUC) — вариант кросс-электрического скейтборда под названием Onewheel Pint может перевозить человека весом 50 кг на расстояние 21,5 км со средней скоростью 20 км/ч. Аккумулятор вмещает 148 Вт·ч. Без учета энергии, теряемой на тепло на этапе зарядки, это соответствует эффективности 6,88 Вт·ч/км или 0,688 кВт·ч/100 км. [ необходима цитата ] Кроме того, при рекуперативном торможении в качестве стандартной конструктивной особенности холмистая местность будет оказывать меньшее влияние на EUC по сравнению с транспортным средством с фрикционными тормозами, таким как велосипед-толкач. Это в сочетании с взаимодействием одного колеса с землей может сделать EUC самым эффективным из известных транспортных средств на низких скоростях (ниже 25 км/ч), а веломобиль обгоняет его как наиболее эффективный 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, то только около 0,5% от общей потребляемой энергии используется для перемещения человека в автомобиле, в то время как оставшиеся 99,5% (примерно в 200 раз больше) используются для перемещения самого автомобиля.
Важным фактором потребления энергии автомобилями на одного пассажира является заполняемость транспортного средства. Хотя потребление на единицу расстояния на транспортное средство увеличивается с увеличением числа пассажиров, это увеличение незначительно по сравнению со снижением потребления на единицу расстояния на одного пассажира. Это означает, что более высокая заполняемость приводит к более высокой энергоэффективности на одного пассажира. Заполняемость автомобилей различается в зависимости от региона. Например, предполагаемый средний показатель заполняемости составляет около 1,3 пассажира на автомобиль в районе залива Сан-Франциско [58] , тогда как предполагаемый средний показатель в Великобритании в 2006 году составляет 1,58. [59]
Благодаря эффективности электродвигателей электромобили намного эффективнее своих аналогов с двигателями внутреннего сгорания, потребляя порядка 38 мегаджоулей (38 000 кДж) на 100 км по сравнению с 142 мегаджоулями на 100 км для автомобилей с двигателем внутреннего сгорания. [60] Однако, в зависимости от способа выработки 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 эффективность автомобиля чаще всего выражается в терминах объема топлива, потребляемого на сто километров (л/100 км), но в некоторых странах (включая США, Великобританию и Индию) ее чаще выражают в терминах расстояния на объем потребляемого топлива (км/л или миль на галлон ). Это осложняется разным содержанием энергии в таких видах топлива, как бензин и дизельное топливо. Национальная лаборатория Ок-Ридж (ORNL) утверждает, что содержание энергии в неэтилированном бензине 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 напрямую не связано с эксплуатацией транспортного средства. Важным соображением являются затраты энергии на производство формы энергии, используемой автомобилем. Биотопливо, электричество и водород , например, имеют значительные энергетические затраты на свое производство. Эффективность производства водорода составляет 50–70% при производстве из природного газа и 10–15% при производстве из электричества. [ необходима цитата ] Эффективность производства водорода, а также энергия, необходимая для хранения и транспортировки водорода, должны быть объединены с эффективностью транспортного средства, чтобы получить чистую эффективность. [64] Из-за этого водородные автомобили являются одним из наименее эффективных средств пассажирского транспорта, как правило, на производство водорода необходимо вложить примерно в 50 раз больше энергии по сравнению с тем, сколько используется для движения автомобиля. [ необходима цитата ]
Другим важным фактором является энергия, необходимая для строительства и обслуживания дорог, что является важным соображением, как и энергия, возвращаемая на инвестированную энергию (EROEI). Между этими двумя факторами, примерно 20% должно быть добавлено к энергии потребленного топлива, чтобы точно учесть общую использованную энергию. [ необходима цитата ]
Наконец, расчеты энергоэффективности транспортных средств будут вводящими в заблуждение без учета стоимости энергии, необходимой для производства 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, которые потребляют много энергии для производства и используются в течение относительно коротких периодов, потребуют гораздо больше энергии в течение своего эффективного срока службы, чем те, которые этого не делают, и поэтому гораздо менее энергоэффективны, чем они могут показаться. Гибридные и электрические автомобили потребляют меньше энергии в своей работе, чем сопоставимые автомобили на нефтяном топливе, но больше энергии тратится на их производство, поэтому общая разница будет меньше, чем сразу видно. Сравните, например, ходьбу, которая вообще не требует специального оборудования, и автомобиль, произведенный и отправленный из другой страны и изготовленный из деталей, произведенных по всему миру из сырья и минералов, добытых и переработанных в другом месте, и используемый в течение ограниченного количества лет. По данным французского агентства по энергетике и окружающей среде ADEME [65] , средний автомобиль имеет воплощенное энергосодержание 20 800 кВт·ч, а средний электромобиль — 34 700 кВт·ч. Электромобилю требуется почти в два раза больше энергии для производства, в первую очередь из-за большого объема добычи и очистки, необходимых для редкоземельных металлов и других материалов, используемых в литий-ионных аккумуляторах и в электродвигателях. Это составляет значительную часть энергии, используемой в течение срока службы автомобиля (в некоторых случаях почти столько же, сколько энергия, используемая через потребляемое топливо, что фактически удваивает потребление энергии автомобилем на расстояние), и ее нельзя игнорировать при сравнении автомобилей с другими видами транспорта. Поскольку это средние цифры для французских автомобилей, они, вероятно, будут значительно больше в более автоцентричных странах, таких как США и Канада, где гораздо более крупные и тяжелые автомобили более распространены. Использование личных транспортных средств может быть значительно сокращено и может способствовать устойчивому росту городов, если будут разработаны более привлекательные варианты немоторизованного транспорта, а также более комфортная среда общественного транспорта. [66]
Поезда в целом являются одним из самых эффективных средств транспорта для грузов и пассажиров . Преимущества поездов включают низкое трение стальных колес о стальные рельсы, а также высокую внутреннюю заполняемость. Железнодорожные линии обычно используются для обслуживания городских или междугородних транзитных приложений, где их пропускная способность максимальна.
Эффективность значительно варьируется в зависимости от пассажирских нагрузок и потерь, возникающих при производстве и поставке электроэнергии (для электрифицированных систем), [75] [76] и, что важно, при доставке из конца в конец, где станции не являются конечными пунктами отправления поездки. В то время как электродвигатели, используемые в большинстве пассажирских поездов, более эффективны, чем двигатели внутреннего сгорания , [77] производство электроэнергии на тепловых электростанциях ограничено (в лучшем случае) эффективностью Карно [78] , и на пути от электростанции к поезду возникают потери при передаче . [79] Швейцария, которая электрифицировала практически всю свою железнодорожную сеть ( исторические железные дороги , такие как Dampfbahn Furka-Bergstrecke, являются заметными исключениями), получает большую часть электроэнергии, используемой поездами, от гидроэнергетики , включая гидроаккумулирующие установки . [80] В то время как механический КПД задействованных турбин сравнительно высок, гидроаккумулирующая энергия влечет за собой потери 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 высокого спроса. [81] [82] [83] [84] некоторые источники утверждают, что до 87%. [85]
Фактическое потребление зависит от уклонов, максимальной скорости, а также схем загрузки и остановки. Данные, полученные для европейского проекта MEET (Методологии оценки выбросов загрязняющих веществ в атмосферу), иллюстрируют различные схемы потребления на нескольких участках пути. Результаты показывают, что потребление для немецкого высокоскоростного поезда ICE варьировалось от 19 до 33 кВт⋅ч/км (68–119 МДж/км; 31–53 кВт⋅ч/миля). Поезда ICE типа Siemens Velaro D вмещают 460 человек (16 из которых находятся в вагоне-ресторане ) в версии длиной 200 метров, два из которых могут быть сцеплены вместе. [86] Согласно расчетам Deutsche Bahn , энергия, используемая на 100 кресло-км, эквивалентна 0,33 литра (12 британских жидких унций) бензина (0,33 литра на 100 километров (860 миль на галлон -imp ; 710 миль на галлон -US )). [87] [88] Данные также отражают вес поезда на одного пассажира. Например, двухэтажные поезда TGV Duplex используют легкие материалы, которые снижают нагрузку на ось и уменьшают повреждение путей, а также экономят энергию. [89] TGV в основном работают на французских атомных электростанциях, которые снова ограничены - как и все тепловые электростанции - КПД Карно . Поскольку ядерная переработка является стандартной рабочей процедурой, во Франции используется более высокая доля энергии, содержащейся в исходном уране, чем, например, в Соединенных Штатах с их однократным топливным циклом . [90]
Удельное потребление энергии поездами 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) с точки зрения конечной энергии. Пассажирские перевозки по железной дороге требуют меньше энергии, чем на автомобиле или самолете (одна седьмая часть энергии, необходимой для перемещения человека на автомобиле в городских условиях, [45] ). Это причина того, что, хотя на них приходится 9% мировой пассажироперевозочной деятельности (выраженной в пкм) в 2015 году, железнодорожные пассажирские перевозки представляли только 1% конечного спроса на энергию в пассажирских перевозках. [91] [92]
Оценки потребления энергии для железнодорожных грузовых перевозок сильно различаются, и многие из них предоставлены заинтересованными сторонами. Некоторые из них приведены в таблице ниже.
Необходимость разгона и замедления тяжелого поезда с людьми на каждой остановке неэффективна. 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 рекуперативного торможения, а очень плотные пригородные поезда — примерно на 30%. Высокоскоростные электропоезда, такие как Shinkansen серии N700 ( поезд-пуля ), используют рекуперативное торможение, но из-за высокой скорости UIC оценивает, что рекуперативное торможение сокращает выбросы только на 4,5%.
Основным фактором, определяющим потребление энергии в самолете, является сопротивление , которое должно быть направлено в противоположную сторону от движения самолета.
Пассажирские самолеты в среднем потребляли 4,8 л/100 км на пассажира (1,4 МДж/пассажир-км) (49 пассажиро-миль на галлон) в 1998 году. [ требуется ссылка ] В среднем 20% мест остаются незанятыми. Эффективность реактивных самолетов улучшается: в период с 1960 по 2000 год общий прирост топливной эффективности составил 55% (если исключить неэффективный и ограниченный парк DH Comet 4 и рассматривать Boeing 707 в качестве базового варианта). [114] Большинство улучшений в эффективности были достигнуты в первое десятилетие, когда реактивные самолеты впервые получили широкое коммерческое использование. По сравнению с передовыми поршневыми авиалайнерами 1950-х годов современные реактивные авиалайнеры лишь незначительно более эффективны на пассажиро-милю. [115] В период с 1971 по 1998 год средний годовой прирост парка на доступный кресло-километр оценивался в 2,4%. Concorde, сверхзвуковой транспорт, пролетел около 17 пассажиро-миль на галлон Imperial; аналогично бизнес-джету, но намного хуже, чем дозвуковой турбовентиляторный самолет. Airbus оценивает расход топлива своего A380 менее чем в 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 уменьшение массы оправдывает стоимость материалов за счет повышения топливной эффективности. Улучшения, достигаемые в топливной эффективности за счет снижения массы, уменьшают количество топлива, которое необходимо перевозить. Это еще больше уменьшает массу самолета и, следовательно, обеспечивает дальнейший рост топливной эффективности. Например, конструкция Airbus A380 включает в себя несколько легких материалов.
Airbus продемонстрировал устройства законцовок крыла (шарклеты или винглеты), которые могут обеспечить снижение расхода топлива на 3,5 процента. [117] [118] На Airbus A380 есть устройства законцовок крыла. Говорят, что усовершенствованные винглеты Minix обеспечивают снижение расхода топлива на 6 процентов. [119] Винглеты на конце крыла самолета сглаживают вихрь между законцовками крыла (уменьшая сопротивление крыла самолета) и могут быть установлены на любой самолет. [119]
NASA и Boeing проводят испытания самолета « смешанного крыла » массой 500 фунтов (230 кг). Такая конструкция обеспечивает большую топливную эффективность, поскольку подъемную силу создает весь самолет, а не только крылья. [120] Концепция корпуса смешанного крыла (BWB) обеспечивает преимущества в структурной, аэродинамической и эксплуатационной эффективности по сравнению с сегодняшними более традиционными конструкциями фюзеляжа и крыла. Эти особенности приводят к большей дальности полета, экономии топлива, надежности и экономии жизненного цикла, а также к снижению производственных затрат. [121] [122] NASA создало концепцию эффективного в крейсерском режиме STOL (CESTOL).
Институт Фраунгофера по машиностроению и прикладным исследованиям материалов (IFAM) исследовал краску, имитирующую кожу акулы , которая могла бы уменьшить сопротивление за счет эффекта ребра. [123] Самолеты являются основным потенциальным применением новых технологий, таких как алюминиевая металлическая пена , и нанотехнологий, таких как краска, имитирующая кожу акулы.
Системы винтов , такие как турбовинтовые и винтовентиляторы, являются более экономичной технологией, чем реактивные самолеты . Но турбовинтовые самолеты имеют оптимальную скорость ниже примерно 450 миль в час (700 км/ч). [124] Эта скорость меньше, чем скорость, используемая сегодня в реактивных самолетах крупными авиакомпаниями. С нынешней [ требуется обновление ] высокой ценой на реактивное топливо и акцентом на эффективность двигателя/планера для снижения выбросов, вновь возник интерес к концепции винтовентилятора для реактивных самолетов, которые могут войти в эксплуатацию после Boeing 787 и Airbus A350 XWB. Например, Airbus запатентовал конструкции самолетов с двумя установленными сзади винтовентиляторами противоположного вращения. [125] NASA провело проект Advanced Turboprop Project (ATP), в рамках которого они исследовали винтовентилятор с изменяемым шагом, который производил меньше шума и достигал высоких скоростей.
С эффективностью использования топлива связано влияние выбросов авиации на климат .
Cunard заявила, что Queen Elizabeth 2 преодолевала 49,5 футов на одном имперском галлоне дизельного топлива (3,32 м3/л или 41,2 фута/галлон США), и что ее пассажировместимость составляла 1777 человек. [129] Таким образом, перевозя 1777 пассажиров, мы можем рассчитать эффективность в 16,7 пассажирских миль на один имперский галлон (16,9 л/100 п·км или 13,9 п·миль на галлон США ).
MS Oasis of the Seas имеет вместимость 6296 пассажиров и топливную эффективность 14,4 пассажиро-миль на галлон США. Круизные суда класса Voyager имеют вместимость 3114 пассажиров и топливную эффективность 12,8 пассажиро-миль на галлон США. [130]
Emma Maersk использует Wärtsilä-Sulzer RTA96-C , который потребляет 163 г/кВт·ч и 13 000 кг/ч. Если он перевозит 13 000 контейнеров, то 1 кг топлива перевозит один контейнер в течение одного часа на расстояние 45 км. Судно плывет из Танджунга (Сингапур) в Роттердам (Нидерланды) 18 дней, из Танджунга в Суэц — 11 дней, а из Суэца в Роттердам — 7 дней, [131] что составляет примерно 430 часов, и имеет 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. Если предположить, что стандартные 14 тонн на контейнер (на TEU) дают 74 кДж на тонно-км при скорости 45 км/ч (24 узла).
Парусная лодка , как и солнечный автомобиль, может передвигаться, не потребляя топлива. Парусная лодка, например, шлюпка, использующая только энергию ветра, не требует входной энергии в виде топлива. Однако экипажу требуется некоторая ручная энергия для управления лодкой и регулировки парусов с помощью линей. Кроме того, энергия потребуется для других нужд, помимо движения, таких как приготовление пищи, отопление или освещение. Топливная эффективность одноместной лодки в значительной степени зависит от размера ее двигателя, скорости, с которой она движется, и ее водоизмещения. С одним пассажиром эквивалентная энергетическая эффективность будет ниже, чем в автомобиле, поезде или самолете. [ требуется ссылка ]
Железнодорожный транспорт и автобусы, как правило, должны обслуживать «внепиковые» и сельские маршруты, которые по своей природе имеют меньшую загрузку, чем городские автобусные маршруты и междугородние железнодорожные линии. Более того, из-за их «пешеходной» продажи билетов гораздо сложнее сопоставить ежедневный спрос и количество пассажиров. В результате общий коэффициент загрузки на железных дорогах Великобритании составляет 35% или 90 человек на поезд: [132]
Напротив, авиаперевозки обычно работают в сетях «точка-точка» между крупными населенными пунктами и по своей природе являются «предварительно забронированными». Используя управление доходностью , общие коэффициенты загрузки могут быть увеличены примерно до 70–90%. Операторы междугородних поездов начали использовать аналогичные методы, при этом загрузка обычно достигает 71% в целом для услуг TGV во Франции и аналогичного показателя для услуг Virgin Rail Group в Великобритании . [133]
При оценке выбросов необходимо учитывать источник генерации электроэнергии. [134] [135] [136]
В книге данных по энергетике транспорта США приведены следующие цифры для пассажирского транспорта в 2018 году. Они основаны на фактическом потреблении энергии, при любых уровнях заполняемости. Для режимов, использующих электричество, включены потери при генерации и распределении. Значения не сопоставимы напрямую из-за различий в типах услуг, маршрутах и т. д. [137]
В книге «Транспортная энергетика 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 морские мили 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 относительно эффективности всего канадского автопарка. Для исследователей эти оценки расхода топлива более реалистичны, чем рейтинги расхода топлива новых транспортных средств, поскольку они отражают реальные условия вождения, включая экстремальные погодные условия и трафик. Ежегодный отчет называется Анализ тенденций энергоэффективности. Существуют десятки таблиц, иллюстрирующих тенденции потребления энергии, выраженные в энергии на пассажиро-км (пассажиры) или энергии на тонно-км (груз). [143]
Экологический калькулятор Французского агентства по окружающей среде и энергетике (ADEME), опубликованный в 2007 году с использованием данных 2005 года [144], позволяет сравнивать различные виды транспорта с точки зрения выбросов CO2 ( в эквиваленте углекислого газа ), а также потребления первичной энергии . В случае электромобиля ADEME предполагает, что для производства одного тонны нефтяного эквивалента электроэнергии в качестве конечной энергии во Франции необходимо 2,58 тнэ первичной энергии (см. Воплощенная энергия: в области энергетики ).
Этот компьютерный инструмент, разработанный ADEME, показывает важность общественного транспорта с точки зрения экологии. Он подчеркивает первичное потребление энергии, а также выбросы CO2 в результате транспортировки. Из-за относительно низкого воздействия радиоактивных отходов на окружающую среду по сравнению с выбросами от сжигания ископаемого топлива, это не является фактором в инструменте. Более того, интермодальный пассажирский транспорт , вероятно, является ключом к устойчивому транспорту , позволяя людям использовать менее загрязняющие виды транспорта.
Deutsche Bahn подсчитывает потребление энергии различными видами транспорта.[145]
Чтобы включить всю энергию, используемую в транспорте, нам также нужно будет включить внешние затраты энергии на производство, транспортировку и упаковку топлива (еда или ископаемое топливо или электричество), энергию, затрачиваемую на утилизацию выхлопных отходов, и затраты энергии на производство транспортного средства. Например, для ходьбы человека требуется мало или совсем не требуется специального оборудования, в то время как автомобили требуют большого количества энергии для производства и имеют относительно короткий срок службы .
Однако эти внешние издержки не зависят от стоимости энергии на пройденное расстояние и могут значительно различаться для конкретного транспортного средства в зависимости от его срока службы, частоты его использования и способа его питания в течение срока службы. Таким образом, цифры этой статьи не включают ни один из этих внешних факторов.
, необходимая для одной полной зарядки (0,335 кВт·ч) ÷ типичный пробег (30 км)