能源科技新知：移動(dòng)應(yīng)用能源（上篇）

摘要：

1）提出一種全新的能源類(lèi)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)用能源科技的策略。

3）移動(dòng)應(yīng)用能源將會(huì)是人類(lèi)能源應(yīng)用的主要形式，未來(lái)人工智能成為勞動(dòng)的主體，而人工智能要替代人，成為能源利用的主體。人工智能大部分能源利用都是移動(dòng)應(yīng)用。

4）未來(lái)人類(lèi)地球、月球和火星之間的往返將可以如現(xiàn)在大型航空飛機(jī)一樣頻繁。這些跨越星體的人類(lèi)活動(dòng)需求能源總量巨大，這些人類(lèi)活動(dòng)都是移動(dòng)應(yīng)用能源場(chǎng)景。

今天我們介紹一種課本沒(méi)有、常識(shí)不說(shuō)的概念：移動(dòng)應(yīng)用能源。

在能源種類(lèi)里，增加一個(gè)移動(dòng)應(yīng)用能源是否有必要。移動(dòng)應(yīng)用能源是指：能源載體跟隨能源利用裝置運(yùn)動(dòng)，能源裝置不具備自發(fā)生產(chǎn)能源的能力，必須從外部補(bǔ)能。當(dāng)前移動(dòng)應(yīng)用能源主要是有交通工具所用的能源，交通能源占到人類(lèi)應(yīng)用能源總量的20~40%之間。在未來(lái)人工智能、星際往返將是能源主要應(yīng)用場(chǎng)合，其需求的能源總量遠(yuǎn)高于當(dāng)前人類(lèi)已使用能源的總量。而交通工具、人工智能、星際往返場(chǎng)景的能源都是移動(dòng)應(yīng)用能源的場(chǎng)景。增加這樣一個(gè)能源分類(lèi)的目的是發(fā)現(xiàn)并利用其能源規(guī)律。

舉例說(shuō)明一下，煤炭在用來(lái)燒水做飯，不算是移動(dòng)應(yīng)用能源。利用煤炭燃燒加熱蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)火車(chē)，這樣的應(yīng)用場(chǎng)景是移動(dòng)應(yīng)用能源。

移動(dòng)應(yīng)用能源有什么特點(diǎn)呢？

移動(dòng)應(yīng)用能源特點(diǎn)有：

1）能源載體能量密度很重要、在合理范圍內(nèi)功率密度、能量密度越高越好。

2）補(bǔ)能方式，能源利用裝置內(nèi)裝載能量總量的有限，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、及能量利用密度。

4）能源載體輸出特性要更好匹配能源利用裝置的需求。

5）利用合理技術(shù)降低外部耗能需求因素，采用能源利用裝置合理回收外部反饋能量。

圖 1 LY混動(dòng)車(chē)典型設(shè)計(jì)

上面5點(diǎn)特性，可以非常好低解釋移動(dòng)應(yīng)用能源系統(tǒng)。可以非常好的解釋并優(yōu)化移動(dòng)能源利用裝置。

下面從電動(dòng)化車(chē)輛的設(shè)計(jì)去說(shuō)明：如何利用移動(dòng)應(yīng)用能源系統(tǒng)規(guī)律，優(yōu)化其設(shè)計(jì)。

1）我們知道電動(dòng)車(chē)鋰電池密度在120~300WH/KG,功率密度在充電倍率1~4C之間，如何才能提高車(chē)載能源密度呢？努力去提高電池電芯能量密度并不是一個(gè)最佳的方案，通過(guò)使用單體能量密度更高的甲醇、汽柴油構(gòu)成一個(gè)混合能源載體。車(chē)輛需求功率是波動(dòng)，最大功率是平均功率的約5~15倍，降低高能量密度的甲醇、汽柴油功率密度，可以降低發(fā)動(dòng)機(jī)重量。從而提高了整個(gè)能源載體能量密度。按照這樣的思路，使用小功率增程發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)復(fù)用驅(qū)動(dòng)。是目前能夠提高能源密度的兩個(gè)有效方法。

2）電動(dòng)化車(chē)輛的補(bǔ)能方式，限于充電設(shè)施、加油站等補(bǔ)能方式的限制。什么樣的補(bǔ)能方式才是最優(yōu)的呢？當(dāng)你把車(chē)輛當(dāng)成一個(gè)能量容器，這個(gè)容器需要從外部獲得能量。能量獲得速度越快越好，能量?jī)r(jià)格越便宜越好。車(chē)主的補(bǔ)能方式場(chǎng)景非常多，我們?cè)O(shè)計(jì)車(chē)輛的時(shí)候能否把補(bǔ)能方式都配備了，讓車(chē)主根據(jù)實(shí)際使用情況來(lái)自選選擇。故LY混動(dòng)車(chē)中設(shè)計(jì)了小功率2~15KW車(chē)載充電機(jī)，4C最大車(chē)輛功率快充，加油站加油補(bǔ)充增程系統(tǒng)燃油，外部機(jī)械充能（利用皮帶帶動(dòng)增程發(fā)電機(jī)發(fā)電）。這四種補(bǔ)能方式可以讓電動(dòng)化車(chē)輛不再存在里程焦慮和充電難等缺點(diǎn)。

3）減少車(chē)載能源利用裝置如電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)和車(chē)身輕量化等等部件重量，提高電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，也是提高車(chē)輛整體能量密度的關(guān)鍵。

4）車(chē)輛每次出行需求所需要的能源是可能不同的，有可能是車(chē)載能源的1%，也有可能是車(chē)載能源100%，中途還需要多次補(bǔ)能。讓車(chē)載能源盡可能匹配出行需求，如讓車(chē)載電池能夠滿足車(chē)主90%以上出行需求，比如在160公里以內(nèi)，電池電量低于50公里，停車(chē)充電或者讓增程系統(tǒng)發(fā)電。這種的做法是能源總量匹配，另外還有能源的轉(zhuǎn)換匹配。也就是電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)的功率匹配動(dòng)力需求，這樣可以保證電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在高效區(qū)間。LY混動(dòng)車(chē)通過(guò)電機(jī)功能復(fù)用、拆分確保了電機(jī)，發(fā)電機(jī)都能夠保證在高效區(qū)間運(yùn)行。

5）降低外部能耗因素、利用外部反饋能量。也是車(chē)輛常用的設(shè)計(jì)。

圖 2 登月工程耗能巨大

上面的這些設(shè)計(jì)思想同樣可以利用在其他移動(dòng)應(yīng)用能源上，比如阿波羅載人登月工程、人工智能主觀能動(dòng)勞動(dòng)工具。下面我們通過(guò)阿波羅登月工程來(lái)說(shuō)明如何利用移動(dòng)應(yīng)用能源的規(guī)律、優(yōu)化登月工程設(shè)計(jì)。（以下內(nèi)容詳見(jiàn) 能源科技新知：移動(dòng)應(yīng)用能源（下篇））

1）提升能量密度

2）補(bǔ)能方式

3）能源利用裝置的能量密度，轉(zhuǎn)換效率

4）特性匹配

5）降低外因損耗、回收反饋能量

圖 3 人工智能能源利用裝置將會(huì)是能源利用主體

通過(guò)以上對(duì)電動(dòng)化車(chē)輛、登月工程的移動(dòng)應(yīng)用能源的設(shè)計(jì)優(yōu)化。說(shuō)明了這樣一種新發(fā)現(xiàn)能源規(guī)律?？梢灶A(yù)計(jì)未來(lái)移動(dòng)應(yīng)用能源將會(huì)是人類(lèi)利用能源的主要形式。尤其其當(dāng)人工智能替代人類(lèi)成為勞動(dòng)主力，如何讓移動(dòng)應(yīng)用能源更好服務(wù)人類(lèi)生產(chǎn)生活？這個(gè)議題才剛剛提出，如同一座剛剛被發(fā)現(xiàn)的寶藏，可以讓廣大科研、技術(shù)人員尋寶。

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