今天介绍一个课本没有,常识也没说的概念:能量的移动应用。
在能源类别中,是否需要添加一个移动应用能源。移动能源的应用是指能源载体随能源利用装置移动,能源装置不具备自发产生能源的能力,必须从外部补充。目前移动应用能源主要由车辆使用,交通能源占人类使用总能源的20~40%。未来人工智能和星际穿梭将是能源的主要应用,所需能源总量远高于人类目前使用的能源总量。交通工具的能源、人工智能、星际往返等场景都是能源的移动应用场景。增加这样一个能量分类的目的是为了发现和利用它的能量规律。

比如煤是用来烧水做饭的,不属于移动应用能源。利用燃煤加热蒸汽机来驱动火车,这个应用场景就是能源的移动应用。
移动能源有什么特点?
移动应用的能源特征是:
1)能量载体的能量密度非常重要。合理范围内的功率密度和能量密度越高越好。
2)能量补充模式,能量利用装置装载的能量总量有限,必须及时补充能量。
3)能量利用装置本身也需要考虑能量转换效率和能量利用密度。
4)能量载体的输出特性应更好地匹配能量利用装置的要求。
5)采用合理的技术降低外部能耗需求因素,利用能量利用装置合理回收外部反馈能量。
图1新型混合动力汽车的典型设计
以上五个特征可以很好的解释移动应用能量系统。它可以很好地解释和优化移动能源利用装置。
下面从电动汽车的设计来说明:如何利用移动应用能源系统的规律来优化其设计。
1)我们知道电动车锂电池的密度在120~300WH/KG,功率密度在1~4C之间。怎样才能提高车辆的能量密度?提高电芯能量密度不是最好的方案。采用单体能量密度较高的甲醇、汽油和柴油组成混合能源载体。车辆的需求功率有波动,最大功率约为平均功率的5~15倍。降低能量密度高的甲醇、汽油、柴油的功率密度,可以减轻发动机重量。从而提高整个能量载体的能量密度。按照这个思路,采用小功率增程发动机和发电机进行多路驱动。目前,提高能量密度是两种有效的方法。
2)电动汽车补充能量的方式仅限于充电设施、加油站等补充能量的方式的限制。补充能量的最好方法是什么?当你把车辆想象成一个能量容器时,这个容器需要从外部获取能量。获得能源越快越好,能源价格越便宜越好。车主的能量补充方式有很多场景。我们在设计车辆的时候,能不能把所有的能量补充方式都配备上,让车主根据实际使用情况来选择。所以在新混动车上,设计了2~15KW的小功率车载充电器,最大4C的车载功率快速充电。增程系统的燃料是在加油站加油补充的,外部机械通电。这四种能量补充方式可以让电动车不再有里程焦虑和充电困难的弊端。

3)减轻电机、发动机、变速器、车身轻量化等车载能量利用装置的重量,提高电机、发电机、发动机的效率,也是提高车辆整体能量密度的关键。
4)车辆每次行驶所需能量可能不同,可能是1%的车载能量,也可能是100%的车载能量,中间需要多次补充。让车辆能量尽可能匹配出行需求,比如让车载电池满足车主90%以上的出行需求,比如160公里内,电池电量不足50公里,停止充电或者让增程系统发电。这种方法除了匹配能量的转换外,还匹配能量的总量。即电机和发动机的功率与功率需求相匹配,可以保证电机长时间运行在高效区间。LY混动车通过电机功能的复用和拆分,保证电机和发电机能在高效区间运行。
5)减少外部能耗因素,利用外部反馈能量。这也是车辆的常见设计。
图2登月工程消耗巨大能量。
上述设计思路也可用于其他移动能源应用,如阿波罗载人登月工程、人工智能主观主动劳动工具等。这里,我们通过阿波罗登月工程来说明如何利用移动能源应用规律,优化登月工程的设计。)
1)提高能量密度
2)能量补充模式
3)能量利用装置的能量密度和转换效率
4)特征匹配
5)减少外部损耗,回收反馈能量。
图3人工智能能源利用装置将是能源利用的主体。
通过以上设计优化电动汽车和登月项目的移动应用能源。解释这样一个新发现的能量定律。可以预见,移动应用能源将是未来人类能源利用的主要形式。尤其是当人工智能取代人类成为主要劳动力时,如何让移动应用能量更好地服务于人类生产生活?这个课题刚刚提出,就像一个刚刚被发现的宝藏,可以让广大科研技术人员寻宝。
摘要:

1)提出一个全新的能源分类:移动应用能源。
2)总结能量的移动应用规律。提出了如何发展移动能源技术的策略。
3)移动能源应用将是人类能源应用的主要形式。未来人工智能将成为劳动的主体,人工智能将取代人,成为能源利用的主体。人工智能的大部分能量利用是移动应用。
4)未来人类将可以像现在的大型飞机空一样频繁地往返于地球、月球和火星之间。这些跨越星球的人类活动需要巨大的能量,这些人类活动都是移动应用能量场景。
5)国力的竞争基本上是能源控制能力和能源利用效率的竞争。哪个国家掌握了总能量更大、技术更先进、效率更高的移动应用。哪个国家更有可能成为超级大国?


