Energieffektivitet i transporter

Energieffektiviteten i transporter är den användbara tillryggalagda sträckan för passagerare, gods eller någon typ av last; dividerat med den totala energin som lagts in i transportdrivmedlet . Energitillförseln kan återges i flera olika typer beroende på typen av framdrivning, och normalt presenteras sådan energi i flytande bränslen , elektrisk energi eller livsmedelsenergi . Energieffektiviteten kallas ibland även för energiintensitet . Motsatsen till energieffektiviteten i transporter är energiförbrukningen i transporter.

Energieffektivitet inom transporter beskrivs ofta i termer av bränsleförbrukning , bränsleförbrukning är ömsesidig bränsleekonomi . Ändå är bränsleförbrukningen kopplad till ett framdrivningsmedel som använder flytande bränslen , medan energieffektivitet är tillämplig på alla typer av framdrivning. För att undvika denna förvirring, och för att kunna jämföra energieffektiviteten i alla typer av fordon, tenderar experter att mäta energin i International System of Units, dvs joule .

Därför, i International System of Units, mäts energieffektiviteten vid transport i termer av meter per joule, eller m/J , medan energiförbrukningen vid transport mäts i termer av joule per meter, eller J/m . Ju effektivare fordonet är, desto fler meter täcker det med en joule (mer effektivitet), eller desto färre joule använder det för att färdas över en meter (mindre förbrukning). Energieffektiviteten inom transporter varierar i hög grad beroende på transportmedel . Olika typer av transporter sträcker sig från ett hundratal kilojoule per kilometer (kJ/km) för en cykel till tiotals megajoule per kilometer (MJ/km) för en helikopter .

Via typ av bränsle som används och bränsleförbrukning är energieffektiviteten ofta relaterad till driftskostnad ($/km) och miljöutsläpp (t.ex. CO ₂ /km).

Måttenheter

I International System of Units mäts energieffektiviteten i transporter i meter per joule, eller m/J . Ändå är flera omvandlingar tillämpliga, beroende på enheten för avstånd och på enheten för energi. För flytande bränslen mäts normalt mängden tillförd energi i termer av vätskans volym, såsom liter eller gallon. För framdrivning som går på el används normalt kW·h , medan för alla typer av människodrivna fordon mäts energitillförseln i termer av kalorier . Det är typiskt att konvertera mellan olika energislag och enheter.

För persontransport mäts energieffektiviteten normalt i termer av passagerare gånger avstånd per energienhet, i SI, passagerare meter per joule ( pax.m/J ); medan för lasttransport mäts energieffektiviteten normalt i termer av massan av transporterad last gånger sträcka per energienhet, i SI, kilogram meter per joule ( kg.m/J ). Volumetrisk effektivitet med avseende på fordonskapacitet kan också rapporteras , såsom passagerarmil per gallon (PMPG), erhållen genom att multiplicera miles per gallon bränsle med antingen passagerarkapaciteten eller den genomsnittliga beläggningen. Beläggningen av personfordon är typiskt sett lägre än kapaciteten avsevärt och därför kommer de värden som beräknas utifrån kapacitet och beläggning ofta att vara helt olika.

Typiska omvandlingar till SI-enheter

	Joules
liter bensin	0,3x10 ⁸
US gallon bensin (bensin)	1,3x10 ⁸
Imp. liter bensin (bensin)	1,6x10 ⁸
kilokalori	4,2x10 ³
kW·h	3,6x10 ⁶
BTU	1,1x10 ³

Flytande bränslen

Energieffektivitet uttrycks i termer av bränsleekonomi:

avstånd per fordon per enhet bränslevolym; t.ex. km/L eller miles per gallon (USA eller imperialistiska) .
avstånd per fordon per enhet bränslemassa; t.ex. km/kg.
avstånd per fordon per energienhet; t.ex. miles per gallon ekvivalent (mpg-e).

Energiförbrukning (ömsesidig effektivitet) uttrycks som bränsleförbrukning:

volym bränsle (eller total energi) förbrukad per enhet avstånd per fordon; ex l/100 km eller MJ/100 km.
volym bränsle (eller total energi) förbrukad per enhet avstånd per passagerare; t.ex. l/(100 passagerare·km).
volym bränsle (eller total energi) förbrukad per enhet avstånd per enhet massa transporterad last ; t.ex. l/100 kg·km eller MJ/t·km.

Elektricitet

Elförbrukning:

elektrisk energi som används per fordon per enhet avstånd; t.ex. kW·h/100 km.

Att producera el från bränsle kräver mycket mer primärenergi än den mängd el som produceras.

Mat energi

Energiförbrukning:

kalorier som förbränns av kroppens ämnesomsättning per kilometer; t.ex. Cal/km.
kalorier som förbränns av kroppens ämnesomsättning per mil; t.ex. Cal/miles.

Persontransport på land

Tabellöversikt

I följande tabell presenteras energieffektiviteten och energiförbrukningen för olika typer av personfordon och transportsätt samt standardbeläggningsgrader. Källorna för dessa siffror finns i motsvarande avsnitt för varje fordon, i följande artikel. Omvandlingarna mellan olika typer av enheter är välkända inom tekniken.

För omvandlingen mellan energienheter i följande tabell uppgår 1 liter bensin till 34,2 MJ , 1 kWh uppgår till 3,6 MJ och 1 kilokalori motsvarar 4184 J. För biluthyrningsgraden ansågs värdet av 1,2 passagerare per bil . I Europa ökar dock detta värde något till 1,4. Källorna för omvandlingar mellan måttenheter visas endast på den första raden.

Energieffektivitet och konsumtion av persontransporter på land
Transportsätt	Energieffektivitet					Energiförbrukning					Genomsnittligt antal passagerare per fordon	Energieffektivitet	Energiförbrukning
Transportsätt	mpg(US) bensin	mpg(imp) bensin	km/L bensin	km/MJ	m/J	L(bensin)/ 100 km	kWh/100 km	kCal/km	MJ/100 km	J/m	Genomsnittligt antal passagerare per fordon	(m· pax )/J	J/(m·pax)
Människan framdriven
Gående				4,55	0,00455		6.11	52,58	22.00	220	1.0	0,00455	220
Velomobil med innesluten liggdel				12.35	0,01235		2,25 (0,50)	19.35	8.1	81	1.0	0,01235	81
Cykel				9.09	0,00909		3.06	26.29	11.00	110	1.0	0,00909	110
Motorhjälp
Elcykel				23.21	0,02321		1.2	10.33	4.3	43	1.0	0,02321	43
Elektrisk sparkcykel				24,87	0,02487		1.12	9,61	4.00	40	1.0	0,02487	40
Bil
Solar bil				14,93	0,01493		1,86	16.01	6,70	67	1.0	0,01493	67
GEM NER				2,65	0,00265		10.50	90,34	37,80	378	1.2	0,00317	315
General Motors EV1				1.21	0,00121		23.00	197,90	82,80	828	1.2	0,00145	690
Chevrolet Volt	99,31	119,27	42,22	1,23	0,00123	2,37	22.50	193,59	81.00	810	1.2	0,00148	675
Daihatsu Charade	83,80	100,63	35,63	1.04	0,00104	2,81	26,67	229,45	96,00	960	1.2	0,00125	800
Volkswagen Polo	61,88	74,31	26.31	0,77	0,00077	3,80	38	326,97	136,8	1368	1.2	0,00087	1140
SEAT Ibiza 1.4 TDI Ecomotion	61,88	74,31	26.31	0,77	0,00077	3,80	38	326,97	136,8	1368	1.2	0,00087	1140
Renault Clio	33,60	40,32	13,91	0,42	0,00042	7	66,5	572,18	239,4	2394	1.2	0,00049	1995
Volkswagen Passat	26,76	32.11	11.37	0,33	0,00033	8,79	83,51	718,53	300,63	3006	1.2	0,00039	2505
Cadillac CTS-V	13,82	16.60	5,88	0,17	0,00017	17.02	161,67	1391.01	582,00	5820	1.2	0,00021	4850
Bugatti Veyron	9,79	11.75	4.16	0,12	0,00012	24.04	228,33	1964.63	822,00	8220	1.2	0,00015	6850
Nissan Leaf				1,49	0,00149		18,64	160,37	67,10	671	1.2	0,00179	559
Toyota Prius	56,06	67,32	23,83	0,70	0,00070	4.20	39,86	342,97	143,50	1435	1.2	0,00084	1196
Tesla Model S				1,61	0,00161		17.25	148,42	62,10	621	1.2	0,00193	517
Tesla modell 3				1,76	0,00176		15	129,06	54	540	1.2	0,00222	450
Aptera 2-serien	423	507,99	179,82	5,28	0,00528	0,53	5	43	18	180	1.2	0,00666	150
Aptera solar EV				4.5	0,0045		6.2	52,56	22	220
Bussar
MCI 102DL3	6.03	7.24	2,56	0,07	0,00007	39,04	370,83	3190,73	1335,00	13350	11.0	0,00082	1214
Proterra Catalyst 40' E2				0,23	0,00023		121,54	1044,20	437,60	4376	11.0	0,00319	313
Tåg
Stadsjärnväg												0,00231	432
CR400AF (cn)											~65 %	0,00475	210 i 350 km/h
JR East (jp)											~	0,01091	92
CP -Lissabon (pt)											27,7 %	0,01304
Basel (ch)											~50,0 %	0,00215	465

Landtransportmedel

Gående

Stavvandrare

En person på 68 kg (150 lb) som går i 4 km/h (2,5 mph) kräver cirka 210 kilokalorier (880 kJ) matenergi per timme, vilket motsvarar 4,55 km/MJ. 1 US gal (3,8 L) bensin innehåller cirka 114 000 brittiska värmeenheter (120 MJ) energi, så detta motsvarar ungefär 360 miles per US gallon (0,65 L/100 km).

Velomobil

Velomobiler (slutna liggcyklar) har den högsta energieffektiviteten av alla kända personliga transportsätt på grund av sin lilla frontyta och aerodynamiska form. Vid en hastighet av 50 km/h (31 mph) hävdar velomobiltillverkaren WAW att det bara behövs 0,5 kW·h (1,8 MJ) energi per 100 km för att transportera passageraren (= 18 J/m). Detta är cirka 1 ⁄ 5 (20 %) av vad som behövs för att driva en vanlig cykel utan aerodynamisk beklädnad i samma hastighet, och 1 ⁄ 50 (2 %) av det som förbrukas av ett genomsnittligt fossilt bränsle eller elbil (den Velomobilens effektivitet motsvarar 4700 miles per US gallon, 2000 km/L eller 0,05 L/100 km). Verklig energi från mat som används av människor är 4–5 gånger mer. Tyvärr blir deras energieffektivitetsfördelar gentemot cyklar mindre med minskande hastighet och försvinner vid cirka 10 km/h där kraften som behövs för velomobiler och triathloncyklar är nästan densamma.

Cykel

En Chinese Flying Pigeon- cykel

En vanlig lätt, medelhastighetscykel är en av de mest energieffektiva transportformerna. Jämfört med promenader kräver en cyklist på 64 kg (140 lb) som cyklar i 16 km/h (10 mph) ungefär hälften av matenergin per enhetssträcka: 27 kcal/km, 3,1 kW⋅h (11 MJ) per 100 km, eller 43 kcal/mi. Detta konverterar till cirka 732 mpg _{- US} (0,321 L/100 km; 879 mpg _-imp ). Det betyder att en cykel kommer att använda mellan 10 och 25 gånger mindre energi per tillryggalagd sträcka än en personbil, beroende på bränslekälla och bilens storlek. Denna siffra beror på förarens hastighet och massa: högre hastigheter ger högre luftmotstånd och tyngre förare förbrukar mer energi per distansenhet. Dessutom, eftersom cyklar är väldigt lätta (vanligtvis mellan 7–15 kg) betyder det att de förbrukar mycket låga mängder material och energi att tillverka. Jämfört med en bil som väger 1500 kg eller mer, kräver en cykel vanligtvis 100–200 gånger mindre energi att producera än en bil. Dessutom kräver cyklar mindre utrymme både för att parkera och köra och de skadar vägytor mindre, vilket tillför en infrastrukturell effektivitetsfaktor.

Motoriserad cykel

En motorcykel tillåter mänsklig kraft och hjälp av en 49 cm ³ (3,0 cu in) motor, vilket ger en räckvidd på 160 till 200 mpg - US ( _1,5–1,2 L/100 km; 190–240 mpg _-imp ). ^{[ Citat behövs ]} Elektriska cyklar med pedalstöd körs på så lite som 1,0 kW⋅h (3,6 MJ) per 100 km, samtidigt som de bibehåller hastigheter över 30 km/h (19 mph). ^{[ citat behövs ]} Dessa bästa fall siffror förlitar sig på en människa som gör 70 % av arbetet, med cirka 3,6 MJ (1,0 kW⋅h) per 100 km som kommer från motorn. Detta gör en elcykel till ett av de mest effektiva möjliga motordrivna fordonen, bakom endast en motoriserad velomobil och en elektrisk enhjuling (EUC).

Elektrisk sparkcykel

Elektriska sparkskotrar, en del av ett skoterdelningssystem , i San Jose, Kalifornien.

Elektriska sparkscooters, som de som används av skoterdelningssystem som Bird eller Lime , har vanligtvis en maximal räckvidd på under 30 km (19 mi) och en maxhastighet på ungefär 15,5 mph (24,9 km/h). Avsedda att passa in i en sista mils nisch och köras i cykelbanor, kräver de liten skicklighet av ryttaren. På grund av sin låga vikt och små motorer är de extremt energieffektiva med en typisk energieffektivitet på 1,1 kW⋅h (4,0 MJ) per 100 km (1904 MPGe 810 km/L 0,124 L/100 km), till och med effektivare än cyklar och promenader. Men eftersom de måste laddas ofta, samlas de ofta in över natten med motorfordon, vilket något förnekar denna effektivitet. Livscykeln för elektriska skotrar är också avsevärt kortare än för cyklar, och når ofta bara ett ensiffrigt antal år.

Elektrisk enhjuling

En elektrisk enhjuling (EUC) cross elektrisk skateboardvariant som kallas Onewheel Pint kan bära en person på 50 kg 21,5 km med en medelhastighet på 20 km/h. Batteriet rymmer 148Wh. Utan att ta hänsyn till energi som går förlorad till värme i laddningssteget, motsvarar detta en verkningsgrad på 6,88Wh/km eller 0,688kWh/100 km. ^{skjutcykel . Dessutom} , med regenerativ bromsning som en standarddesignfunktion, skulle kuperad terräng ha mindre inverkan på en EUC jämfört med ett fordon med friktionsbromsar som en Detta i kombination med markinteraktionen med ett hjul kan göra EUC till det mest effektiva kända fordonet vid låga hastigheter (under 25 km/h), där velomobilen kör om positionen som mest effektiv i högre hastigheter på grund av överlägsen aerodynamik.

Bilar

Bugatti Veyron

Bilar är i allmänhet ineffektiva jämfört med andra transportsätt, på grund av fordonets relativt höga vikt jämfört med passagerarna.

Bilbränsleeffektivitet uttrycks oftast i termer av bränslevolymen som förbrukas per hundra kilometer (l/100 km), men i vissa länder (inklusive USA, Storbritannien och Indien) uttrycks det vanligare i termer av avståndet per volym förbrukat bränsle (km/L eller miles per gallon ). Detta kompliceras av det olika energiinnehållet i bränslen som bensin och diesel. Oak Ridge National Laboratory (ORNL) uppger att energiinnehållet i blyfri bensin är 115 000 brittiska termiska enheter (BTU) per US gallon (32 MJ/L) jämfört med 130 500 BTU per US gallon (36,4 MJ/L) för diesel.

På grund av elmotorernas effektivitet är elbilar mycket effektivare än sina motsvarigheter till förbränningsmotorer, och förbrukar i storleksordningen 38 megajoule (38 000 kJ) per 100 km jämfört med 142 megajoule per 100 km för förbränningsdrivna bilar.

Bilens livscykel

En andra viktig faktor är energikostnaderna för att producera energi. Biobränslen, elektricitet och väte har till exempel betydande energiinsatser i sin produktion. Effektiviteten i produktionen av väte är 50–70 % när den produceras från naturgas och 10–15 % från el. ^{[ citat behövs ]} Effektiviteten av väteproduktion, såväl som den energi som krävs för att lagra och transportera väte, måste kombineras med fordonseffektiviteten för att ge nettoeffektivitet. På grund av detta är vätgasbilar ett av de minst effektiva medlen för passagerartransport, i allmänhet måste cirka 50 gånger så mycket energi läggas på produktionen av vätgas jämfört med hur mycket som går åt för att flytta bilen. ^{[ citat behövs ]}

En tredje faktor att ta hänsyn till vid beräkning av bilars energieffektivitet är beläggningsgraden för fordonet. Även om förbrukningen per distansenhet per fordon ökar med ökande passagerarantal är denna ökning liten jämfört med minskningen av förbrukningen per distansenhet per passagerare. Detta innebär att högre beläggning ger högre energieffektivitet per passagerare. Beläggningen i bilar varierar mellan regionerna. Till exempel är den beräknade genomsnittliga beläggningsgraden cirka 1,3 passagerare per bil i San Francisco Bay Area, medan 2006 års uppskattade genomsnitt i Storbritannien är 1,58.

För det fjärde är energin som behövs för att bygga och underhålla vägar en viktig faktor, liksom energin som återbetalas på investerad energi ( EROEI). Mellan dessa två faktorer måste ungefär 20 % läggas till energin i det förbrukade bränslet för att exakt redogöra för den totala energianvändningen. ^{[ citat behövs ]}

Slutligen skulle beräkningar av fordons energieffektivitet vara missvisande utan att ta hänsyn till energikostnaden för att tillverka själva fordonet. Denna initiala energikostnad kan naturligtvis skrivas av över fordonets livslängd för att beräkna en genomsnittlig energieffektivitet över dess effektiva livslängd. Med andra ord kommer fordon som tar mycket energi att producera och som används under relativt korta perioder att kräva mycket mer energi under sin effektiva livslängd än de som inte gör det, och är därför mycket mindre energieffektiva än de annars kan verka. Hybrid- och elbilar använder mindre energi i sin drift än jämförbara petroleumdrivna bilar, men mer energi går åt för att tillverka dem, så den totala skillnaden skulle vara mindre än omedelbart. Jämför till exempel promenader, som inte kräver någon speciell utrustning alls, och en bil, tillverkad i och skickad från ett annat land, och tillverkad av delar tillverkade runt om i världen av råvaror och mineraler som bryts och bearbetas på annat håll igen, och som används för en begränsat antal år. Enligt den franska energi- och miljöbyrån ADEME har en genomsnittlig bil ett inbyggt energiinnehåll på 20 800 kWh och ett genomsnittligt elfordon uppgår till 34 700 kWh. Elbilen kräver nästan dubbelt så mycket energi att producera, främst på grund av den stora mängd gruvdrift och rening som krävs för de sällsynta jordartsmetallerna och andra material som används i litiumjonbatterier och i de elektriska drivmotorerna. Detta representerar en betydande del av den energi som används under bilens livslängd (i vissa fall nästan lika mycket som energi som används genom bränslet som förbrukas, vilket i praktiken fördubblar bilens energiförbrukning per sträcka), och kan inte ignoreras när jämföra bilar med andra transportsätt. Eftersom dessa är genomsnittliga siffror för franska bilar och de sannolikt kommer att vara betydligt större i mer autocentrerade länder som USA och Kanada, där mycket större och tyngre bilar är vanligare.

Körpraxis och fordon kan modifieras för att förbättra deras energieffektivitet med cirka 15 %.

På procentuell basis, om det finns en passagerare i en bil, används endast cirka 0,5 % av den totala energin som används för att flytta personen i bilen, medan de återstående 99,5 % (cirka 200 gånger mer) används för att flytta bilen sig.

Exempel på förbrukningssiffror

Två amerikanska solbilar i Kanada

Solbilar är elfordon som använder lite eller ingen externt tillförd energi annat än från solljus, laddar batterierna från inbyggda solpaneler och vanligtvis använder mindre än 3 kW·h per 100 miles (67 kJ/km eller 1,86 kW·h) /100 km). De flesta av dessa bilar är racerbilar som är designade för tävling och inte för passagerare eller allmännyttan. Men flera företag designar solbilar för allmänt bruk . I december 2021 har ingen ännu släppts.
GEM NEV för fyra passagerare använder 169 Wh/mi (203 mpg‑e; 10,5 kW⋅h/100 km), vilket motsvarar 2,6 kW·h/100 km per person när det är fullt upptaget, om än vid endast 24 mph (39 km/ h).
General Motors EV1 betygsattes i ett test med en laddningseffektivitet på 373 Wh-AC/mil eller 23 kWh/100 km ungefär motsvarande 2,6 L/100 km (110 mpg -imp; 90 mpg -US ₎ för _{petroleumdrivna} fordon .
Chevrolet Volt i fullt elektriskt läge använder 36 kilowattimmar per 100 miles (810 kJ/km; 96 mpg‑e), vilket betyder att den kan närma sig eller överskrida energieffektiviteten för att gå om bilen är fullt upptagen med 4 eller fler passagerare, även om de relativa utsläppen som produceras kanske inte följer samma trender om man analyserar miljöpåverkan.
Daihatsu Charade 993cc turbodiesel (1987–1993) vann priset för mest bränslesnåla fordon för att ha åkt runt i Storbritannien och förbrukat i genomsnitt 2,82 L/100 km (100 mpg ‑imp ₎ . Den överträffades först nyligen av VW Lupo 3 L som förbrukar cirka 2,77 L/100 km (102 mpg ‑imp ₎ . Båda bilarna är sällsynta att hitta på den populära marknaden. Daihatsu hade stora problem med rost och strukturell säkerhet vilket bidrar till dess sällsynthet och den ganska korta produktionstiden.
Volkswagen Polo 1.4 TDI Bluemotion och SEAT Ibiza 1.4 TDI Ecomotion, båda klassade till 3,8 L/100 km (74 mpg _-imp ; 62 mpg _-US ) (kombinerat) var de mest bränslesnåla petroleumdrivna bilarna till försäljning i Storbritannien från och med den 22 mars 2008. ^{[ behöver uppdateras ]}
Honda Insight – uppnår 60 mpg _{- US} (3,9 L/100 km; 72 mpg _-imp ) under verkliga förhållanden.
Honda Civic Hybrid har i genomsnitt cirka 45 mpg _{- US} (5,2 L/100 km; 54 mpg _-imp ).
2012 Cadillac CTS-V Wagon 6,2 L Supercharged, 14 mpg _{- US} (17 L/100 km; 17 mpg _-imp )
2012 Bugatti Veyron, 10 mpg _{- US} (24 L/100 km; 12 mpg _-imp )
2018 Honda Civic : 36 mpg _{- US} (6,5 L/100 km; 43 mpg _-imp )
2017 Mitsubishi Mirage : 39 mpg _{- US} (6,0 L/100 km; 47 mpg _-imp )
Hyundai Ioniq hybrid 2017 : 55 mpg _{- US} (4,3 L/100 km; 66 mpg _-imp )
2017 Toyota Prius: 56 mpg _{- US} (4,2 L/100 km; 67 mpg _-imp ) (Eco trim)
2018 Nissan Leaf: 30 kWh (110 MJ)/100 mi (671 kJ/km) eller 112 MPGe
2017 Hyundai Ioniq EV: 25 kWh (90 MJ)/100 mi (560 kJ/km) eller 136 MPGe
2020 Tesla modell 3: 24 kWh (86,4 MJ)/100 mi (540 kJ/km) eller 141 MPGe

Tåg

Tåg är i allmänhet ett av de mest effektiva transportmedlen för gods och passagerare . Fördelarna med tåg inkluderar låg friktion av stålhjul på stålskenor, såväl som en inneboende hög beläggningsgrad. Tåglinjer används vanligtvis för att betjäna urbana eller inter-urbana transitapplikationer där deras kapacitetsutnyttjande är maximerad.

Effektiviteten varierar avsevärt med passagerarlaster och förluster som uppstår vid elproduktion och elförsörjning (för elektrifierade system), och, viktigare, leverans från slut till slut, där stationer inte är de ursprungliga slutdestinationerna för en resa. Medan elmotorer som används i de flesta passagerartåg är mer effektiva än förbränningsmotorer , är kraftgenereringen i termiska kraftverk begränsad till (i bästa fall) Carnot-effektivitet och det finns överföringsförluster på vägen från kraftverket till tåget. Schweiz, som har elektrifierat praktiskt taget hela sitt järnvägsnätverk ( arvsjärnvägar som Dampfbahn Furka-Bergstrecke är anmärkningsvärda undantag), hämtar mycket av den elektricitet som används av tåg från vattenkraft , inklusive pumpad vattenkraft . Medan den mekaniska verkningsgraden för de inblandade turbinerna är jämförelsevis hög, innebär pumpad vattenkraft energiförluster och är endast kostnadseffektiv eftersom den kan förbruka energi under tider av överproduktion (vilket leder till låga eller till och med negativa spotpriser ) och frigöra energin igen under hög- efterfrågan tider. med vissa källor som hävdar upp till 87 %.

Den faktiska förbrukningen beror på lutningar, maximala hastigheter och lastnings- och stoppmönster. Data som tagits fram för det europeiska MEET-projektet (Methodologies for Estimating Air Pollutant Emissions) illustrerar de olika konsumtionsmönstren över flera spåravsnitt. Resultaten visar att förbrukningen för ett tyskt ICE-höghastighetståg varierade från cirka 19 till 33 kW⋅h/km (68–119 MJ/km; 31–53 kW⋅h/mi). Siemens Velaro D typ ICE tränar stol 460 (varav 16 i restaurangvagnen ) i sin 200 meter långa utgåva, varav två kan kopplas ihop. Enligt Deutsche Bahn- beräkningar motsvarar den använda energin per 100 sittplatskm 0,33 liter (12 imp fl oz) bensin (0,33 liter per 100 kilometer (860 mpg -imp; 710 mpg _-US ) ₎ . Uppgifterna speglar också tågets vikt per passagerare. Exempelvis TGV dubbeldäckade Duplex-tåg lättviktsmaterial, som håller nere axeltrycket och minskar skador på spår och dessutom sparar energi. TGV körs mestadels på franska kärnklyvningskraftverk som återigen är begränsade – som alla andra värmekraftverk – till Carnot-effektivitet . På grund av att kärnkraftsupparbetning är standardförfarande används en högre andel av energin i det ursprungliga uranet i Frankrike än i t.ex. USA med dess engångsbränslecykel .

Tågens specifika energiförbrukning uppgår världen över till ca 150 kJ/pkm (kilojoule per passagerarkilometer) och 150 kJ/tkm (kilojoule per tonkilometer) (ca 4,2 kWh/100 pkm och 4,2 kWh/100 tkm) m.t.t. slutlig energi. Passagerartransporter på järnväg kräver mindre energi än med bil eller flyg (en sjundedel av den energi som behövs för att förflytta en person med bil i stadssammanhang). Detta är anledningen till att järnvägspassagerartrafiken, även om den stod för 9 % av världens passagerartransportverksamhet (uttryckt i pkm) 2015, endast svarade för 1 % av det slutliga energibehovet inom persontransporter.

Frakt

Uppskattningar av energiförbrukningen för järnvägsfrakt varierar kraftigt och många tillhandahålls av intresserade parter. Några är tabellerade nedan.

Land	År	Bränsleekonomi (varans vikt)	Energiintensitet
USA	2007	185.363 km/ L (1 kort ton )	energi/mass-avstånd
USA	2018	473 miles/gallon (1 ton)	energi/mass-avstånd
Storbritannien	—	87 t ·km/L	0,41 MJ/t·km ( LHV )

Passagerare

Land	År	Tågeffektivitet	Per passagerar-km (kJ)	Notera
Kina	2018	9,7 MJ (2,7 kWh) /bil-km	137 kJ/passagerar-km (vid 100 % belastning)	CR400AF@350 km/h Peking-Shanghai PDL 1302 km genomsnitt
Japan	2004	17,9 MJ (5,0 kWh)/bil-km	350 kJ/passagerar-km	JR East genomsnitt
Japan	2017	1,49 kWh/bil-km	≈92 kJ/passagerar-km	JR East Conventional Rail
EC	1997	18 kW⋅h/km (65 MJ/km)
USA		1,125 mpg _{- US} (209,1 l/100 km; 1,351 mpg _-imp )	468 passagerarmiles/US gallon (0,503 L/100 passagerarkm)
Schweiz	2011	2300 GWhr/år	470 kJ/passagerar-km
Basel, Schweiz		1,53 kWh/fordon-km (5,51 MJ/fordon-km)	85 kJ/passagerar-km (150 kJ/passagerar-km vid 80 % medellast)
USA	2009		2 435 BTU/mi (1,60 MJ/km)
Portugal	2011	8,5 kW⋅h/km (31 MJ/km; 13,7 kW⋅h/mi)

Bromsförluster

N700-serien Shinkansen använder regenerativ bromsning

Att stanna är en avsevärd källa till ineffektivitet. Moderna elektriska tåg som Shinkansen (kultåget ) använder regenerativ bromsning för att återföra ström till kontaktledningen medan de bromsar . En Siemens-studie visade att regenerativ bromsning kan återvinna 41,6 % av den totala energiförbrukningen. Passagerarjärnvägen (urban och intercity) och schemalagda intercity- och alla charterbussindustrier Teknologiska och operativa förbättringar – SLUTRAPPORTEN säger att "Pendlarverksamheten kan avleda mer än hälften av sin totala dragkraft vid bromsning för stopp." och att "Vi uppskattar huvudströmmen till 35 procent (men den kan möjligen vara så hög som 45 procent) av den totala energin som förbrukas av pendeltåg." Att behöva accelerera och bromsa en tung tåglast av människor vid varje stopp är ineffektivt trots regenerativ bromsning som vanligtvis kan återvinna omkring 20 % av energin som går till spillo vid bromsning. ^{[ citat behövs ]} Vikt är en avgörande faktor för bromsförluster.

Bussar

Den snabba busstrafiken i Metz använder ett dieselelektriskt hybriddrivsystem , utvecklat av den belgiska Van Hool- tillverkaren.

I juli 2005 uppgavs den genomsnittliga beläggningen för bussar i Storbritannien vara 9 passagerare per fordon.
Flottan av 244 40 fot (12 m) 1982 New Flyer trolleybussar i lokal trafik med BC Transit i Vancouver, Kanada, 1994/95 använde 35 454 170 kWh för 12 966 285 fordonskilometer, eller 9,84 MJ/fordonskilometer. Exakt passagerartal på trolleybussar är inte känt, men med alla 34 platser fyllda motsvarar detta 0,32 MJ/passagerarkilometer. Det är ganska vanligt att se folk stå på Vancouver trolleybussar. Detta är en tjänst med många stopp per kilometer; en del av orsaken till effektiviteten är användningen av regenerativ bromsning.
En pendlingstjänst i Santa Barbara, Kalifornien, USA, hittade en genomsnittlig dieselbusseffektivitet på 6,0 mpg _{- US} (39 L/100 km; 7,2 mpg _-imp ) (med MCI 102DL3-bussar). Med alla 55 platser fyllda motsvarar detta 330 passagerare mpg; med 70 % fylld, 231 passagerar mpg.
År 2011 hade flottan av 752 bussar i staden Lissabon en medelhastighet på 14,4 km/h och en genomsnittlig beläggning på 20,1 passagerare per fordon.
Batteridrivna elbussar kombinerar den elektriska drivkraften hos en trolleybuss, nackdelarna med batteritillverkning, vikt och livslängd med routingflexibiliteten hos en buss med vilken kraft som helst. Större tillverkare inkluderar BYD och Proterra.

Övrig

NASA: s Crawler-Transporter användes för att transportera Saturn V- och rymdfärjans raketer från lager till uppskjutningsrampen . Den använder diesel och har en av de högsta bränsleförbrukningssiffrorna någonsin, 150 US gallons per mil (350 l/km; 120 imp gal/mi).

Lufttransportmedel

Flygplan

Solar Impulse 2, ett solflygplan

En huvudsaklig bestämningsfaktor för energiförbrukningen i flygplan är luftmotstånd , som måste vara i motsatt rörelseriktning mot farkosten.

Drag är proportionell mot lyftet som krävs för flygning, vilket är lika med flygplanets vikt. Eftersom det inducerade luftmotståndet ökar med vikten, har massminskning, med förbättringar i motoreffektivitet och minskningar av aerodynamiskt motstånd , varit en huvudsaklig källa till effektivitetsvinster i flygplan, med en tumregel att en viktminskning på 1 % motsvarar ca. 0,75 % minskning av bränsleförbrukningen.
Flyghöjden påverkar motorns effektivitet. Jetmotoreffektiviteten ökar på höjden upp till tropopausen , atmosfärens minimumtemperatur; vid lägre temperaturer Carnot-effektiviteten högre. Jetmotorns effektivitet ökas också vid höga hastigheter, men över cirka 0,85 Mach ökar de aerodynamiska förlusterna på flygplanet snabbare.
Kompressibilitetseffekter: med början vid transoniska hastigheter på runt Mach 0,85 bildar stötvågor ökande motstånd.
För överljudsflygning är det svårt att uppnå ett lyft-mot-mot-förhållande som är större än 5, och bränsleförbrukningen ökar proportionellt. Den högre hastigheten som är inneboende i överljudsflygning innebär dock att den högre bränsleförbränningen uppvägs av en kortare flygtid.

*Concorde* bränsleeffektivitetsjämförelse (förutsatt att jetplanen är fyllda till kapaciteten)
Flygplan	Concorde	Boeing 747-400
Passagerarmil/imperial gallon	17	109
Passagerarmil/US gallon	14	91
Liter/100 passagerarkm	16.6	3.1

^{4,8 L/100 km per passagerare (1,4 MJ .} /passagerarkilometer) (49 passagerarmiles per gallon) 1998. I genomsnitt lämnas 20% av platserna obesatta Jetflygplanens effektivitet förbättras: Mellan 1960 och 2000 var det en total bränsleeffektivitetsvinst på 55 % (om man skulle utesluta den ineffektiva och begränsade flottan av DH Comet 4 och betrakta Boeing 707 som basfallet). De flesta av effektivitetsförbättringarna uppnåddes under det första decenniet när jetfarkoster först kom i utbredd kommersiell användning. Jämfört med avancerade kolvmotorflygplan på 1950-talet är nuvarande jetflygplan endast marginellt effektivare per passagerarmil. Mellan 1971 och 1998 uppskattades den genomsnittliga årliga förbättringen per tillgänglig sittplatskilometer till 2,4 %. Concorde överljudstransporten klarade av cirka 17 passagerarmil till Imperial gallon ; liknar ett affärsjet, men mycket värre än ett subsoniskt turbofanflygplan. Airbus beräknar bränsleförbrukningen för deras A380 till mindre än 3 L/100 km per passagerare (78 passagerarmiles per US gallon).

Air France Airbus A380-800

Flygplanets massa kan minskas genom att använda lätta material som titan , kolfiber och andra kompositplaster. Dyra material får användas om massaminskningen motiverar materialpriset genom förbättrad bränsleeffektivitet. De förbättringar som uppnås i bränsleeffektivitet genom massminskning, minskar mängden bränsle som behöver transporteras. Detta minskar flygplanets massa ytterligare och möjliggör därför ytterligare vinster i bränsleeffektivitet. Till exempel inkluderar Airbus A380-designen flera lätta material.

Airbus har visat upp vingspetsenheter (hajar eller vingar) som kan uppnå 3,5 procents minskning av bränsleförbrukningen. Det finns vingspetsenheter på Airbus A380. Ytterligare utvecklade Minix-vingar har sagts ge 6 procents minskning av bränsleförbrukningen. Vinglar i spetsen av en flygplansvinge jämnar ut vingspetsvirveln (minskar flygplanets vingmotstånd) och kan eftermonteras på vilket flygplan som helst.

NASA och Boeing genomför tester på ett 500 lb (230 kg) " blandad wing "-flygplan. Denna design möjliggör högre bränsleeffektivitet eftersom hela båten producerar lyft, inte bara vingarna. Konceptet med blandade vingkroppar (BWB) erbjuder fördelar i strukturell, aerodynamisk och driftseffektivitet jämfört med dagens mer konventionella flygkropps- och vingkonstruktioner. Dessa funktioner leder till större räckvidd, bränsleekonomi, tillförlitlighet och livscykelbesparingar, samt lägre tillverkningskostnader. NASA har skapat ett kryssningseffektivt STOL-koncept (CESTOL).

Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Applied Materials Research (IFAM) har undersökt en hajhud som imiterar färg som skulle minska motståndet genom en riblet-effekt. Flygplan är en stor potentiell applikation för nya teknologier som aluminiummetallskum och nanoteknik som hajhudsimiterande färg.

Propellersystem , såsom turboprops och propfans, är en mer bränslesnål teknik än jets . Men turboproppar har en optimal hastighet under cirka 450 mph (700 km/h). Denna hastighet är lägre än vad som används med jetplan av stora flygbolag idag. Med det nuvarande ^{[ behovsuppdateringen ]} höga priset för flygbränsle och betoningen på motor-/flygplanseffektivitet för att minska utsläppen, finns det förnyat intresse för propfan-konceptet för jetliners som kan komma i trafik utanför Boeing 787 och Airbus A350 XWB. Airbus har till exempel patenterade flygplanskonstruktioner med dubbla bakmonterade motroterande propfans. NASA har genomfört ett Advanced Turboprop Project (ATP), där de undersökte en propfan med variabel tonhöjd som producerade mindre buller och uppnådde höga hastigheter.

Relaterat till bränsleeffektivitet är effekterna av flygutsläpp på klimatet .

Litet flygplan

Dyn'Aéro MCR4S

Motorglidare kan nå en extremt låg bränsleförbrukning för längdflygningar, om gynnsamma termiska luftströmmar och vindar finns.
I 160 km/h förbränner en dieseldriven tvåsitsig Dieselis 6 liter bränsle per timme, 1,9 liter per 100 passagerarkilometer.
vid 220 km/h förbränner en fyrsitsig 100 hk MCR-4S 20 liter gas per timme, 2,2 liter per 100 passagerarkilometer.
Under kontinuerlig motoriserad flygning i 225 km/h förbränner en Pipistrel Sinus 11 liter bränsle per flygtimme. Den tar 2 personer ombord och kör på 2,4 liter per 100 passagerarkilometer.
Ultralätt flygplan Tecnam P92 Echo Classic vid en fart på 185 km/h förbränner 17 liter bränsle per flygtimme, 4,6 liter per 100 passagerarkilometer (2 personer). Andra moderna ultralätta flygplan har ökad effektivitet; Tecnam P2002 Sierra RG vid en marschfart på 237 km/h förbränner 17 liter bränsle per flygtimme, 3,6 liter per 100 passagerarkilometer (2 personer).
Tvåsitsiga och fyrsitsiga som flyger i 250 km/h med gamla generationens motorer kan bränna 25 till 40 liter per flygtimme, 3 till 5 liter per 100 passagerarkilometer.
Sikorsky S-76 C++ dubbelturbinhelikopter får cirka 1,65 mpg _{- US} (143 L/100 km; 1,98 mpg _-imp ) vid 140 knop (260 km/h; 160 mph) och tar 12 för cirka 19,8 mil per passagerare (11,9 L per 100 passagerarkilometer). ^{[ citat behövs ]}

Vattentransportmedel

Fartyg

drottning Elizabeth

Drottning Elizabeth 2

Cunard uppgav att drottning Elizabeth 2 färdades 49,5 fot per imperial gallon dieselolja (3,32 m/L eller 41,2 ft/US gal), och att den hade en passagerarkapacitet på 1777. Med 1777 passagerare kan vi alltså beräkna en effektivitet på 16,7 passagerare miles per imperial gallon (16,9 L/100 p·km eller 13,9 p·mpg _–US ).

Kryssningsfartyg

MS Oasis of the Seas har en kapacitet på 6 296 passagerare och en bränsleeffektivitet på 14,4 passagerarmil per US gallon. Kryssningsfartyg av Voyager-klass har en kapacitet på 3 114 passagerare och en bränsleeffektivitet på 12,8 passagerarmil per US gallon.

Emma Maersk

Emma Maersk använder en Wärtsilä-Sulzer RTA96-C , som förbrukar 163 g/kW·h och 13 000 kg/h. Om den bär 13 000 containrar så transporterar 1 kg bränsle en container under en timme över en sträcka av 45 km. Fartyget tar 18 dagar från Tanjung (Singapore) till Rotterdam (Nederländerna), 11 från Tanjung till Suez och 7 från Suez till Rotterdam, vilket är ungefär 430 timmar, och har 80 MW, +30 MW. 18 dagar med en medelhastighet på 25 knop (46 km/h) ger en total sträcka på 10 800 nautiska mil (20 000 km).

Om vi antar att Emma Maersk förbrukar diesel (i motsats till eldningsolja som skulle vara det mer exakta bränslet) så är 1 kg diesel = 1,202 liter = 0,317 US gallons. Det motsvarar 46 525 kJ. Med en standard på 14 ton per container (per teu) ger detta 74 kJ per ton-km vid en hastighet av 45 km/h (24 knop).

Båtar

En segelbåt , ungefär som en solbil, kan förflytta sig utan att förbruka något bränsle. En segelbåt som en jolle som bara använder vindkraft kräver ingen insatsenergi i form av bränsle. Men viss manuell energi krävs av besättningen för att styra båten och justera seglen med hjälp av linor. Dessutom kommer energi att behövas för andra krav än framdrivning, såsom matlagning, uppvärmning eller belysning. Bränsleeffektiviteten hos en båt för en person är starkt beroende av storleken på dess motor, hastigheten med vilken den färdas och dess deplacement. Med en enda passagerare blir motsvarande energieffektivitet lägre än i en bil, tåg eller flygplan. ^{[ citat behövs ]}

Internationella transportjämförelser

Europeisk kollektivtrafik

Järnväg och buss är i allmänhet skyldiga att trafikera "lågtrafik" och landsbygdstrafik, som till sin natur har lägre belastning än stadsbusslinjer och tåglinjer mellan staden. På grund av deras "walk on"-biljetter är det dessutom mycket svårare att matcha den dagliga efterfrågan och antalet passagerare. Som en konsekvens är den totala belastningsfaktorn på brittiska järnvägar 35 % eller 90 personer per tåg:

Omvänt fungerar flygbolagstjänster i allmänhet på punkt-till-punkt-nätverk mellan stora befolkningscentra och är "förbokade" till sin natur. Genom att använda yield management kan de totala belastningsfaktorerna höjas till cirka 70–90 %. Intercity-tågoperatörer har börjat använda liknande tekniker, med belastningar som vanligtvis når 71 % totalt för TGV -tjänster i Frankrike och en liknande siffra för Storbritanniens Virgin Rail Group- tjänster.

För utsläpp måste den elproducerande källan beaktas.

Amerikansk passagerartransport

US Transport Energy Data Book anger följande siffror för persontransporter 2018. Dessa är baserade på faktisk förbrukning av energi, oavsett beläggningsgrad. För driftsätt som använder el ingår förluster under produktion och distribution. Värdena är inte direkt jämförbara på grund av skillnader i typer av tjänster, rutter etc.

Transportläge	Genomsnittliga passagerare per fordon	BTU per passagerarmil	MJ per passagerarkilometer
Järnväg (transit lätt och tung)	23.5	1,813	1,189
Järnväg (intercity Amtrak )	23.3	1 963	1,287
Motorcyklar	1.2	2,369	1,553
Luft	118,7	2,341	1,535
Järnväg (pendlar)	33,6	2,398	1,572
Bilar	1.5	2,847	1,866
Personliga lastbilar	1.8	3,276	2,148
Bussar (transit)	7.7	4,578	3.001
Kräv svar	1.1	14 660	9,61

USA:s godstransport

US Transport Energy-boken anger följande siffror för godstransporter 2010:

transportsätt	Bränsleförbrukning
transportsätt	BTU per kort tonmil	kJ per tonkilometer
Inhemsk vattenburen	217	160
Klass 1 järnvägar	289	209
Tunga lastbilar	3,357	2,426
Flygfrakt (ca)	9 600	6 900

Från 1960 till 2010 har effektiviteten för flygfrakt ökat med 75 %, mest på grund av effektivare jetmotorer.

1 gal _-US (3,785 L, 0,833 gal _-imp ) bränsle kan flytta ett ton last 857 km eller 462 nmi med pråm, eller 337 km (209 mi) med järnväg eller 98 km (61 mi) med lastbil.

Jämföra:

Rymdfärja som används för att transportera gods till andra sidan jorden (se ovan): 40 megajoule per tonkilometer.
Nettoenergi för lyft: 10 megajoule per tonkilometer.

Kanadensisk transport

Natural Resources Canadas Office of Energy Efficiency publicerar årlig statistik om effektiviteten för hela den kanadensiska flottan. För forskare är dessa bränsleförbrukningsuppskattningar mer realistiska än bränsleförbrukningsvärdena för nya fordon, eftersom de representerar de verkliga körförhållandena, inklusive extremt väder och trafik. Årsredovisningen heter Energy Efficiency Trends Analysis. Det finns dussintals tabeller som illustrerar trender i energiförbrukning uttryckt i energi per passagerarkilometer (passagerare) eller energi per tonkilometer (frakt).

Fransk miljökalkylator

Den franska miljö- och energimyndighetens (ADEME) miljökalkylator som publicerades 2007 med hjälp av data från 2005 gör det möjligt att jämföra de olika transportmedlen när det gäller CO 2 -utsläppen (i _termer av koldioxidekvivalenter) samt förbrukningen av primär energi . När det gäller ett elfordon gör ADEME antagandet att 2,58 toe som primär energi är nödvändig för att producera en tå elektricitet som slutenergi i Frankrike (se Förkroppslig energi: Inom energifältet ).

Detta datorverktyg som tagits fram av ADEME visar vikten av kollektivtrafik ur miljösynpunkt. Den belyser den primära energiförbrukningen samt CO ₂ -utsläppen från transporter. På grund av den relativt låga miljöpåverkan från radioaktivt avfall , jämfört med utsläppen från fossila bränslen, är detta inte en faktor i verktyget. Dessutom intermodala passagerartransporter förmodligen en nyckel till hållbara transporter , genom att tillåta människor att använda mindre förorenande transportmedel.

tyska miljökostnader

Deutsche Bahn beräknar energiförbrukningen för deras olika transportmedel.

Typ	2018
Regional passagerartransport på järnväg (MJ/pkm)	0,85
Långväga passagerartransport på järnväg (MJ/pkm)	0,25
Busstrafik (MJ/pkm)	1.14
Godstransport på järnväg (MJ/tkm)	0,33
Godstransport på väg (MJ/tkm)	1.21
Flygfrakt (MJ/tkm)	9,77
Havsfrakt (MJ/tkm)	0,09

Obs - Externa kostnader ingår inte ovan

För att inkludera all energi som används i transporter skulle vi också behöva inkludera de externa energikostnaderna för att producera, transportera och förpacka bränsle (mat eller fossilt bränsle eller elektricitet), energin som uppstår vid bortskaffande av avgasavfall och energikostnaderna för tillverkning av fordonet. Till exempel kräver en människa som går lite eller ingen specialutrustning medan bilar kräver mycket energi att producera och har relativt kort produktlivslängd .

Dessa externa kostnader är dock oberoende av energikostnaden per tillryggalagd sträcka och kan variera mycket för ett visst fordon beroende på dess livslängd, hur ofta det används och hur det strömförsörjs under dess livstid. Således inkluderar denna artikels siffror ingen av dessa externa faktorer.

Se även

Fotnoter

externa länkar