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氫燃料客車能量消耗和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模擬

在城市交通系統(tǒng)中，最流行和最常用的公共交通方式是通過城市客車實(shí)現(xiàn)的，其采用柴油燃料的動(dòng)力形式。許多國家資助項(xiàng)目中的公共運(yùn)輸車隊(duì)都使用替代燃料，從而減少CO2的排放，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)公共交通系統(tǒng)中燃料成本的降低。研究表明，每輛更換了柴油機(jī)的客車能夠減少180t的CO2排放。基于環(huán)保理念，本文側(cè)重于構(gòu)建以氫燃料為主要能源的客車能源系統(tǒng)模型。大多數(shù)建模所需要的參數(shù)可從官方網(wǎng)站中獲取，一些無法得到的數(shù)據(jù)通過假設(shè)來確定，從而完成模型的建立。從操作性角度來看，模型開發(fā)可幫助評(píng)估和提高客車能源系統(tǒng)性能。主要體現(xiàn)在以下幾方面：

（1）系統(tǒng)應(yīng)處于可承受突變載荷的狀態(tài)；

（2）初始成本必須低，保證系統(tǒng)的整體成本比較低；

（3）效率要高；

（4）具有再生制動(dòng)的可能性。

從運(yùn)輸業(yè)的角度來看，車輛發(fā)展的主要目的是要基于制定的性能標(biāo)準(zhǔn)，其中包括加速、制動(dòng)、動(dòng)力性、舒適性。所有這一切都受到環(huán)境、能源、安全和成本的約束。

氫燃料汽車以13.4MJ/km的速度消耗能量，這對(duì)于每年行駛一定距離的客車來說非常具有優(yōu)勢(shì)，而且利用清潔能源能夠?qū)崿F(xiàn)能源節(jié)約?；谂袛喾治?，每兆焦（MJ）的氫燃料成本是原油的2倍，是天然氣的3倍。為了使氫燃料具有競(jìng)爭(zhēng)力，以下任何優(yōu)勢(shì)都會(huì)使其在設(shè)計(jì)和能源市場(chǎng)上成為有吸引力的能源替代品。

（1）客車的效率提高100%；

（2）氫和原油成本達(dá)到盈虧平衡點(diǎn)；

（3）碳能源需承擔(dān)健康和環(huán)境成本。

在上述條件下，利用氫系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，可以實(shí)現(xiàn)較低和高效的能源消耗。

然而，僅從能源消耗的角度來評(píng)價(jià)氫能源的流動(dòng)性是不合理的。在評(píng)估氫能源優(yōu)勢(shì)過程中，應(yīng)考慮氫能源為環(huán)境帶來的好處，也應(yīng)考慮到氫能源能夠減輕當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)對(duì)國外石油的過分依賴。

Jan Kyncl et al. Environment and Electrical Engineering (EEEIC), 2013 12th International Conference on.

編譯：王維