随着全球转向可持续能源解决方案，了解超级电容器的经济性已成为当务之急。本文深入探讨了在全电动公交车上安装超级电容器的成本效益分析。这一假设情景调查了电池系统与混合动力系统的总体拥有成本（TCO）考虑因素的重要性。
总拥有成本（TCO）比较：
为了确定在 15 年内哪种系统（纯电池系统或电池与超级电容器相结合的混合系统）更具成本效益，本案例研究考虑了以下因素：
- 初始投资：安装纯电池系统与同时安装电池和超级电容器的混合系统的前期成本。
- 运行成本：运行费用，包括每个系统在 15 年内的能耗、维护和潜在的电池更换费用。
- 混合动力系统的好处：使用混合动力系统的好处，如节约能源（由于再生制动和提高效率，延长了行驶里程），减少了电池和制动器的磨损，从而降低了维护成本，并因此延长了电池的使用寿命（由于避免了频繁的深度放电，从而延长了电池的使用寿命，而深度放电会随着时间的推移降低电池的健康状况）。
- 15 年总成本：每个系统 15 年的累计成本，包括初始投资、运营成本和任何其他相关费用或节余。
随着全电动交通工具在全球范围内的采用率稳步上升，本案例研究简要介绍了通过采用混合动力技术可能节省的成本，以及如何通过集成先进的石墨烯模块技术进一步节省成本。如上图所示，纯电池系统的总拥有成本（TCO）为 440 万美元，而混合系统的总拥有成本仅为 416 万美元，而使用了能量密度高达两倍的 enyGy 超级电容器的混合系统的总拥有成本为 378 万美元。在 enyGy，我们认为创新不仅是创造新技术，还包括新技术如何利用现有技术、系统和流程的优势并与之整合。混合技术就是这种创新融合的应用之一。
在谈到电动汽车时，混合动力系统结合了电池和超级电容器。电池提供所谓的慢速能量，而超级电容器则是一种快速能量存储设备。将超级电容器应用到电动公交车中，可以充分利用这两种技术的优点，最大限度地提高能量捕获效率和使用寿命。”这并不是要以新代旧，而是要将两种技术的优点结合起来。这就是采用超级电容器的混合方法背后的理念，”enyGy 首席执行官 Wiehann de Klerk 说。
按单位能量计算，超级电容器的初始成本通常高于传统电池。较高的前期成本阻碍了其广泛应用，尤其是在大规模应用中。例如，仅为电动公交车配备超级电容器就需要大量的资本投资，这可能不是理想的解决方案，尤其是考虑到电池的能量密度更高。因此，将每种系统的优势结合到混合系统中就成为一种可行的选择。
混合动力系统具有一系列优点，可实现长期节约：
- 能源效率：
超级电容器通过再生制动（将制动热量作为能量再利用，通常在没有捕获和存储手段的情况下会损失能量），利用能量回收的机会，如变速条件和定期停车。这既节省了燃料，又减少了制动系统的磨损。
- 延长使用寿命，减少维护：
与电池相比，超级电容器的循环寿命更长（通常在 10-20 年之间，充放电循环次数可达 100 万次），而电池会因化学反应而随时间退化。超级电容器的寿命可超过电池，从而长期降低更换和维护成本。此外，超级电容器还能延长电池本身的使用寿命，因为电池的使用量没有超级电容器那么大。在实际应用中，据报道，在电动公交车的再生制动中使用超级电容器可能会将电池寿命延长 10% 到 20%。
- 节省运行费用：
每年节省的能源。实际应用表明，在某些情况下，潜在的节能效果从 10%到 25%不等，甚至更高。
- 每年节省维护费用：
电动机的维护成本要低得多，因为它们的运动部件比传统电动机少得多，效率也高得多。
采用超级电容器进行再生制动有可能将与制动相关的维护成本降低 30%，这是因为电池的寿命延长了（电池寿命延长是因为避免了频繁的深度放电，而深度放电会随着时间的推移降低电池的健康状况）。
混合动力系统结合了电池和超级电容器，与纯电池系统相比，15 年的总拥有成本（TCO）更低。在这种假设情况下，混合动力系统利用改进的能量捕获、节能、延长行驶里程以及因制动磨损减少而降低的维护成本，成为更具成本效益的电动公交车解决方案。
总体拥有成本分析强调了在评估各种能源储存和管理系统在具体应用中的经济可行性和效率时，考虑所有相关因素的重要性，这些因素不仅包括初始成本，还包括运营效益和长期节约。
虽然前期投资可能会超过传统电池，但长期的成本节约、效率提升和使用寿命的延长却提供了极具吸引力的价值主张。
超级电容器以及 enyGy 基于石墨烯的专利技术（该技术可显著提高超级电容器的体积能量密度）将在塑造未来能源存储和运输方面发挥至关重要的作用。
假设和计算
假设
初始投资：
- 纯电池系统：每辆巴士 100,000 美元
- 混合动力系统：每辆巴士 120 000 美元（额外 20 000 美元用于超级电容器，以最大限度地利用变速条件、周期性停车，从而获得能量回收机会）。
运营成本：
- 耗电量：一辆全电动大都市公交车每英里可能消耗 1 到 1.5 千瓦时，具体取决于其效率、驾驶条件和乘客负荷。
- 电费：每千瓦时 0.125 美元。
- 行驶里程：一辆大都市公交车每年可行驶约 30,000 到 40,000 英里，具体取决于路线和服务频率。
- 根据上述假设
- 每英里能耗 = 1.25 千瓦时（平均值）
- 年能耗 = 1.25 千瓦时/英里 × 35,000 英里 = 43,750 千瓦时
- 年电费 = 43,750 千瓦时 × 0.125 美元/千瓦时 = 5,468.75 美元
- 年度保养：这包括例行检查、更换轮胎、制动保养、暖通空调保养和其他小修。电动机的维护成本要低得多，因为它们的运动部件要比传统电动机少得多，效率也高得多。粗略估计，维护成本低于柴油公交车，介于每英里 0.20 美元至 0.40 美元之间。
- 以每年行驶 35,000 英里计算：
- 每英里维护成本 = 0.30 美元（平均值）
- 每年保养费用 = 35,000 英里 × 0.30 美元/英里 = 10,500 美元
业务节余：
- 混合动力系统每年节省的能源：每辆巴士 1,093.75 美元
- 实际应用表明，在某些情况下，潜在的节能效果从 10%到 25%不等，甚至更高。假设 20% 为 5,468.75 美元。
- 混合动力系统每年节省的维护费用：每辆巴士 787.50 美元
- 采用超级电容器进行再生制动，有可能将与制动相关的维护成本降低 30%。假设 25% 的维护成本与制动器有关，则计算公式为 30% × (25% × 10,500 美元)。
延长电池寿命：
- 假设混合动力系统可将电池寿命延长 15%，从而降低更换频率和成本。
- 据报道，在实际应用中，在电动公交车中采用超级电容器进行再生制动，可将电池寿命延长 10%-20%。让我们假设延长 15%。
- 假设电池的寿命为 7-10 年，那么在 15 年的总拥有成本（TCO）中只需更换一次电池。通常情况下，地铁公交车的使用寿命为 12 至 18 年，但在计算时，我们假设使用寿命为 15 年。
- 超级电容器因其循环寿命长而无需更换。
总体拥有成本 (TCO) 计算：
- 仅电池系统：
- 10 辆公共汽车的初始投资：10 辆巴士 × 100,000 美元/辆巴士 = 1,000,000 美元
- 15 年的运营成本：10 辆巴士 × (5,468.75 美元 + 10,500 美元) × 15 年 = 2,395,312.50 美元
- 电池更换费用：10 辆巴士 × （1 次电池更换费用 100,000 美元）= 1,000,000 美元
- 仅电池系统的总拥有成本总额：1,000,000 美元 + 2,395,312.50 美元 + 1,000,000 美元 = 4,395,312.50 美元。
- 混合系统（电池 + 超级电容器）：
- 10 辆公共汽车的初始投资：10 辆巴士 × 120,000 美元/辆巴士 = 1,200,000 美元
- 15 年的运营成本（因节约能源和维护费用而降低）：10 辆公共汽车 × (4,375 美元 + 9,712.5 美元) × 15 年 = 2,113,125 美元
- 电池更换费用（因使用寿命延长而降低–包括电池寿命延长 15%的额外好处，这意味着有更多时间在路上行驶，通过票价等赚取收入）：10 辆巴士 × （0.85 次电池更换，每次 100,000 美元）= 850,000 美元。
- 混合动力系统的总拥有成本：1,200,000 美元 + 2,113,125 美元 + 850,000 美元 = 4,163,125.00 美元。
- 混合系统（电池 + EnyGy 超级电容器（能量密度高 100%））：
- 10 辆公共汽车的初始投资：10 辆巴士 × 120,000 美元/辆巴士 = 1,200,000 美元
- 15 年的运营成本（双倍能量密度带来的双倍能源和维护成本节约）：10 辆巴士 × (3,281.25 美元 + 8,925 美元) × 15 年 = 1,830,937.5 美元
- 电池更换成本（由于能量密度更高，使用寿命进一步延长，因此成本进一步降低）：10 辆巴士 × (0.75 次电池更换，每次 100,000 美元) = 750,000 美元
- 基于 EnyGy 的混合动力系统的总拥有成本：1,200,000 美元 + 1,830,937.5 美元 + 750,000 美元 = 3,780,937.50 美元。
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