Tesla純電動卡車概念圖
圖片來源：http://finance.sina.com.cn/stock/usstock/c/2017-11-20/doc-ifynwxum6434580.shtml
原文標題：
Technoecological analysis of energy carriers for long-haul transportation
原文作者(*通訊)：
Sebastian Wolff*, Michael Fries, Markus Lienkamp
作者單位：
德國慕尼黑工業大學汽車技術學院
關鍵詞：
溫室氣體排放，產業生態學，基礎設施，長途運輸，汽車模擬，井到輪
刊載信息：
2020年, 第24卷第1期, 第165-177頁
原文連結：
https://doi.org/10.1111/jiec.12937，點擊文末【閱讀原文】即可查閱英文原文。
Long‐haul transportation demand is predicted to increase in the future, resulting in higher carbon dioxide emissions. Different drivetrain technologies, such as hybrid or battery electric vehicles, electrified roads, liquefied natural gas and hydrogen, might offer solutions to this problem. To assess their ecological and economic impact, these concepts were simulated including a weight and cost model to estimate the total cost of ownership. An evolutionary algorithm optimizes each vehicle to find a concept specific optimal solution. A model calculates the minimum investment in infrastructure required to meet the energy demand for each concept. A well‐to‐wheel analysis takes into account upstream and on‐road carbon dioxide emissions, to compare fully electric vehicles with conventional combustion engines. Investment in new infrastructure is the biggest drawback of electrified road concepts, although they offer low CO2 emissions. The diesel hybrid is the best compromise between carbon reduction and costs.
在未來，長途運輸需求預計將增加，這將會導致更高的二氧化碳排放。不同的動力傳動系統技術可能提供解決這個問題的方案，如混合動力或純電動汽車、電氣化道路、液化天然氣和氫燃料。為了評估其生態和經濟影響，本文對這些概念進行了模擬，包括一個權重和成本模型，以估計總擁有成本。利用一種進化算法對每一輛車進行優化，以找到一個特定概念的最優解。使用同一個模型，計算滿足每種概念所需能源和基礎設施的投資最小值。從井到輪的分析考慮了源頭和途中的二氧化碳排放，以比較全電動汽車和傳統的內燃機汽車。儘管電氣化道路提供低二氧化碳排放，但對新基礎設施的投資是其最大缺陷。柴油混合動力是減少碳排放和降低成本之間的最佳平衡。
氣候變化是21世紀最大的挑戰之一，需要大幅減少溫室氣體(GHG)排放，以將氣溫上升控制在最低水平。歐盟和美國對碳排放的嚴格管制給商用車行業帶來了新的挑戰。雖然商用車的個體能耗在過去30年有所下降，但總能耗自1990年以來增加了20%。近年來除了使用混合動力汽車(HEV)、純電動汽車(BEVs)或燃料電池電動汽車(FCEV)將動力傳動系統全部或部分電氣化外，用液化天然氣(LNG)替代柴油也有望減少溫室氣體排放。與化石燃料相比，補償低能量密度和鋰離子電池重量的趨勢，如無線/感應電力傳輸(WPT)或架空懸鏈線(OC)，最近成為研究的熱點。這些技術在減少二氧化碳排放方面顯示出不同的潛力，但需要對新基礎設施進行大量投資，如液化天然氣或快速充電站和道路基礎設施。
本文利用汽車仿真模型與井到輪分析和基礎設施模型相結合，評估了六種動力傳動系統的生態和經濟影響。這項研究的結果可以幫助人們了解每種動力傳動系統汽車在使用中的二氧化碳排放，以及他們所需要的能源和基礎設施投資的最小值，以找到減少碳排放和降低投資成本之間的最佳平衡。
本次研究的車輛模型用來產生每輛車的能源消耗以及總擁有成本(TCO)。一項「井到車輪」(Well to Wheel)分析評估了由此產生的道路和上遊排放。系統的地理邊界為歐盟，時間範圍是2030年。
原文圖1：並聯混合動力傳動系統拓撲的組成部分
本文研究了以下傳動系統技術：柴油(基礎)、柴油電動混合動力、液化天然氣電動混合動力、BEV、WPT/OC和燃料電池。分析的基礎是一個全參數化的汽車模型，在一個給定的駕駛周期內，每個概念分別模擬能源消耗和排放。使用Matlab/Simulink進行仿真。所有的車輛都按照VECTO進行仿真，有效載荷為19.3 t。圖1顯示了一個並行混合動力傳動系統的拓撲。本文用到的基礎數據可以在本期刊網站上的支持信息S1中找到。
原文圖2：2019年和2030年的二氧化碳排放總量以及歐盟2030年減排30%的目標
圖2為每種車輛概念的二氧化碳排放總量模擬結果，以及歐盟提出的新車比2019年減少30%的目標。由於日益增長的運輸需求，在2019年至2030年期間，傳統柴油以及柴油PHEV和液化天然氣PHEV的排放將會增加。由於改進能源產生，所有電氣化概念在該時間跨度內都顯示出減少排放的趨勢。
原文圖5：2030年低二氧化碳排放成本的具體系統成本
圖5顯示了2030年具體的系統成本。柴油概念車被用作參考。柴油PHEV概念車的系統成本最低，為22.5歐元/tCO2，而WPT概念車的成本最高，為2500歐元/tCO2。
就系統成本而言，沒有完全的電力解決方案比化石燃料更好。雖然柴油和液化天然氣系統的二氧化碳成本較高，但電力概念在經濟上並不具有吸引力。全電動概念提供高達60%的二氧化碳節約。要使電力概念比化石燃料更便宜，二氧化碳的成本需要大幾個數量級。
本研究的結果顯示，新興技術為減少長途運輸部門的碳足跡提供了不同的解決方案。BEV概念車的溫室氣體排放最低，而柴油PHEV概念車的系統成本最低。WPT和OC系統結合了高載荷和高傳動系統效率，但需要大量的基礎設施投資。傳統柴油發動機的混合動力技術提供了一個到2030年的可行折中方案。
內容：孫昊 排版：劉旭輝 審校：李霄
孫昊，西安交通大學能源與動力工程學院博士研究生，研究方向為先進大規模物理儲能、生命周期評價。
劉旭輝，同濟大學經濟與管理學院張超教授課題組成員。目前，課題組主要研究方向為社會經濟代謝、能源-水資源網絡。
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