Бензиновый эквивалент в галлонах
Бензиновый галлонный эквивалент ( GGE ) или бензиновый эквивалент галлона ( GEG ) — это количество альтернативного топлива, для того, чтобы равняться энергетическому содержанию одного жидкого галлона бензина . необходимое GGE позволяет потребителям сравнивать энергосодержание конкурирующих видов топлива с общеизвестным топливом, а именно бензином.
Стоимость бензина сложно сравнивать с другими видами топлива, если они продаются в разных единицах и физических формах. GGE пытается решить эту проблему. Один ГПГ СПГ и один ГПГ электроэнергии имеют точно такое же энергосодержание, как один галлон бензина. Таким образом, GGE обеспечивает прямое сравнение бензина с альтернативными видами топлива, в том числе с теми, которые продаются в виде газа ( природный газ , пропан , водород ) и в виде электроэнергии по счетчику .
Определение
[ редактировать ]США В 1994 году Национальный институт стандартов и технологий (NIST) определил «бензиновый галлонный эквивалент (GGE) [как] 5,660 фунтов природного газа». [1] сжатый природный газ Например, (СПГ) представляет собой газ, а не жидкость. Его можно измерить по объему в стандартных кубических футах (футах). 3 ) в атмосферных условиях по его весу в фунтах (фунтах) или по его энергоемкости в джоулях (Дж), британских тепловых единицах (БТЕ) или киловатт-часах (кВт·ч). СПГ, продаваемый на заправочных станциях в США, оценивается в долларах за ГПГ.
Использование GGE в качестве меры для сравнения запасенной энергии различных видов топлива для использования в двигателе внутреннего сгорания является лишь одним из входных данных для потребителей, которых обычно интересуют ежегодные затраты на вождение транспортного средства, что требует учета объема полезной работы , которую можно выполнить. быть извлечены из данного топлива. Это измеряется общей эффективностью автомобиля. В контексте GGE реальным показателем общей эффективности является экономия топлива или расход топлива, рекламируемый производителями автомобилей.
Эффективность и потребление
[ редактировать ]Начнем с того, что только часть запасенной энергии данного топлива (измеренная в БТЕ или кВт-ч) может быть преобразована в полезную работу двигателем автомобиля. Мерой этого является КПД двигателя часто называют тепловым КПД , который в случае двигателей внутреннего сгорания двигатель . Дизельный на 40-50% может иметь эффективность преобразования топлива в работу . [2] где КПД типичного автомобильного бензинового двигателя составляет от 25% до 30%. [3] [4]
Как правило, двигатель предназначен для работы на одном источнике топлива, и замена одного топлива другим может повлиять на тепловой КПД. Каждая комбинация топлива и двигателя требует регулировки смеси воздуха и топлива. Это может быть ручная регулировка с использованием инструментов и испытательных приборов или автоматическая в автомобилях с впрыском топлива и многотопливными автомобилями с компьютерным управлением. Принудительная индукция двигателя внутреннего сгорания с использованием нагнетателя или турбонагнетателя также может повлиять на оптимальную топливно-воздушную смесь и тепловой КПД.
Общий КПД преобразования единицы топлива в полезную работу (вращение ведущих колес) включает учет теплового КПД наряду с динамическими потерями, присущими и специфичными для конструкции данного транспортного средства. На термический КПД влияют как трение , так и тепловые потери; в двигателях внутреннего сгорания часть накопленной энергии теряется в виде тепла через систему выхлопа или охлаждения. Кроме того, трение внутри двигателя происходит вдоль стенок цилиндров, шатунных и коренных подшипников коленчатого вала, подшипников распределительного вала, приводных цепей или шестерен, а также других различных и второстепенных поверхностей подшипников. Другие динамические потери могут быть вызваны трением вне двигателя/двигателя, включая нагрузки от генератора/ генератора переменного тока , насоса гидроусилителя рулевого управления, компрессора кондиционера, трансмиссии, раздаточной коробки (если полный привод), дифференциала(ов) и универсального привода. суставов, а также сопротивление качению пневматических шин. Внешний стиль автомобиля влияет на его аэродинамическое сопротивление, что является еще одной потерей динамики, которую необходимо учитывать при определении общей эффективности.
В аккумуляторных или электромобилях расчет общей эффективности полезной работы автомобиля начинается со скорости заряда-разряда аккумуляторной батареи, обычно от 80% до 90%. Далее происходит преобразование накопленной энергии в расстояние, пройденное под напряжением. Вообще говоря, электродвигатель гораздо эффективнее двигателя внутреннего сгорания преобразует накопленную потенциальную энергию в полезную работу; в электромобиле КПД тягового двигателя может приближаться к 90%, поскольку от частей двигателя выделяется минимальное тепло, а радиатор охлаждающей жидкости и выхлопные газы выделяются нулевое количество тепла. Электродвигатель обычно имеет внутреннее трение только в подшипниках главной оси. [ нужна ссылка ] Дополнительные потери повлияют на общую эффективность, как и у обычного автомобиля с двигателем внутреннего сгорания, включая сопротивление качению, аэродинамическое сопротивление, мощность вспомогательных агрегатов, климат-контроль и потери в трансмиссии. См. таблицу ниже, в которой указаны розничные затраты на электроэнергию для GGE в БТЕ.
Общая эффективность измеряется и сообщается, как правило, в ходе государственных испытаний посредством эксплуатации транспортного средства в стандартизированном ездовом цикле, разработанном для воспроизведения типичного использования, обеспечивая при этом последовательную основу для сравнения между транспортными средствами. Автомобили, продаваемые в Соединенных Штатах, рекламируются по их общей эффективности (экономии топлива) в милях на галлон (миль на галлон). MPG данного транспортного средства начинается с термического КПД топлива и двигателя за вычетом всех вышеперечисленных элементов трения. Расход топлива является эквивалентным показателем для автомобилей, продаваемых за пределами США, и обычно измеряется в литрах на 100 км пробега; в общем, расход топлива и количество миль на галлон будут обратными величинами с соответствующими коэффициентами пересчета, но поскольку разные страны используют разные циклы вождения для измерения расхода топлива, экономия топлива и расход топлива не всегда напрямую сопоставимы.
Мили на галлон бензинового эквивалента (MPGe)
[ редактировать ]Метрика MPGe была введена Агентством по охране окружающей среды в ноябре 2010 года на Monroney электромобиля Nissan Leaf маркировке и Chevrolet Volt подключаемого гибрида . Рейтинги основаны на формуле Агентства по охране окружающей среды, в которой 33,7 киловатт-часов электроэнергии эквивалентны одному галлону бензина (что дает теплотворную способность 115 010 БТЕ/галлон США), а также на энергопотреблении каждого транспортного средства во время пяти стандартных испытаний ездового цикла Агентства по охране окружающей среды, имитирующих различные условия вождения. [5] [6] Все новые автомобили и легкие грузовики, продаваемые в США, должны иметь эту этикетку, показывающую оценку экономии топлива транспортного средства, сделанную Агентством по охране окружающей среды. [7]
Таблицы эквивалентов бензина в галлонах
[ редактировать ]| Топливо: жидкость, галлоны США. | ГГЭ | ГГЭ % | БТЕ/галлон | кВтч/галлон | HP -час/галлон | ккал/литр |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Бензин (базовый) [9] | 1.0000 | 100.00% | 114,000 | 33.41 | 44.80 | 7,594.1 |
| Бензин (обычный, летний) [9] | 0.9956 | 100.44% | 114,500 | 33.56 | 45.00 | 7,627.4 |
| Бензин (обычный, зимний) [9] | 1.0133 | 98.68% | 112,500 | 32.97 | 44.21 | 7,494.2 |
| Бензин (риформулированный бензин, Е10 – этанол ) [9] | 1.0193 | 98.1% | 111,836 | 32.78 | 43.95 | 7,449.9 |
| Бензин (реформулированный бензин, ЭТБЭ ) [9] | 1.0196 | 98.08% | 111,811 | 32.77 | 43.94 | 7,448.3 |
| Бензин (реформулированный бензин, МТБЭ ) [9] | 1.0202 | 98.02% | 111,745 | 32.75 | 43.92 | 7,443.9 |
| Бензин (10% МТБЭ) [10] | 1.0179 | 98.25% | 112,000 | 32.82 | 44.02 | 7,460.9 |
| Дизель №2 [11] | 0.8803 | 113.6% | 129,500 | 37.95 | 50.90 | 8,626.6 |
| Биодизель (B100) [12] | 0.9536 | 104.87% | 119,550 | 35.04 | 46.98 | 7,963.8 |
| Биодизель (B20) [11] | 0.8959 | 111.62% | 127,250 | 37.29 | 50.01 | 8,476.7 |
| Сжиженный природный газ (СПГ) [11] | 1.52 | 65.79% | 75,000 | 21.98 | 29.48 | 4,996.1 |
| Сжиженный нефтяной газ ( пропан / автогаз ) (LPG) [11] | 1.2459 | 80.26% | 91,500 | 26.82 | 35.96 | 6,095.3 |
| Метаноловое топливо (М100) [11] | 2.007 | 49.82% | 56,800 | 16.65 | 22.32 | 3,783.7 |
| Этаноловое топливо (Е100) [11] | 1.498 | 66.75% | 76,100 | 22.30 | 29.91 | 5,069.4 |
| Этанол ( Е85 ) [11] | 1.3936 | 71.75% | 81,800 | 23.97 | 32.15 | 5,449.1 |
| Реактивное топливо ( нафта ) [13] | 0.9604 | 104.12% | 118,700 | 34.79 | 46.65 | 7,907.2 |
| Реактивное топливо ( керосин ) [13] | 0.8899 | 112.37% | 128,100 | 37.54 | 50.35 | 8,533.4 |
| Топливо: нежидкое | Бензиновый эквивалент в галлонах | Единица | Плотность запасенной энергии |
|---|---|---|---|
| Бензин (базовый) [9] [14] | 1.0000 | галлоны (США) | 114 000 БТЕ (33,41 кВтч) / галлон США |
| Сжатый природный газ (СПГ) в стандартных условиях [12] | 123,57 куб футов (3499 м 3 ) | фунт | 20 160 БТЕ (5,91 кВтч)/фунт |
| Сжатый природный газ (СПГ) при давлении 2400 фунтов на квадратный дюйм (17 МПа) | 0,77 куб футов (0,022 м 3 ) | ||
| Водород при атмосферных условиях, 101,325 кПа (14,6959 фунтов на квадратный дюйм) | 357,37 куб футов (10 120 м ) 3 ) | футы 3 | 319 БТЕ (0,09 кВтч)/фут 3 [15] |
| Водород по весу | 1 кг (2,205 фунта) [16] | кг | 119,9 МДж (113 600 БТЕ; 33,3 кВтч)/кг [17] |
| Электричество | 33,40 киловатт-часов | кВтч | 3413 БТЕ (1,00 кВтч) [18] [19] |
| 1 ГГЭ = 33,40 кВтч | |
| По местному тарифу за кВтч | $/галлон эквивалент |
| $0.03 | $1.000 |
| $0.04 | $1.333 |
| $0.05 | $1.667 |
| $0.06 | $2.000 |
| $0.07 | $2.338 |
| $0.08 | $2.670 |
| $0.09 | $3.006 |
| $0.10 | $3.340 |
| $0.11 | $3.674 |
| $0.12 | $4.000 |
| $0.13 | $4.342 |
| $0.14 | $4.670 |
| $0.15 | $5.010 |
| $0.16 | $5.344 |
| $0.17 | $5.678 |
| $0.18 | $6.012 |
| $0.19 | $6.346 |
| $0.20 | $6.680 |
| $0.25 | $8.350 |
| $0.27 | $9.018 |
| $0.28 | $9.352 |
| $0.29 | $9.686 |
| $0.30 | $10.020 |
Тарифы на бытовую электроэнергию в США варьируются от 0,0728 доллара США (Айдахо) до 0,166 доллара США (Аляска). 0,22 доллара США (уровень 1 в Сан-Диего, уровень 2 — 0,40 доллара США) и 0,2783 доллара США (Гавайи). [20] [21]
Конкретные виды топлива
[ редактировать ]Сжатый природный газ
[ редактировать ]Один ГПГ природного газа составляет 126,67 кубических футов (3,587 м3). 3 ) в стандартных условиях . Этот объем природного газа имеет такое же энергосодержание, как и один галлон бензина США (исходя из более низкой теплотворной способности : 900 БТЕ/куб футов (9,3 кВтч/м). 3 ) природного газа и 114 000 БТЕ/галлонов США (8,8 кВтч/л) бензина). [22]
Один GGE СПГ под давлением 2400 фунтов на квадратный дюйм (17 МПа) составляет 0,77 кубических футов (22 литра; 5,8 галлона США). Этот объем СПГ при давлении 2400 фунтов на квадратный дюйм имеет такое же энергосодержание, как один галлон бензина США (исходя из более низкой теплоты сгорания: 148 144 БТЕ/куб футов (1533,25 кВтч/м). 3 ) СПГ и 114 000 БТЕ/галлонов США (8,8 кВтч/л) бензина. [22] Используя закон Бойля , эквивалентный GGE при давлении 3600 фунтов на квадратный дюйм (25 МПа) составляет 0,51 кубического фута (14 литров; 3,8 галлона США).
Национальная конференция весов и измерений (NCWM) разработала стандартную единицу измерения сжатого природного газа, определенную в Справочнике NIST 44, Приложение D, следующим образом:«1 галлоновый эквивалент бензина [США] (GGE) означает 2,567 кг (5,660 фунта) природного газа». [23]
Когда потребители заправляют свои автомобили КПГ в США, КПГ обычно измеряется и продается в единицах GGE. Это весьма полезно по сравнению с галлонами бензина.
Этанол и топливные смеси (E85)
[ редактировать ]1,5 галлона США (5,7 литра) этанола имеют такую же энергетическую ценность, как и 1,0 галлона США (3,8 л) бензина.
Энергетическая ценность этанола составляет 76 100 БТЕ/галлон США (5,89 киловатт-часов на литр) по сравнению с 114 100 БТЕ/галлон США (8,83 кВтч/л) бензина. (см. график выше)
Расход топлива на автомобиле с гибким топливом составит около 76% от расхода топлива (миль на галлон) при использовании продуктов E85 (85% этанола) по сравнению со 100% бензином. Простые расчеты значений БТЕ этанола и бензина показывают пониженную теплоту, доступную двигателю внутреннего сгорания. Чистый этанол обеспечивает 2/3 теплотворной способности чистого бензина.
В наиболее распространенном расчете, то есть при расчете значения БТЕ чистого бензина по сравнению с бензином с 10% этанола, последний имеет значение БТЕ чистого бензина чуть более 96%. БТЕ бензина варьируется в зависимости от давления паров по Рейду (что приводит к более легкому испарению в зимних смесях, содержащих этанол (на этаноле трудно завести автомобиль, когда он холодный) и антидетонационных присадок. Такие присадки снижают значение БТЕ.
См. также
[ редактировать ]- КПД двигателя
- Термический КПД
- Потенциальная энергия
- Работа (термодинамика)
- Работа (физика)
- Дизельные двигатели
- Эффективность
- Трение
- Киловатт час
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Мясник, Тина; Краун, Линда; Себринг, Линн; Суитер, Ричард и Уильямс, Хуана, ред. (2006). «Приложение D: Определения» (PDF) . Спецификации, допуски и другие технические требования к устройствам для взвешивания и измерения, принятые 91-й Национальной конференцией по мерам и весам 2006 г. (изд. 2007 г.). Гейтерсбург, Мэриленд: Национальный институт стандартов и технологий . п. Д-8. Справочник 44 . Проверено 2 января 2009 г.
- ^ Синь, Кью; Пинзон, CF (2014). «9 – Улучшение экологических показателей большегрузных автомобилей и двигателей: ключевые проблемы и подходы к проектированию систем». Альтернативные виды топлива и передовые автомобильные технологии для улучшения экологических показателей на пути к транспортировке с нулевым выбросом углерода . Вудхед Паблишинг Лимитед. стр. 225–278. дои : 10.1533/9780857097422.2.225 . ISBN 978-0-85709-742-2 .
- ^ Хаятт, Кайл (26 февраля 2021 г.). «Nissan утверждает, что создал более термически эффективный бензиновый двигатель, но есть одна загвоздка» . Дорога/Шоу . CNet . Проверено 19 апреля 2022 г.
- ^ Икея, К.; Такадзава, М.; Ямада, Т.; Парк, С.; Тагиши, Р. (2015). «Повышение термического КПД бензинового двигателя». Международный журнал двигателей SAE . 8 (4): 1579–1586. дои : 10.4271/2015-01-1263 . ISSN 1946-3936 .
- ^ Банкли, Ник (22 ноября 2010 г.). «Nissan заявляет, что его электрический Leaf получает расход топлива, эквивалентный 99 милям на галлон» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 17 февраля 2011 г.
- ^ Мейер, Фред (24 ноября 2010 г.). «Вольт оценивается в 93 мили на галлон только на электричестве, 37 миль на галлон на газовом генераторе» . США сегодня . Проверено 17 февраля 2011 г.
- ^ «Этикетка экономии топлива» . Агентство по охране окружающей среды США. 14 февраля 2011 года . Проверено 17 февраля 2011 г.
- ^ «114000 БТЕ на галлон в Калорий на литр» . Вольфрам-Альфа . Проверено 4 января 2015 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г «Анализ влияния РФГ на экономию топлива» . США Агентство по охране окружающей среды . 14 августа 2007 года . Проверено 1 июля 2014 г.
- ^ «Энергетические эквиваленты различных видов топлива» . Ассоциация управления флотом НАФА. Архивировано из оригинала 15 июня 2010 года.
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г Гейбл, Кристина и Гейбл, Скотт. «Сравнение топливной энергии: эквиваленты бензиновых галлонов» . О сайте.com . Архивировано из оригинала 4 сентября 2011 года . Проверено 4 января 2015 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Сравнение свойств топлива в центре данных по альтернативным видам топлива» (PDF) . Министерство энергетики США . 27 февраля 2013 года . Проверено 9 августа 2013 г.
- ^ Перейти обратно: а б Управление энергетической информации (ноябрь 2005 г.). «Приложение C: Качество данных» (PDF) . Использование энергии бытовыми транспортными средствами: последние данные и тенденции . Вашингтон, округ Колумбия: Министерство энергетики США. стр. 151–161. Министерство энергетики/EIA-0464(2005). Архивировано из оригинала (PDF) 23 мая 2011 года.
- ^ Анализ влияния РФГ на экономию топлива . США Агентство по охране окружающей среды . 1 августа 1995 года.
- ^ Джонсон, К. (2 января 2015 г.). «Водород как топливо для транспортных средств» . Домашняя страница государственных услуг . МБ-Софт . Проверено 4 января 2015 г.
- ^ «Центр данных по альтернативным видам топлива: сравнение свойств топлива» . afdc.energy.gov . Архивировано (PDF) из оригинала 29 мая 2024 г. Проверено 2 июня 2024 г.
- ^ Чендлер, Кевин и Юди, Лесли (июнь 2008 г.). Транзитные автобусы с водородным двигателем SunLine Transit Agency: Третий оценочный отчет — приложения (PDF) . Голден, Колорадо: Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии. НРЕЛ/ТП-560-43741-2. Архивировано из оригинала (PDF) 22 мая 2013 года . Проверено 4 января 2015 г.
- ^ Программы развития биоэнергетического сырья. «Преобразование энергии» . Окриджская национальная лаборатория . Архивировано из оригинала 27 сентября 2011 года . Проверено 1 января 2009 г.
- ^ «Экономия энергии и воды: энергетические термины/преобразования» . Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория . Июнь 2008. Архивировано из оригинала 2 ноября 2008 года . Проверено 1 января 2009 г.
- ^ «Цены на электроэнергию по штатам: информация о национальных тарифах на электроэнергию» . Айзенбах Консалтинг, ООО.
- ^ «Средняя розничная цена на электроэнергию» . ElectricRates.us. Архивировано из оригинала 4 января 2015 года . Проверено 4 января 2015 г.
- ^ Перейти обратно: а б «Свойства топлива» (PDF) . Энергоэффективность и возобновляемые источники энергии . Министерство энергетики США. Центр данных по альтернативным видам топлива. 29 октября 2014 года . Проверено 1 января 2015 г.
- ^ «Технические характеристики, допуски и другие технические требования к устройствам для взвешивания и измерения — Приложение D» (PDF) . Национальный институт стандартов и технологий. стр. Д-13 . Проверено 23 августа 2020 г.