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電動(dòng)車挑選何時(shí)充電對(duì)減少碳排放有顯著影響

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:984次  |  2021年12月15日  

全球與交通運(yùn)輸相關(guān)的排放量正在增加。目前,輕型車輛,即乘用車,如轎車、SUV或小型貨車,占美國溫室氣體凈排放量的20%左右。但研究表明,將傳統(tǒng)的耗油汽車換成電力驅(qū)動(dòng)的汽車,可以在減少這些排放方面取得顯著成效。


最近發(fā)表在《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》(EnvironmentalScienceandTechnology)上的一項(xiàng)研究進(jìn)一步探討了如何減少與電動(dòng)汽車(EV)充電相關(guān)的排放??紤]到區(qū)域充電模式和環(huán)境溫度對(duì)汽車燃油經(jīng)濟(jì)性的影響,麻省理工學(xué)院能源倡議(MITEI)的研究人員發(fā)現(xiàn),一天中電動(dòng)汽車充電的時(shí)間對(duì)車輛的排放有顯著影響。


“如果你在特定時(shí)間方便充電,你真的可以促進(jìn)可再生能源和電動(dòng)汽車的增長所帶來的減排,”該研究的主要作者、MITEI的研究助理伊恩?米勒說?!澳俏覀冊趺醋瞿??分時(shí)電價(jià)正在蔓延,并會(huì)顯著改變電動(dòng)汽車司機(jī)充電的時(shí)間。如果我們將這些長時(shí)間的充電影響告知決策者,那么當(dāng)我們的電網(wǎng)是可再生能源密集型的時(shí)候,他們就可以設(shè)計(jì)電價(jià)來降低收費(fèi)。在太陽活動(dòng)頻繁的地區(qū),那是正午。在風(fēng)大的地區(qū),像中西部,這是一夜之間的事。”


根據(jù)他們的研究,在陽光充沛的加利福尼亞州,電動(dòng)汽車夜間充電比中午充電(更多的太陽能為電網(wǎng)供電)多排放70%。同時(shí),在紐約,核能和水力發(fā)電在夜間用電中所占比例更大,因此最佳充電時(shí)間恰恰相反。在這個(gè)地區(qū),與白天充電相比,夜間充電實(shí)際上可減少20%的排放量。


“充電基礎(chǔ)設(shè)施是另一個(gè)重要的決定因素,當(dāng)涉及到方便充電在特定的時(shí)間-特別是在白天,”埃姆雷根塞爾補(bǔ)充說,他是MITEI的合作者和研究科學(xué)家?!叭绻阈枰谥形缃o你的電動(dòng)汽車充電,那么你需要在你的工作場所有足夠的充電站。如今,大多數(shù)人在車庫里為自己的車輛充電一整夜,在白天最好充電的地方,這將產(chǎn)生更高的排放量。”

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充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

在這項(xiàng)研究中,Miller、Gen?er和MITEI的博士后MaryamArbabzadeh通過計(jì)算兩種常見的電動(dòng)汽車排放建模方法中的誤差百分比得出這些觀察結(jié)果,這兩種方法忽略了網(wǎng)格中的每小時(shí)變化和燃油經(jīng)濟(jì)性中的溫度驅(qū)動(dòng)變化。他們的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),在30%的案例中,這些標(biāo)準(zhǔn)方法的綜合誤差超過10%,而在美國一半電動(dòng)汽車所在的加利福尼亞州,綜合誤差達(dá)到50%。


Arbabzadeh說:“如果你不建立充電時(shí)間模型,而是假設(shè)用年平均功率充電,你可能會(huì)錯(cuò)誤估計(jì)電動(dòng)汽車的排放量?!?。“可以肯定的是,在電網(wǎng)上獲得更多的太陽能和更多的使用這種電網(wǎng)的電動(dòng)車是件好事。無論你在美國給你的電動(dòng)汽車充電,它的排放量都會(huì)低于類似的汽油動(dòng)力汽車;但如果電動(dòng)汽車充電主要發(fā)生在太陽下山的時(shí)候,你在減排方面就不會(huì)像你用年平均值時(shí)想象的那么多好處?!?/p>


為了減少這一誤差,研究人員利用2018年和2019年的每小時(shí)電網(wǎng)數(shù)據(jù)以及每小時(shí)充電、駕駛和溫度數(shù)據(jù),估算了美國60個(gè)案例中電動(dòng)汽車的排放量。然后,他們引入并驗(yàn)證了一種新的方法(誤差小于1%)來精確估計(jì)電動(dòng)汽車的排放量。他們稱之為“平均日”法。


米勒說:“我們發(fā)現(xiàn),你可以忽略電網(wǎng)排放和燃油經(jīng)濟(jì)性的季節(jié)性,仍然可以準(zhǔn)確估計(jì)電動(dòng)汽車每年的排放量和充電時(shí)間的影響?!??!斑@真是個(gè)驚喜。去年,堪薩斯州的電網(wǎng)日排放量在季節(jié)間增加了80%,而電動(dòng)汽車的電力需求則因溫度變化而上升了約50%。此前的研究推測,忽視這種季節(jié)性波動(dòng)會(huì)損害電動(dòng)汽車排放量估算的準(zhǔn)確性,但從未實(shí)際量化誤差。我們在不同的網(wǎng)格組合和氣候條件下進(jìn)行了測試,發(fā)現(xiàn)誤差可以忽略不計(jì)?!?/p>


這一發(fā)現(xiàn)對(duì)未來電動(dòng)汽車排放情景的建模有著有益的啟示。“你可以在不增加計(jì)算復(fù)雜性的情況下獲得精確性,”Arbabzadeh說?!笆褂闷骄辗ǎ梢詼?zhǔn)確估計(jì)未來一年的電動(dòng)汽車排放量和充電影響,而無需模擬全年每小時(shí)的8760個(gè)電網(wǎng)排放量值。所有你需要的是一個(gè)平均日概況,這意味著只有24小時(shí)值,為電網(wǎng)排放量和其他關(guān)鍵變量。你不需要從這些平均日資料中了解季節(jié)變化。”

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研究人員通過對(duì)2018年至2032年美國東南部地區(qū)的案例研究來證明平均日法的實(shí)用性,以檢驗(yàn)該地區(qū)可再生能源增長對(duì)未來電動(dòng)汽車排放的影響。假設(shè)美國能源信息署(EnergyInformationAdministration)保守的電網(wǎng)預(yù)測,結(jié)果顯示,如果在夜間充電,電動(dòng)汽車的排放量只會(huì)下降16%,但如果在中午充電,則會(huì)下降50%以上。2032年,與類似的混合動(dòng)力汽車相比,電動(dòng)汽車每英里的排放量在夜間充電時(shí)降低30%,在中午充電時(shí),每英里排放量降低65%。


本研究中使用的模型是一個(gè)更大的建模程序中的一個(gè)模塊,稱為可持續(xù)能源系統(tǒng)分析建模環(huán)境(SESAME)。這個(gè)由MITEI開發(fā)的工具采用系統(tǒng)級(jí)方法來評(píng)估當(dāng)今全球能源系統(tǒng)的碳足跡。


Gen?er說:“芝麻背后的想法是為脫碳做出更好的決定,并從系統(tǒng)的角度理解能量轉(zhuǎn)換。”。“SESAME的一個(gè)關(guān)鍵要素是如何將不同的部門聯(lián)系在一起—‘部門耦合’——在這項(xiàng)研究中,我們看到了交通和電力部門的一個(gè)非常有趣的例子?,F(xiàn)在,正如我們一直聲稱的那樣,不可能獨(dú)立地處理這兩個(gè)部門的系統(tǒng),這清楚地說明了為什么MITEI的新建模方法非常重要,以及我們?nèi)绾谓鉀Q這些迫在眉睫的問題?!?/p>


在正在進(jìn)行的和未來的研究中,該團(tuán)隊(duì)正在將充電分析從單個(gè)車輛擴(kuò)展到整個(gè)乘用車車隊(duì),以制定車隊(duì)級(jí)的脫碳策略。他們的工作試圖回答一些問題,比如加州在2035年禁止銷售汽油車將如何影響交通排放。他們也在探索車隊(duì)電氣化可能意味著什么——不僅是溫室氣體,還包括對(duì)鈷等自然資源的需求——以及電動(dòng)汽車電池是否能夠提供大量的電網(wǎng)儲(chǔ)能。


Gen?er說:“為了緩解氣候變化,我們需要對(duì)交通和電力部門進(jìn)行脫碳?!拔覀兛梢詫?shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸?shù)碾姎饣?,這將顯著減少排放,但本文所展示的是如何更有效地實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)?!?/p>


這項(xiàng)研究由??松梨谘芯颗c工程部通過麻省理工學(xué)院能源倡議低碳能源中心贊助。


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