Мили на галлон бензинового эквивалента

Мили на галлон бензинового эквивалента ( MPGe или MPG _ge ) — это мера среднего расстояния, пройденного за единицу потребленной энергии. MPGe используется Агентством по охране окружающей среды США (EPA) для сравнения потребления энергии автомобилями на альтернативном топливе , подключаемыми электромобилями и другими передовыми технологиями с потреблением энергии ^[1] обычных автомобилей с внутренним сгоранием , измеряемым в милях на галлон США . ^{[2] [3]}

Единицей потребляемой энергии считается 33,7 киловатт-часов без учета эффективности преобразования тепловой энергии в электрическую, также измеряемой в киловатт-часах (кВт·ч). Эквивалентность этой единицы энергии в галлоне бензина верна тогда и только тогда, когда тепловой двигатель, генерирующее оборудование и подача энергии в автомобильный аккумулятор имеют 100% эффективность. Реальные тепловые двигатели значительно отличаются от этого предположения.

MPGe не обязательно представляет эквивалентность эксплуатационных расходов между транспортными средствами на альтернативном топливе и рейтингом MPG транспортных средств с двигателем внутреннего сгорания из-за большого разброса в стоимости источников топлива в региональном масштабе ^{[4] [5],} поскольку EPA предполагает цены, которые представляют собой средние показатели по стране. ^{[6] [7]} Стоимость эквивалента миль на галлон для альтернативного топлива можно рассчитать с помощью простого преобразования в обычные миль на галлон (миль на галлон, миль/галлон). См. преобразование в MPG по стоимости ниже.

Метрика MPGe была введена в ноябре 2010 года Агентством по охране окружающей среды США (EPA) на наклейке Monroney на электромобиле Nissan Leaf и подключаемом гибриде Chevrolet Volt . Рейтинги основаны на формуле EPA, в которой 33,7 кВт·ч (121 МДж) электроэнергии эквивалентны одному галлону бензина (США) ^[8] и потреблению энергии каждым транспортным средством в ходе пяти стандартных циклов испытаний EPA, имитирующих различные условия вождения. ^{[9] [10]} Все новые автомобили и малотоннажные грузовики, продаваемые в США, должны иметь эту этикетку, на которой указана оценка EPA экономии топлива транспортного средства. ^[3]

В совместном постановлении, выпущенном в мае 2011 года, Национальная администрация безопасности дорожного движения (NHTSA) и Агентство по охране окружающей среды установили новые требования к маркировке экономии топлива и экологии , которая является обязательной для всех новых легковых и грузовых автомобилей, начиная с модельного года 2013. Это постановление использует эквивалент миль на галлон бензина для всех видов топлива и транспортных средств с передовыми технологиями, доступных на рынке США, включая подключаемые гибриды, электромобили , автомобили с гибким топливом , автомобили на водородных топливных элементах , автомобили с природным газом , автомобили с дизельным двигателем и автомобили с бензиновым двигателем . ^{[11] [12]} Помимо отображения на новых транспортных средствах, рейтинги экономии топлива используются Министерством энергетики США (DOE) для публикации ежегодного Руководства по экономии топлива; Министерством транспорта США (DOT) для администрирования программы Средней корпоративной экономии топлива (CAFE); и Налоговой службой (IRS) для сбора налогов с владельцев неэкономичных автомобилей . ^[3]

Оценки экономии топлива для наклеек на окна и соответствия стандарту CAFE различаются. Рейтинг MPGe Агентства по охране окружающей среды, указанный на этикетке Monroney, основан на потреблении бортовой энергии, хранящейся в топливном баке или в аккумуляторе транспортного средства, или любом другом источнике энергии, и представляет собой только потребление энергии от бака до колеса . Оценки CAFE основаны на принципе «от скважины до колеса» и в случае транспортных средств с жидким топливом и электроприводом также учитывают энергию, потребляемую на начальном этапе для производства топлива или электроэнергии и доставки ее в транспортное средство. Экономия топлива для целей CAFE включает поощрительную корректировку для транспортных средств на альтернативном топливе и подключаемых электромобилей, что приводит к более высокому MPGe, чем те, которые оцениваются для наклеек на окна. ^{[13] [14]}

Закон об альтернативном моторном топливе (AMFA), принятый в 1988 году ^[15], предоставляет стимулы для средней корпоративной экономии топлива (CAFE) для производства транспортных средств на альтернативном топливе (AFV), которые работают на этаноле , метаноле или природном газе , либо исключительно, либо в сочетании с бензином или дизельным топливом. Эти двухтопливные транспортные средства также известны как транспортные средства с гибким топливом (FFV). Чтобы обеспечить стимулы для широкого использования этих видов топлива и содействовать производству AFV и FFV, AMFA предоставляет производителям AFV/FFV кредиты CAFE, которые позволяют им повысить общий уровень экономии топлива для своего парка в соответствии со стандартами CAFE. ^{[16] [17]}

Начиная с 1993 года производители квалифицированных ББМ могут улучшить свою оценку CAFE, вычислив средневзвешенное значение экономии топлива при работе на обычном топливе (бензин и дизельное топливо) и при работе на альтернативном топливе(ах). ^{[16] : 9–10} AMFA предоставляет следующие коэффициенты эквивалентности на основе энергосодержания: ^{[15] : §513}

• 1 галлон (спирт) = 0,15 галлона (бензин)
• 100 куб ^{. футов} (природный газ) = 0,823 галлона-эквивалент (природный газ)
  • 1 галлон-эквивалент (природный газ) = 0,15 галлона (бензин)

Специализированный AFV, работающий исключительно на спирте, разделит экономию топлива на спирте на коэффициент энергетической эквивалентности 0,15. Например, специализированный AFV, который достигает экономии топлива в 15 миль на галлон при работе на спирте, будет иметь CAFE, рассчитанный следующим образом: ^{[16] : 10}

${\displaystyle FE_{алкоголь}={\frac {1}{0.15}}\cdot (15\,mpg_{alc})=100\,mpg_{эквивалент}}$

Для FFV предполагается, что транспортные средства будут работать 50% времени на альтернативном топливе и 50% времени на обычном топливе, что приведет к экономии топлива, которая основана на гармоническом среднем альтернативном топливе и обычном топливе. Например, для альтернативной двухтопливной модели, которая достигает 15 миль на галлон, работая на спиртовом топливе и 25 миль на галлон на обычном топливе, результирующий CAFE будет следующим: ^{[16] : 10}

${\displaystyle FE_{dual-fuel}=\left[{\frac {0.5}{25\,mpg_{conventional}}}+{\frac {0.5}{100\,mpg_{alc\,equiv}}}\right]^{-1}=40\,mpg_{combined\,equiv}}$

Расчет экономии топлива для транспортных средств, работающих на природном газе, аналогичен. Для целей этого расчета экономия топлива равна средневзвешенному значению экономии топлива при работе на природном газе и при работе на бензине или дизельном топливе. AMFA определяет энергосодержание 100 кубических футов природного газа как равное 0,823 галлона-эквиваленту природного газа, а эквивалент галлона природного газа считается имеющим топливное содержание, аналогичное таковому для спиртового топлива, равное 0,15 галлона топлива. Например, при этом преобразовании и эквиваленте галлона, выделенное транспортное средство, работающее на природном газе, которое достигает 25 миль на 100 кубических футов природного газа, будет иметь следующее значение CAFE: ^{[16] : 10}

${\displaystyle FE_{природный газ}={\frac {1}{0.15}}{\frac {гал_{природный газ}}{гал_{бензин}}}\cdot \left[\left({\frac {25\,mi}{100\,ft_{природный газ}^{3}}}\right)\cdot \left({\frac {100\,ft_{природный газ}^{3}}{0.823\,gal_{природный газ}}}\right)\right]=203\,mpg_{эквивалент}}$

Закон об энергетической политике 1992 года расширил определение альтернативного топлива, включив в него сжиженный нефтяной газ , водород , жидкое топливо, полученное из угля и биологических материалов, электричество и любое другое топливо, которое министр транспорта определяет как в значительной степени не основанное на нефти и имеющее преимущества для окружающей среды и энергетической безопасности. Начиная с 1993 года, производители этих других автомобилей на альтернативном топливе, которые соответствуют квалификационным требованиям, также могут воспользоваться специальным режимом при расчете их CAFE. ^[17]

В 1994 году Национальный институт стандартов и технологий США (NIST) ввел эквивалент галлона бензина (GGE) в качестве метрики для экономии топлива для транспортных средств, работающих на природном газе . NIST определил эквивалент галлона бензина (GGE) как 5,660 фунтов природного газа, а эквивалент литра бензина (GLE) как 0,678 килограмма природного газа. ^[18]

В конце 1990-х и начале 2000-х годов несколько электромобилей были произведены в ограниченных количествах в результате предписания Калифорнийского совета по воздушным ресурсам (CARB) о более экономичных транспортных средствах с нулевым уровнем выбросов . Популярные модели, доступные в Калифорнии, включали General Motors EV1 и Toyota RAV4 EV. ^{[25] [26]} Рейтинг Министерства энергетики США и Агентства по охране окружающей среды США по бортовой энергоэффективности для этих электромобилей был выражен в киловатт-часах на милю (кВт·ч/миля), наиболее известной метрике в науке и технике для измерения потребления энергии, и использовался в качестве единицы выставления счетов за энергию, поставляемую потребителям электроэнергетическими компаниями . ^[27]

Для того чтобы выполнить правила корпоративной средней экономии топлива (CAFE), предписанные Конгрессом США в 1975 году, Министерство энергетики США в июле 2000 года разработало методологию расчета экономии топлива в нефтяном эквиваленте для электромобилей на основе «от скважины до колеса» . Методология учитывает эффективность процессов, задействованных в двух топливных циклах. Энергоемкость бензина снижается с 33 705 Вт·ч/галлон до 83% от этого значения, или около 27 975 Вт·ч/галлон «от скважины до бака», чтобы учесть энергию, используемую при очистке и распределении. Аналогичным образом, энергетическая ценность электроэнергии, произведенной из ископаемого топлива, снижается до 30,3% из-за потерь энергии при генерации и передаче, согласно среднему показателю по стране. Это нормализуется по отношению к предыдущему значению для бензина, в результате чего эквивалентная бензину энергия электроэнергии от скважины до транспортного средства составляет всего 12 307 Вт·ч/галлон. ^[14]

Формула также включает «коэффициент содержания топлива» ⁠1/0,15⁠ (около 6,667) в пользу электромобилей, увеличив значение с 12 307 до 82 049 Вт·ч/галлон. Этот фактор поощрения призван стимулировать производителей автомобилей производить и продавать электромобили, поскольку более высокая эквивалентная экономия топлива для электромобилей улучшает общий уровень экономии топлива автопарка автопроизводителя в соответствии со стандартами CAFE, и Конгресс ожидал, что такой стимул поможет ускорить коммерциализацию электромобилей. Фактор поощрения, выбранный DoE для электромобилей, тот же ⁠1/0,15⁠ коэффициент, уже применяемый в нормативном режиме для других типов транспортных средств на альтернативном топливе. ^[14] Когда все факторы учитываются в формуле DoE, энергоэффективность или эквивалентная топливная экономичность электромобилей увеличивается, рассчитываясь в милях на коэффициент нефтяного эквивалента 82 049 Вт·ч/галлон, а не в милях на обычный эквивалент галлона бензина 33 705 Вт·ч/галлон, для целей кредитов CAFE для производителей. ^[27]

Конкурс Automotive X Prize был призван поощрить разработку автомобилей, которые могли бы проехать 100 миль на галлоне бензина (mpg). Сравнение электромобилей с автомобилями, имеющими собственный двигатель, обсуждалось, поскольку понятие эквивалента миль на галлон как показателя для электромобилей делало конкуренцию тривиальной для электромобилей, а соответствующее количество миль на галлон как показатель для других — чрезвычайно сложным для других. Компания Miastrada утверждала, что это противоречит цели конкурса, но безуспешно. В апреле 2007 года в рамках проекта Руководства по конкурсу, выпущенного на Нью-Йоркском автосалоне, MPGe был объявлен основным показателем заслуг для Progressive Insurance Automotive X Prize , конкурса, разработанного X Prize Foundation для сверхэффективных транспортных средств, которые могут достичь не менее 100 MPGe. ^[28] В феврале 2009 года Consumer Reports объявили, что в рамках партнерства с X Prize Foundation они планируют сообщать MPGe как один из нескольких показателей, которые помогут потребителям понять и сравнить эффективность транспортных средств, работающих на альтернативном топливе. ^[29]

В соответствии с требованиями Закона об энергетической независимости и безопасности (EISA) 2007 года, с введением в США передовых транспортных средств в этикетку Monroney новых автомобилей и легких грузовиков, продаваемых в стране, должна быть включена новая информация, такая как рейтинги по экономии топлива, выбросам парниковых газов и другим загрязнителям воздуха . Агентство по охране окружающей среды США (EPA) и Национальная администрация безопасности дорожного движения (NHTSA) провели ряд исследований, чтобы определить наилучший способ перепроектировать эту этикетку, чтобы предоставить потребителям простые сравнения по энергопотреблению и экологии для всех типов транспортных средств, включая электромобили на аккумуляторах (BEV), подключаемые гибридные электромобили (PHEV) и обычные транспортные средства с двигателем внутреннего сгорания , работающие на бензине и дизельном топливе, чтобы помочь потребителям выбирать более эффективные и экологически чистые транспортные средства. Эти изменения предлагалось вводить в новых транспортных средствах, начиная с модельного года 2012. ^{[3] [30]}

Рейтинг EPA бортовой энергоэффективности для электромобилей до 2010 года выражался в киловатт-часах на 100 миль (кВт·ч/100 миль). ^{[27] [31]} Например, наклейка на окне Mini E 2009 года показывала потребление энергии 33 кВт·ч/100 миль при движении по городу и 36 кВт·ч/100 миль на шоссе, что технически эквивалентно 100 миль на галлон в городе и 94 мили на галлон на шоссе. ^[31] Аналогично, Tesla Roadster 2009 года имел рейтинг 32 кВт·ч/100 миль (110 миль на галлон) в городе и 33 кВт·ч/100 миль (100 миль на галлон) на шоссе. ^{[32] [33]}

В рамках процесса исследования и редизайна EPA провело фокус-группы , в которых участникам было предложено несколько вариантов выражения потребления электроэнергии для подключаемых электромобилей . Исследование показало, что участники не понимали концепцию киловатт-часа как меры потребления электроэнергии, несмотря на использование этой единицы в своих ежемесячных счетах за электроэнергию. Вместо этого участники предпочли эквивалент миль на галлон, MPGe, в качестве метрики для сравнения с привычными милями на галлон, используемыми для бензиновых автомобилей. Исследование также пришло к выводу, что метрика кВтч на 100 миль была более запутанной для участников фокус-группы по сравнению с милями на кВтч. Основываясь на этих результатах, EPA решило использовать следующие метрики экономии топлива и расхода топлива на переработанных этикетках: MPG (город и шоссе, и комбинированный); MPGe (город и шоссе, и комбинированный); Галлоны на 100 миль; кВтч на 100 миль. ^[30]

Предложенный дизайн и окончательное содержание двух вариантов новой наклейки, которая будет введена в автомобилях и грузовиках модельного ряда 2013 года, обсуждались с общественностью в течение 60 дней в 2010 году, и оба варианта включают эквивалент миль на галлон и кВт·ч на 100 миль в качестве показателей экономии топлива для подключаемых автомобилей, но в одном варианте MPGe и годовые расходы на электроэнергию являются двумя наиболее важными показателями. ^{[34] [35]} В ноябре 2010 года EPA представило MPGe в качестве сравнительного показателя на своей новой наклейке для экономии топлива для Nissan Leaf и Chevrolet Volt. ^{[9] [10]}

В мае 2011 года NHTSA и EPA выпустили совместное окончательное правило, устанавливающее новые требования к маркировке экономии топлива и экологии , которая является обязательной для всех новых легковых и грузовых автомобилей, начиная с модельного года 2013. Постановление включает новые маркировки для альтернативных видов топлива и альтернативных транспортных средств, доступных на рынке США, таких как подключаемые гибриды, электромобили, транспортные средства с гибким топливом, транспортные средства на водородных топливных элементах и ​​транспортные средства на природном газе. ^{[11] [12]} Общей метрикой экономии топлива, принятой для того, чтобы позволить сравнивать альтернативные виды топлива и передовые технологии транспортных средств с обычными транспортными средствами с двигателем внутреннего сгорания, являются мили на галлон бензинового эквивалента (MPGe). Галлон бензинового эквивалента означает количество киловатт-часов электроэнергии, кубических футов сжатого природного газа (СПГ) или килограммов водорода , что равно энергии в галлоне бензина. ^[11]

Новые этикетки также впервые показывают оценку того, сколько топлива или электроэнергии требуется для проезда 100 миль (160 км), знакомя потребителей США с расходом топлива на пройденное расстояние, метрикой, обычно используемой в других странах. EPA пояснило, что цель состоит в том, чтобы избежать традиционной метрики миль на галлон, которая может быть потенциально вводящей в заблуждение, когда потребители сравнивают улучшения экономии топлива, и известна как «иллюзия MPG». ^[11]

Как упоминалось выше, среди общественности распространены путаница и неправильное толкование двух типов « топливной эффективности ». Экономия топлива измеряет, сколько проедет транспортное средство на единицу топлива (единицы MPGe). Расход топлива является обратной величиной экономии топлива и измеряет топливо, используемое для проезда на фиксированное расстояние (единицы галлон/100 миль или кВт·ч/100 миль). ^[36] Единица галлон/100 миль точно описывается как расход топлива в некоторых брошюрах Агентства по охране окружающей среды, но эта единица появляется в разделе экономии топлива на этикетке Monroney (где не используется термин расход топлива). ^{[37] [38]}

Эквивалент миль на галлон бензина основан на энергетическом содержании бензина. Энергия, получаемая при сжигании одного американского галлона бензина, составляет 115 000 БТЕ, 33,70 кВт·ч или 121,3 МДж. ^[8]

Чтобы преобразовать показатель миль на галлон в другие единицы измерения расстояния на единицу использованной энергии, значение миль на галлон можно умножить на один из следующих коэффициентов для получения других единиц:

1 МПГ	≈ 1 миля/(33,70  кВт·ч )
	≈ 8,696 миль/(млн  БТЕ )
	≈ 0,02967 миль/ кВт·ч
	≈ 0,04775 км/кВт·ч
	≈ 0,013 км/МДж

Этот раздел нуждается в дополнительных цитатах для проверки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив ссылки на надежные источники в этом разделе. Неподтвержденный материал может быть оспорен и удален. ( Февраль 2011 ) ( Узнайте, как и когда удалять это сообщение )

MPGe определяется путем преобразования расхода топлива транспортным средством на единицу расстояния, определенного с помощью компьютерного моделирования или завершения фактического цикла вождения, из его собственных единиц в эквивалент энергии бензина. Примерами собственных единиц являются Вт·ч для электромобилей, кг- ч
₂для автомобилей на водороде, галлоны для автомобилей на биодизеле или сжиженном природном газе , кубические футы для автомобилей на сжатом природном газе и фунты для автомобилей на пропане или сжиженном нефтяном газе. Особые случаи для определенных альтернативных видов топлива обсуждаются ниже, но общая формула для MPGe выглядит следующим образом:

${\displaystyle {\text{MPGe}}={\frac {\text{total miles driven}}{\left[{\frac {\text{total energy of all fuels consumed}}{\text{energy of one gallon of gasoline}}}\right]}}={\frac {({\text{total miles driven}})\times ({\text{energy of one gallon of gasoline}})}{\text{total energy of all fuels consumed}}}}$

Для EPA это учитывает потребление энергии от бака до колеса для жидкостей и от стены до колеса для электричества, т. е. измеряет энергию, за которую обычно платит владелец. Для электромобилей стоимость энергии включает преобразования из переменного тока для зарядки аккумулятора. ^[39] Рейтинги MPGe EPA, отображаемые на наклейках на окнах, не учитывают потребление энергии вверх по течению, которое включает энергию или топливо, необходимые для выработки электроэнергии или для извлечения и производства жидкого топлива; потери энергии из-за передачи электроэнергии; или энергию, потребляемую для транспортировки топлива от скважины до станции. ^{[14] [40]}

Базовые значения энергосодержания различных видов топлива задаются значениями по умолчанию, используемыми в модели Министерства энергетики США GREET (парниковые газы, регулируемые выбросы и энергия, используемая на транспорте) ^[41] следующим образом:

Примечание: 1 кВт·ч эквивалентен 3412 БТЕ.

Энергосодержание конкретного топлива может несколько различаться в зависимости от его конкретной химии и метода производства. Например, в новых рейтингах эффективности, разработанных Агентством по охране окружающей среды США (EPA) для аккумуляторных электромобилей (BEV) и подключаемых гибридных электромобилей (PHEV) – см. ниже – энергосодержание галлона бензина предполагается равным 114 989,12 БТЕ или 33,7 кВт·ч. ^[8]

This section possibly contains original research. Please improve it by verifying the claims made and adding inline citations. Statements consisting only of original research should be removed. (February 2018) (Learn how and when to remove this message)

Стоимость эквивалента миль на галлон для альтернативного топлива можно рассчитать с помощью простой формулы, чтобы напрямую сравнить эксплуатационные расходы MPG (а не потребление энергии MPGe ^[7] ) с традиционными транспортными средствами, поскольку стоимость ресурсов существенно различается от региона к региону. ^{[5] [4]} Для справки, полное уравнение выглядит следующим образом:

${\displaystyle {\text{MPG}}={\text{mi}}/{\text{gal}}={{\$ \over {\text{gal}}}\div {\$ \over {\text{unit}}} \over {\text{capacity(unit)}}}\times {{\text{capacity(unit)}} \over [({\text{EnergyQuotient}}\times 100)\div {\text{MPGe}}]\div 100}}$

А для тех, кто предпочитает кВтч/100 миль, эквивалент будет таким:

${\displaystyle {\text{MPG}}={\text{mi}}/{\text{gal}}={\Bigl (}{\$ \over {\text{gal}}}\div {\$ \over {\text{kWh}}}{\Bigr )}\div {{\text{kWh}}/100~{\text{mi}} \over 100~{\text{mi}}}}$

Это уравнение сводится к простой формуле, которая работает только с мощностью источника топлива и его возможным диапазоном для сравнения транспортных средств. С вашими местными ценами на бензин и вашим источником топлива вы можете легко сравнить эксплуатационные расходы вашего альтернативного топлива транспортного средства напрямую с моделью бензинового двигателя со следующим:

${\displaystyle {\text{MPG}}={\text{mi}}/{\text{gal}}={{\$ \over {\text{gal}}}\div {\$ \over unit} \over {\text{capacity(unit)}}}\times {\text{mi}}}$

Формула учитывает внутреннюю эффективность транспортного средства, поскольку возможности запаса хода конкретного источника топлива напрямую отражают тестирование EPA, затем она становится универсальной независимо от веса, размера транспортного средства, коэффициента сопротивления, сопротивления качению, поскольку они напрямую влияют на возможный запас хода и учитываются. Стиль вождения и погодные условия можно учесть, используя для расчета достигнутый запас хода вместо заявленного.

Формула работает, вычисляя, сколько альтернативного топлива можно купить за стоимость галлона бензина, создавая отношение этого количества к вместимости транспортного средства, а затем умножая это отношение на возможный запас хода транспортного средства. Результатом является количество миль, которые транспортное средство проезжает на альтернативном топливе за ту же стоимость одного галлона бензина.

Конечный результат расчета выражается в единицах MPG и напрямую сопоставим с расходами топлива стандартного транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания для его номинального показателя MPG.

Формула с правильными единицами измерения для BEV или PHEV в полностью электрическом режиме выглядит следующим образом.

${\displaystyle {\text{MPG}}={\text{mi}}/{\text{gal}}={{\$ \over {\text{gal}}}\div {\$ \over {\text{kWh}}} \over {\text{charge(kWh)}}}\times {\text{mi}}}$

Используя предположения Руководства по экономии топлива Агентства по охране окружающей среды США за 2018 год о средней национальной цене в 2,56 долл. США за галлон обычного бензина и 0,13 долл. США за кВт⋅ч ^[42], мы можем рассчитать транспортное средство с расчетным показателем 84 MPGe или эффективностью 40 кВт/100 миль и аккумулятором EV мощностью 16,5 кВт, из которых 13,5 кВт⋅ч можно использовать для движения на электротяге с заявленным запасом хода 33 мили на одной зарядке.

Примечание: Использование размера батареи вместо полезного заряда даст консервативное значение. Использование фактического заряда и фактического пробега даст фактическую экономию.

${\displaystyle {\text{MPG}}={\text{mi}}/{\text{gal}}={{\$2.56 \over {\text{gal}}}\div {\$0.13 \over {\text{kWh}}} \over 13.5~{\text{kWh}}}\times 33.75~{\text{mi}}}$

Рассчитайте, сколько кВтч на галлон

${\displaystyle {\text{MPG}}={\text{mi}}/{\text{gal}}={{19.69~{\text{kWh}}/{\text{gal}}} \over 13.5~{\text{kWh}}}=1.46~{\text{charges}}\times 33.75~{\text{mi}}=49.2~{\text{MPG}}}$

Теперь тот же автомобиль, где бензин стоит 3,20 долл. США за галлон, а электричество — 0,085 долл. США за кВт·ч.

${\displaystyle {\text{MPG}}={\text{mi}}/{\text{gal}}={{\$3.20 \over {\text{gal}}}\div {\$0.085 \over {\text{kWh}}} \over 13.5~{\text{kWh}}}\times 33.75~{\text{mi}}}$

Рассчитайте, сколько кВтч на галлон

${\displaystyle {\text{MPG}}={\text{mi}}/{\text{gal}}={{37.65~{\text{kWh}}/{\text{gal}}} \over 13.5~{\text{kWh}}}=2.78~{\text{charges}}\times 33.75~{\text{mi}}=94.1~{\text{MPG}}}$

В период с 2008 по 2010 год несколько крупных автопроизводителей начали выводить на рынок аккумуляторные электромобили (BEV), работающие исключительно на электричестве, и подключаемые гибридные электромобили (PHEV), которые используют электроэнергию вместе с жидким топливом, хранящимся в бортовом топливном баке, обычно бензином, но также могут работать на дизельном топливе , этаноле или двигателях с гибким топливом .

Для аккумуляторных электромобилей формула Агентства по охране окружающей среды США для расчета MPGe от скважины до колеса основана на энергетических стандартах, установленных Министерством энергетики США в 2000 году: ^{[2] [13] [14]} Преобразование от скважины до колеса используется при расчете средней корпоративной экономии топлива (CAFE), но не для экономии топлива по наклейке на окно (Monroney). Для экономии топлива по Monroney уравнение выглядит следующим образом:

${\displaystyle MPGe={\frac {E_{G}}{E_{M}\cdot E_{E}}}={\frac {33\,705{\text{ Wh/gallon}}_{\text{US}}}{E_{M}}}}$

где

${\displaystyle MPGe}$выражается в милях на галлон бензинового эквивалента (как показано на этикетке Monroney)

${\displaystyle E_{G}=}$Содержание энергии на галлон бензина = 115 000  БТЕ /галлон, как установлено Министерством энергетики США и сообщено Центром данных по альтернативному топливу. ^[14]

${\displaystyle E_{M}=}$Потребление электроэнергии от стены до колеса на милю ( Вт·ч /миля), измеренное с помощью пяти стандартных циклов испытаний EPA для электромобилей и процедур испытаний SAE ^{[13] [39]}

${\displaystyle E_{E}=}$Коэффициент перевода единиц энергии (округленно) = 3,412 БТЕ/Вт·ч ^[14]

Формула, используемая Агентством по охране окружающей среды для расчета номинального показателя MPGe, не учитывает топливо или энергию, потребляемые на начальных этапах, например, при производстве и передаче электроэнергии, или жизненный цикл от скважины до колеса, поскольку Агентство по охране окружающей среды сравнивает автомобили с двигателями внутреннего сгорания на основе принципа «от бака до колеса» и «от аккумулятора до колеса».

Калифорнийский совет по воздушным ресурсам использует другой динамометрический тест, чем EPA, и учитывает реформулированный бензин, продаваемый в этом штате. Для оценок CARB формула становится: ^[13]

${\displaystyle MPGe={\frac {E_{G}}{E_{M}\cdot E_{E}}}={\frac {32\,600{\text{ Wh/gallon}}_{\text{US}}}{E_{M}}}}$

Новый стандарт SAE J1711 для измерения выбросов выхлопных газов и топливной экономичности гибридных электромобилей и подключаемых гибридов был одобрен в июле 2010 года. Рекомендуемые процедуры для PHEV были пересмотрены в Аргоннской национальной лаборатории , и ожидается, что новый регламент EPA для определения протокола отчетности об топливной экономичности PHEV будет основан на SAE J1711. ^{[43] [44]} В ноябре 2010 года EPA приняло решение оценивать электрический режим и режим только бензина отдельно, и эти две цифры были заметно отображены на наклейке на окне Chevrolet Volt 2011 года. В электрическом режиме рейтинг Volt оценивается по той же формуле, что и у электромобиля. ^{[10] [13]} Общий или составной рейтинг топливной экономичности, объединяющий электричество и бензин, отображается на этикетке Monroney гораздо более мелким шрифтом и является частью сравнения топливной экономичности Volt среди всех транспортных средств и среди компактных автомобилей . ^[45] Агентство по охране окружающей среды рассмотрело несколько методологий оценки общей топливной экономичности PHEV, но по состоянию на февраль 2011 года Агентство по охране окружающей среды не объявило окончательную методологию, которая будет применяться для оценки кредитов среднего корпоративного расхода топлива (CAFE) для подключаемых гибридов нового производителя за 2012–2016 годы. ^{[13] [46]}

В ноябре 2010 года EPA начало включать «MPGe» в свою новую наклейку для сравнения экономии топлива и экологии. EPA оценило электромобиль Nissan Leaf с комбинированной экономией топлива 99 MPGe, ^[9] и оценило подключаемый гибрид Chevrolet Volt с комбинированной экономией топлива 93 MPGe в полностью электрическом режиме , 37 MPGe при работе только на бензине и общий рейтинг экономии топлива 60 миль на галлон США (3,9 л/100 км) при объединении энергии от электричества и бензина. ^{[10] [45] [47]} Для обоих транспортных средств EPA рассчитало рейтинг MPGe в ходе пятицикловых испытаний, используя формулу, показанную ранее, с коэффициентом преобразования 33,7 кВт·ч электроэнергии, что является энергетическим эквивалентом галлона бензина. ^[10]

В следующей таблице сравниваются официальные рейтинги EPA по экономии топлива (в милях на галлон бензинового эквивалента, mpg-e или MPGe, для подключаемых электромобилей ) для серийных полностью электрических пассажирских автомобилей, оцененных EPA для модельных годов 2015, ^[48] 2016, ^[49] 2017, ^[50] и 2023 ^[51] с автомобилями модельного года 2016, которые были оценены EPA как наиболее эффективные с подключаемыми гибридными трансмиссиями ( Chevrolet Volt – второе поколение ), бензиново-электрическими гибридными трансмиссиями ( Toyota Prius Eco – четвертое поколение ), ^{[52] [53] [54]} и средним новым автомобилем для этого модельного года, который имеет экономию топлива 25 миль на галлон _США (9,4 л/100 км; 30 миль на галлон _-imp ). ^{[49] [52]}

Данные рейтинга EPA берутся из испытаний производителей собственных транспортных средств, обычно проводимых с использованием предсерийных прототипов. Производители сообщают результаты в EPA, которое рассматривает результаты и подтверждает около 15%–20% из них с помощью собственных испытаний в Национальной лаборатории транспортных средств и выбросов топлива. ^[55]

В следующей таблице сравниваются предполагаемые Агентством по охране окружающей среды расходы на топливо и рейтинги экономии топлива серийных подключаемых гибридных электромобилей, оцененные Агентством по охране окружающей среды по состоянию на январь 2017 года, ^[update]выраженные в милях на галлон бензинового эквивалента (mpg-e) ^{[6] [86]} с самым экономичным бензиново-электрическим гибридным автомобилем , Toyota Prius Eco 2016 года (четвертое поколение) , с рейтингом 56 миль на галлон _США (4,2 л/100 км; 67 миль на галлон _-imp ), и средним новым автомобилем 2016 года по оценке Агентства по охране окружающей среды, который имеет экономию топлива 25 миль на галлон _США (9,4 л/100 км; 30 миль на галлон _-imp ). ^{[86] [87] [88]} В таблице также показана топливная экономичность подключаемых гибридов в полностью электрическом режиме, выраженная в кВт·ч/100 миль, показатель, который использовался Агентством по охране окружающей среды для оценки электромобилей до ноября 2010 года. ^[27]

В следующей таблице сравниваются показатели экономии топлива EPA, выраженные в милях на галлон бензинового эквивалента (MPGe) для двух моделей автомобилей на водородных топливных элементах, оцененных EPA по состоянию на сентябрь 2021 года ^[update]и доступных в Калифорнии. ^[120]

Тот же метод можно применить к любому другому альтернативному топливу, если известно потребление энергии этим транспортным средством. Обычно потребление энергии транспортным средством выражается в единицах, отличных от Вт·ч/миля или БТЕ/миля, поэтому для перевода в эквивалент галлона бензина (GGE) требуется дополнительная арифметика, используя 33,7 кВт·ч/галлон = 114989,17 БТЕ/галлон. ^[8]

Расход топлива Honda FCX Clarity 2008 года заявлен как 72 миль/кг- H
₂. ^[121] Водород при атмосферном давлении имеет плотность энергии 120 МДж /кг (113 738 БТЕ/кг), ^[122] преобразовав эту плотность энергии в GGE, обнаруживается, что для получения эквивалентной энергии одного галлона бензина требуется 1,011 кг водорода . Этот коэффициент преобразования теперь можно использовать для расчета MPGe для этого транспортного средства.

${\displaystyle MPGe=MPkg_{H_{2}}\times {GGE}}$,

${\displaystyle MPGe=72{\frac {mi}{kg_{H_{2}}}}\times {1.011{\frac {kg_{H_{2}}}{gallon_{gasoline}}}}=72.8MPGe}$

Метрика EPA в милях на галлон, показанная на наклейке на окне, не измеряет полную энергетическую эффективность транспортного средства или жизненный цикл от скважины до колеса. Вместо этого EPA представляет MPGe таким же образом, как MPG для обычных транспортных средств с двигателем внутреннего сгорания , как показано на наклейке Monroney , и в обоих случаях рейтинг учитывает только потребление энергии от насоса до колеса или от стены до колеса, т. е. он измеряет энергию, за которую обычно платит владелец. Для электромобилей стоимость энергии включает преобразования из переменного тока от стены, используемого для зарядки аккумулятора ^[39] Рейтинги EPA, отображаемые на наклейках на окнах, не учитывают потребление энергии вверх по течению, которое включает энергию или топливо, необходимые для выработки электроэнергии или для извлечения и производства жидкого топлива; потери энергии из-за передачи электроэнергии; или энергию, потребляемую для транспортировки топлива от скважины до станции. ^{[14] [40]}

В 2000 году Министерство энергетики США (DOE) разработало методологию расчета топливной экономичности электромобилей в нефтяном эквиваленте на основе эквивалентной энергии бензина в электричестве от скважины до колеса (WTW) . Методология учитывает начальную эффективность процессов, задействованных в двух топливных циклах, и учитывает среднюю эффективность производства и передачи электроэнергии по стране, поскольку электромобиль на аккумуляторах сжигает свое топливо (в основном ископаемое топливо) вне борта на электростанции. ^[14] Эта методология используется автопроизводителями для оценки кредитов в их общую среднюю корпоративную топливную экономичность (CAFE) для производства электромобилей . ^[13]${\displaystyle E_{g}}$

Экономия нефтяного эквивалента топлива электромобилей определяется следующими уравнениями: ^[14]

${\displaystyle PEF=E_{g}\times FCF\times AF\times DPF}$

где:

${\displaystyle PEF}$= Экономия топлива в пересчете на нефтяной эквивалент

${\displaystyle E_{g}}$= Коэффициент энергоемкости электроэнергии в эквиваленте бензина

${\displaystyle FCF}$= Фактор «содержания топлива» или фактор стимулирования. DoE выбрал значение 1 ⁄ 0,15 , чтобы сохранить согласованность с существующими нормативными и законодательными процедурами, а также обеспечить аналогичное отношение к производителям всех типов транспортных средств на альтернативном топливе ^[123]

${\displaystyle AF}$= Коэффициент использования вспомогательного оборудования, работающего на бензине; равен 1, если на электромобиле не установлено вспомогательное оборудование, работающее на бензине, и 0,90, если установлено.

${\displaystyle DPF}$= Фактор характера вождения; он равен 1, поскольку DoE посчитало, что электромобили, подлежащие включению в CAFE, будут обладать возможностями, за исключением, возможно, запаса хода, аналогичными возможностям обычных транспортных средств.

Коэффициент энергоемкости электроэнергии в эквиваленте бензина, сокращенно обозначаемый как , определяется как:${\displaystyle E_{g}}$

${\displaystyle E_{g}={\frac {\left(T_{g}\times T_{t}\times C\right)}{T_{p}}}}$

где:

${\displaystyle T_{g}}$= Средняя эффективность производства электроэнергии на основе ископаемого топлива в США = 0,328 ^[124]

${\displaystyle T_{t}}$= Средняя эффективность передачи электроэнергии в США = 0,924 ^[124]

${\displaystyle T_{p}}$= Эффективность переработки и распределения нефти = 0,830 ^[124]

${\displaystyle C}$= Коэффициент преобразования ватт-часов энергии на галлон бензина = 33 705 Вт-ч/галлон США (115 006 БТЕ/галлон США) ^[124]

${\displaystyle E_{g}}$вычисляется как:

${\displaystyle E_{g}={\frac {(0.328\times 0.924\times 33705{\frac {Wh}{gal}})}{0.830}}}$

${\displaystyle =12307{\frac {Wh}{gal}}}$

Этот расчет учитывает потери от скважины до стенки, возникающие в результате добычи сырой нефти и переработки в бензин ( T _p ), преобразования в электричество ( T _g ) и сети передачи ( T _t ); в итоге, общее количество полезной электроэнергии, которое может быть извлечено из бензина, составляет всего 36,5% от его общей теоретической запасенной энергии. ^[124] Подставляя числовые значения в первое уравнение,

${\displaystyle PEF=E_{g}\times {\frac {1}{0.15}}\times AF\times DPF}$

${\displaystyle ={\frac {12307{\frac {Wh}{gal}}}{0.15}}\times AF\times DPF}$

${\displaystyle =82049{\frac {Wh}{gal}}\times AF\times DPF}$

Как отмечено выше, когда и равны 1, как это было бы для чисто электрического транспортного средства, .${\displaystyle AF}$${\displaystyle DPF}$${\displaystyle PEF=82049{\frac {Wh}{gal}}}$

Примеры

В примере, представленном Министерством энергетики США в его окончательном правиле, электромобиль с потреблением энергии 265 Вт·ч на милю при движении по городу и 220 Вт·ч на милю при движении по шоссе обеспечивает экономию топлива в нефтяном эквиваленте в размере 335,24 миль на галлон, исходя из графика вождения 55 процентов по городу и 45 процентов по шоссе, а также с использованием коэффициента нефтяного эквивалента 82 049 Вт·ч на галлон. ^[14]

${\displaystyle MPG_{PE}={\frac {PEF}{\left(EC_{city}\times f_{city}\right)+\left(EC_{hwy}\times f_{hwy}\right)}}}$

${\displaystyle ={\frac {82049{\frac {Wh}{gal}}}{\left(265{\frac {Wh}{mi}}\times 0.55\right)+\left(220{\frac {Wh}{mi}}\times 0.45\right)}}=335.24{\frac {mi}{gal_{PE}}}}$

В 2009 году наклейка Monroney для Mini E оценила потребление энергии от стены до колес в 33 / 36 кВтч/100 миль (102,1 / 93,6 миль на галлон) для городского и шоссейного циклов вождения соответственно. ^[124] Экономия топлива в нефтяном эквиваленте составляет 239 миль на галлон _PE , предполагая разделение на город/шоссе 55% / 45%.

Для сравнения, номинальный расход топлива Chevrolet Bolt EV 2017 года (от стены до колеса) составляет 128/110 миль на галлон (263/306 Вт·ч/миля), что указано на наклейке Monroney для циклов движения по городу/трассе соответственно. ^[63] Экономия топлива в нефтяном эквиваленте для Bolt, при использовании правила DoE для учета потерь энергии от скважины до стены, составляет 284 миль на галлон ( _ПЭ) , рассчитанная с использованием того же разделения 55%/45% для города/трассе.

• Альтернативный двигатель
• Средний корпоративный расход топлива (CAFE)
• Эффективность преобразования энергии
• Плотность энергии
• Эффективность использования топлива на транспорте
• Эквивалент галлона бензина (GGE)
• Список необычных единиц измерения

• Руководство по экономии топлива для моделей 2014 года, Агентство по охране окружающей среды США и Министерство энергетики США, апрель 2014 г.