閒聊-電動車能源利用率

PinkFloyd

2021/10/06閱讀時間約 5 分鐘

電動車真的是環保省能源的交通工具嗎?聽起來不錯,但我從不片面相信單方說法,唸書最重要是培養獨立思考的能力...所以我來算一下電動車的能源利用率吧...以下提到的數字都有來源可查,最多是細微的差異.

台灣發電廠毛熱效率最高為複循環機組(49.5%~52.8%),最低是氣渦輪機組(25.4%~28.2%),總毛熱效率平均為43.6%.但43.6%是毛率,也就是廠內還有損耗(廠內用電率)平均值為3.85%

所以台灣電廠的發電能源利用率為 = 43.6% * (100%-3.85%) = 41.92%

https://www.taipower.com.tw/tc/page.aspx?mid=202&cid=131&cchk=c4aff75d-c49f-4848-85f1-05f2cf843481#b02

首先有個效率浪費地方是備載容量,也就是需求電量是10KW,但電不可以就只發10KW的電,因為用電超過10KW時,機組就跳機了...所以發電廠要準備比用電需求還要多一點的發電量,超過的部份就是備載容量,官方資料備載容量率平均8%左右.

台灣電廠加上備載 = 41.92% * (100%-8%) = 38.57%

https://www.taipower.com.tw/d006/loadGraph/loadGraph/load_reserve_.html

到這邊燃料100%的能源,經過電廠發電後有38.57%的電能可以送到輸配電高壓電塔上面.

如果各位把這38.57%當成是你電動車的效率,只能說好傻好天真...因為38.57%效率的電只有高壓電塔345KV高壓,從電廠送到各地變電所,再降壓成插座的380/220/110V低壓,這中間還有各種輸配電的效率損失跟變壓器轉換損失.

以WIKI資料,345KV每160KM輸電有4.2%損耗,以台電官網資料,電廠到變電所輸配電的損耗,是1.75%~2.65%之間(可能因為距離較短)

輸電系統近十年(95~104 年)線損率分別為 2.50、2.48、2.38、2.65、2.53、2.65、2.37、2.25、2.12、1.75%(以全系統發購電量為基準計算)。線路損失就抓2%就好!

送到地區變電所 = 38.57% * (100%-2%) = 37.79%

http://data.taipower.com.tw/opendata02/apply/file/d051001/0809/%E7%B7%A8%E8%99%9F13%E9%99%84%E4%BB%B6R0.pdf

接下去還有高壓轉低壓的變壓器損耗,從345KV降到380/220/110V,至少要過四層變壓器,就算變壓器最高效率99%抓,99%*99%*99%*99%=96.06%(事實上效率沒那麼高).變壓器損失約3.94%

https://www.taipower.com.tw/tc/page.aspx?mid=211

電送到你家插座時 = 37.79% * (100%-3.94%) = 36.28%

很可惜,現在只到你家牆上的插座而已,還沒到電池裡,以美國能源局的資料,電池充電損失約16%...這裡包含了交流要先轉直流,再降壓充電,充電控制器要損耗,電池內部化學物質轉換也有損耗....也就是容量1KW的電池,需要1.16KW的電才充得飽...

充到電池裡 = 36.28% * (100%-16%) = 30.47%

以特斯拉官網公布,它的馬達最佳效率為85%,美國能源局資料Power to wheels 是77%-82%,這已經是把煞車/下坡的電力回收都算進去了,如果沒有煞車/下坡電力回收裝置,電池驅動馬達,馬達經齒輪,齒輪經傳動軸,傳動軸轉輪子,輪子帶動車...一路下來電能變動能的轉換效率只有60-70%.

我用特斯拉的最佳效率85%來算.

驅動車輛行駛時 30.47% * 85% = 25.89%

也就是100%的能源,先過電廠,再過高壓電塔,再充到電池,再讓馬達驅動車輛...只有25.89%的能源轉換效率.以上各環節各數字歡迎查證,有出入太大的地方,歡迎指正!

而且這還是沒計算車上空調螢幕音響大燈等等其它耗電,這就當成是必要性,不計算到損耗裡面來.

電池自行放電損耗就必需要了解一下...鋰電池充飽電以後,在24小時之內會損失約5%的容量,擺著每個月自我放電損失約3%...除非晚上睡覺車子擺著充電,就剛好起床時充飽再開去上班,停公司也可以充電,充到下班又剛好充飽,再開回家繼續充電...基本上我是不信車輛的利用率那麼好,都沒有閒置狀態...有閒置狀態,電池就有自我放電的損耗,而且隨電池使用時間越長,自我放電損耗就越高...我抓最低最低估算 3% 放電損失就好.