能源技術(shù)新知:移動(dòng)應(yīng)用能源(上一篇)

摘要：

1)提出新的能源類別劃分:移動(dòng)應(yīng)用能源。

2)總結(jié)移動(dòng)應(yīng)用能源的規(guī)律。提出如何發(fā)展移動(dòng)應(yīng)用能源技術(shù)的策略。

3)移動(dòng)應(yīng)用能源將是人類能源應(yīng)用的主要形式。未來(lái)，人工智能將成為勞動(dòng)的主體，人工智能將取代人類，成為能源利用的主體。人工智能的大部分能源利用都是移動(dòng)應(yīng)用。

4)未來(lái)，人類地球、月球和火星將像現(xiàn)在的大型航空飛機(jī)一樣頻繁。這些跨越星體的人類活動(dòng)需要大量的能源，這些活動(dòng)都是移動(dòng)應(yīng)用能源場(chǎng)景。

今天，我們介紹了一個(gè)教科書(shū)中沒(méi)有常識(shí)的概念：移動(dòng)應(yīng)用能源。

是否有必要在能源類型中增加移動(dòng)應(yīng)用能源。移動(dòng)應(yīng)用能源是指能源載體跟隨能源利用裝置，能源裝置不具備自發(fā)生產(chǎn)能力，必須從外部補(bǔ)充能量。目前，移動(dòng)應(yīng)用能源主要用于交通工具，占人類應(yīng)用能源總量的20~40%。未來(lái)人工智能和星際往返將是能源的主要應(yīng)用場(chǎng)合，其需求的能源總量遠(yuǎn)高于人類已經(jīng)使用的能源總量。移動(dòng)應(yīng)用能源場(chǎng)景是交通、人工智能和星際往返場(chǎng)景的能源。增加這種能量分類的目的是發(fā)現(xiàn)和利用其能量規(guī)律。

例如，煤被用來(lái)燒水做飯，而不是移動(dòng)應(yīng)用能源。使用煤燃燒加熱蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)火車是移動(dòng)應(yīng)用能源。

移動(dòng)應(yīng)用能源的特點(diǎn)是什么？

移動(dòng)應(yīng)用能源具有以下特點(diǎn)：

1)能量載體的能量密度非常重要，在合理范圍內(nèi)，能量密度越高越好。

2)能源利用裝置裝載能量總量有限，必須及時(shí)補(bǔ)充能量。

3)能源利用裝置本身也需要考慮能量轉(zhuǎn)換效率和能量利用密度。

4)能源載體的輸出特性應(yīng)更好地滿足能源利用裝置的需求。

5)利用合理的技術(shù)降低外部能耗需求，利用能源利用裝置合理回收外部反饋能量。

圖 1 LY典型的混合動(dòng)力車設(shè)計(jì)

移動(dòng)應(yīng)用能源系統(tǒng)可以很好地解釋以上五個(gè)特點(diǎn)。移動(dòng)能源利用裝置可以很好地解釋和優(yōu)化。

以下是如何利用移動(dòng)應(yīng)用能源系統(tǒng)的規(guī)律來(lái)優(yōu)化電動(dòng)汽車的設(shè)計(jì)。

1)我們知道電動(dòng)汽車鋰電池的密度是120~300WH/KG,充電率1~4功率密度C如何提高車載能源密度？通過(guò)使用單體能量密度較高的甲醇和汽柴油，提高電池電池的能量密度并不是最好的方案。車輛需求功率波動(dòng)，最大功率約為平均功率的5~15倍。降低甲醇和汽柴油的高能量密度可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)重量。從而提高了整個(gè)能源載體的能量密度。按照這個(gè)想法，使用小功率增程發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)復(fù)用驅(qū)動(dòng)。這兩種有效的方法可以提高能源密度。

2)電動(dòng)車輛的補(bǔ)能方式僅限于充電設(shè)施、加油站等補(bǔ)能方式。什么樣的補(bǔ)能方是什么？當(dāng)您將車輛視為能量容器時(shí)，需要從外部獲得能量。能量獲得越快越好，能量?jī)r(jià)格越便宜越好。車主有很多補(bǔ)能方式。我們?cè)谠O(shè)計(jì)車輛時(shí)是否可以配備所有的補(bǔ)能方式，讓車主根據(jù)實(shí)際使用情況進(jìn)行選擇。故LY小功率2~15設(shè)計(jì)在混合動(dòng)力車中KW車載充電機(jī)，4C最大車輛功率快速充電，加油站加油補(bǔ)充增程系統(tǒng)燃料，外部機(jī)械充電（皮帶驅(qū)動(dòng)增程發(fā)電機(jī)發(fā)電）。這四種補(bǔ)能方式可以使電動(dòng)車輛不再有里程焦慮和充電困難。

3)降低電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)、車身輕量化等車載能源利用裝置的重量，提高電機(jī)、發(fā)電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，也是提高車輛整體能量密度的關(guān)鍵。

4)車輛每次出行所需能源可能不同，可能是車載能源的1%，也可能是車載能源的100%，中間需要多次補(bǔ)能。讓車載能源盡可能滿足出行需求，比如讓車載電池滿足車主90%以上的出行需求，比如160公里以內(nèi)電池電量小于50公里，停車充電或者讓增程系統(tǒng)發(fā)電。這種做法是能源總量匹配，以及能源轉(zhuǎn)換匹配。也就是說(shuō)，電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的功率匹配功率要求，可以保證電機(jī)在高效范圍內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。LY混合動(dòng)力汽車通過(guò)電機(jī)功能的再利用和拆卸，確保電機(jī)在高效范圍內(nèi)運(yùn)行。

5)減少外部能耗，利用外部反饋能量。也是車輛常用的設(shè)計(jì)。

圖 2 登月工程能耗巨大

上述設(shè)計(jì)理念也可用于其他移動(dòng)應(yīng)用能源，如阿波羅載人登月工程和人工智能主觀能源勞動(dòng)工具。以下是如何利用移動(dòng)應(yīng)用能源的規(guī)律，優(yōu)化登月工程設(shè)計(jì)。（詳見(jiàn)以下內(nèi)容 能源技術(shù)新知:移動(dòng)應(yīng)用能源(下)

1)提高能量密度

2）補(bǔ)能方式

3)能源利用裝置的能量密度和轉(zhuǎn)換效率

4）特性匹配

5)減少外部損失，回收反饋能量

圖 3 人工智能能源利用裝置將是能源利用的主體

通過(guò)上述移動(dòng)應(yīng)用能源的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，電動(dòng)汽車和登月項(xiàng)目。它解釋了這樣一個(gè)新的能源發(fā)現(xiàn)規(guī)律。可以預(yù)測(cè)，移動(dòng)應(yīng)用能源將是未來(lái)人類能源利用的主要形式。特別是當(dāng)人工智能取代人類成為主要?jiǎng)趧?dòng)力時(shí)，如何使移動(dòng)應(yīng)用能源更好地服務(wù)于人類的生產(chǎn)和生活？這個(gè)問(wèn)題剛剛提出，就像一個(gè)新發(fā)現(xiàn)的寶藏，可以讓大多數(shù)科研人員和技術(shù)人員尋寶。

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