交通电气化。
主要收获
- 交通电气化以电力驱动的电动机取代汽油、柴油、燃油和天然气发动机，从而减少碳排放和当地空气污染。.
- 2023 年，公路运输产生的二氧化碳排放量约占全球总量的 171TP5；电动汽车、公共汽车、卡车和送货车是气候变化的核心解决方案。.
- 效益取决于清洁电力：增加太阳能、风能、水能、核能和其他可再生能源的电网能带来最大的削减。.
- 车队电气化需要充电基础设施、智能能源管理、公用事业部门和车队运营商通力合作。.
- IEEE Transactions on Transportation Electrification、ieee transactions、ieee xplore 和 ieee conferences 正在进行的研究正在改进电池、充电和电网集成。.
什么是交通电气化？
交通电气化是指道路车辆、火车、部分船舶、飞机和公共交通从化石燃料内燃机向电力传动系统的过渡。它包括电池电动汽车、插电式混合动力汽车以及用清洁电力制氢的氢燃料电池。.
实际上，交通电气化包括将个人汽车、商业车队和公共交通从化石燃料车辆过渡到电力驱动车辆，从根本上重塑交通和电力系统。它还包括充电电网、超高速充电站、电池交换、智能电网集成、车对电网以及电网接口技术。.
目标很简单：减少运输部门的温室气体排放和污染物，自 2016 年以来，运输部门一直是美国最大的二氧化碳排放部门。.
交通电气化与气候变化
交通电气化是将升温控制在 1.5-2°C 的核心战略，与能源效率和电力部门去碳化并驾齐驱。2022-2023 年，交通产生的二氧化碳排放量约占全球能源相关排放量的四分之一，其中道路车辆的排放量最大。.
交通部门是全球第二大二氧化碳排放源，在美国，轻型汽车排放的温室气体占交通部门排放总量的绝大部分，达 29%。电动汽车可以迅速减少这一排放量：电动汽车排放的温室气体污染比汽油车少 2 到 5 倍，这取决于为电动汽车充电的电力来源。.
同行评议分析和 IPCC 式建模显示，在低碳电网上，电动汽车的生命周期排放量可降低 50-80% 。即使在使用某些化石燃料的电网上充电，电动汽车的生命周期排放量也低于汽油车。电气化带来的总减排量在很大程度上取决于电力来源；随着电网去碳化，电动汽车的二氧化碳总排放量将低于内燃机汽车。.
许多国家政府现在的目标是，到 2035-2040 年，几乎完全实现零排放汽车的销售。.
减少运输排放的潜力
汽车、卡车、公共汽车、铁路、船舶和飞机的电气化潜力各不相同。在中国、圣地亚哥、德里、墨西哥、印度、日本、欧洲和美国，每年已售出数百万辆电动汽车，城市公交车队也在不断扩大，因此公路车辆的电动化进程最快。.
到 2050 年，通过清洁能源电网，向电动汽车过渡可将地面交通的总体碳排放量减少 75% 至 93%。城市公交车队电气化和扩大电气化铁路网络是交通电气化的关键战略。.
中型和重型卡车更难，因为重量、续航能力、充电速度和服务时间表都很重要。不过，区域配送、港口拖运和走廊卡车运输仍然是强大的早期市场。对于轮船和飞机而言，近期的替代途径通常是将效率、氢气、生物燃料和电子燃料结合起来。.
清洁电力在交通电气化中的作用
电网决定了电动汽车充电的清洁程度。清洁电力是指来自太阳能、风能、水能、地热能、核能等可再生能源以及碳捕集化石发电厂的电力。.
自 2010 年代中期以来，中国、欧盟、美国和印度都扩大了太阳能和风能的使用。随着电网向风能和太阳能等可再生能源过渡，交通电气化的好处也在增加。在煤炭资源丰富的电网中，电动汽车在其使用寿命内仍常常优于汽油车，但优势较小；而在可再生能源丰富的电网中，从井到车轮的排放量大幅下降。.
智能充电也有帮助。电动车队可以储存非高峰时段产生的多余太阳能和风能，而分时定价则可以转移高峰时段的需求，提高能源系统的效率。.
交通电气化的更广泛优势
电气化带来了环境、经济、电网和公共卫生方面的优势。电气化可改善当地空气质量，有利于人口稠密地区的公众健康。消除尾气排放可改善城市空气质量，减少本地污染物，如氧化亚氮和微粒。.
由于空气质量的改善，广泛采用电动汽车每年可避免约 15 万至 55 万人过早死亡。与内燃机相比，电动机产生的噪音更低，有助于营造更安静的城市环境，尤其是在学校、公交车站和密集社区周围。.
与内燃机相比，电动汽车运营成本更低，因为电费更便宜，维护成本也更低。车辆到电网（V2G）技术允许电动汽车在非用电高峰时段充电，并在用电高峰时段向电网返电，有助于稳定电网和管理能源消耗。通过 V2G 和有管理的充电协议，电动汽车可在高峰压力期间充当电网的分布式电池。.
中型和重型车辆充电新技术
中型和重型电动汽车的电气化需要更高的功率、更安全的电缆和新的车厂架构。中型和重型电动汽车充电技术的进步包括中压公用事业服务、集中直流配电、液冷电缆和无线充电，这些技术提高了充电速度和可扩展性。.
电动汽车充电基础设施包括静态交流住宅插头和高压直流快速充电中心，以及未来嵌入道路的动态无线充电系统。高密度锂离子技术是目前电动汽车电池的行业标准，而固态电池的开发可能会缩短停机时间。.
车队电气化的规划和能源管理
车队电气化不仅仅是购买车辆。计划管理人员应审查：
- 路线、停留时间、里程、有效载荷、天气和地形
- 仓库位置、电网容量、充电器类型和备用电源
- 公共充电、车库充电和线路充电选项
- 电池退化、关税和运行准备状态
电力公司通过帮助建立强大的充电站网络，确保电动汽车与电网的良好整合，在解决电气化障碍方面发挥着至关重要的作用。智能能源管理系统对于车队电气化至关重要，它使运营商能够优化充电时间表，平衡充电期间的能源使用，从而保护电网。.
当前的市场格局和政策驱动因素
2010 年代末以后，随着电池价格的降低、激励措施的完善以及消费者变得更加舒适，电动汽车市场迅速扩大。根据 国际能源机构, 到 2024 年，全球电动汽车销量将达到约 1 700 万辆。.
政策驱动因素包括
- 零排放车辆规定
- 购买奖励、税收抵免和退税
- 燃油经济性和排放标准
- 公共快速充电通道
- 针对低收入社区、农村地区和多户住房的计划
鼓励各组织和政府对基础设施进行投资，使过渡更快、更公平。资本存量周转的延迟意味着现有的化石燃料汽车需要几十年才能退役并被电动汽车取代，这使得向电气化过渡变得更加复杂。.
交通电气化的研究、创新和标准
进步取决于研究、标准和集成系统。学术实验室、公用事业公司、制造商和国际电工委员会标准机构致力于电机、电池、网络安全、通信、传动系统拓扑结构、子系统和互操作性的研究。.
电气和电子工程师学会交通电气化及相关论文集 IEEE Xplore 出版物涵盖双向充电、电池健康、充电标准和系统规划。这些技术有助于车队减少排放，同时提高可靠性。.
主要障碍及解决方法
尽管交通电气化的势头日益强劲，但仍有一些障碍阻碍着向电动汽车和基础设施的过渡。这些障碍包括充电器有限、互联时间长、前期成本较高、续航里程焦虑、电池问题、劳动力短缺以及锂、镍和钴的材料供应风险。.
减少摩擦：
- 政策制定者应调整激励措施、许可、回收规则和电网投资。.
- 公用事业部门和车队运营商应及早规划，共享数据，并在需求到来之前进行升级。.
向电动汽车过渡可带来巨大的经济、环境和公共卫生效益，更快的过渡可为社区带来更快的效益。.
常见问题（FAQ）
交通电气化如何快速减少碳排放？
电动汽车取代汽油车或柴油车后，减排就开始了。随着车队的更换和电网增加清洁电力，最大的收益也随之而来。.
电动汽车在整个生命周期内真的更清洁吗？
是的。生命周期分析包括制造、电池生产、驾驶、燃料或电力供应以及回收。大多数研究发现，在大多数电网中，电动汽车比同类汽油车更清洁。.
电动汽车电池寿命结束后会发生什么？
许多电池在回收前可重复用于固定存储。回收利用可回收锂、镍、钴、铜和铝等材料。.
现有电网能否应对大范围的交通电气化？
通常是的，只要有规划。充电管理、车库控制、有针对性的升级和 V2G 可减少高峰时段的压力。.
氢气是电池电动交通工具的竞争者还是补充？
在长途卡车运输、航运和某些越野用途中，氢能可作为电池-电力技术的补充。对于大多数汽车和城市车队而言，电池电动系统目前更为高效和成熟。.