電動車效率是內燃機4倍，馬斯克宏圖3里那些“觸目驚心”的數字！

發布時間：2023-06-13 13:58:44

4月２０日，馬斯克造的史上最大運載火箭Space X“星艦”將再次發射。這是人類有史以來建造的最強大火箭，超級重型助推器和頂部的星際飛船

4月２０日，馬斯克造的史上最大運載火箭Space X“星艦”將再次發射。這是人類有史以來建造的最強大火箭，超級重型助推器和頂部的星際飛船堆疊在一起約120米，僅僅是助推器就搭載33臺“猛禽”發動機。

３０億美元的發射成本，也是人類距離“前往火星、實現載人登月”夢想最近的一次，引發全球圍觀并不意外。

馬斯克除對火星殖民、多行星物種有瘋狂想法外，圍繞著地球上能源經濟的可持續發展，也是操碎了心。前段時間發布的宏圖計劃第三篇章里，就展示了抹除化石能源后的全球可持續能源發展的縝密構想。

儲能 240TWH，可再生電力 30 TWH，制造投資 10 萬億美元，能源需求不到化石能源的一半，可再生能源設施占全球 0.2% 土地，世界 GDP的10%......很多人以為，這只是馬斯卡為自己的商業帝國畫出的又一張大餅，但其實仔細對照研究宏圖計劃part 3的完整全文后會發現，其中藏著不少真實的“觸目驚心”的數字，推導過程算得上嚴謹。

看完后的結論是，內燃機、化石能源確實該說再見了。

當前的能源經濟是浪費的，只有36%發揮作用

開門見山，宏圖計劃part 3批評了傳統化石能源經濟的低效。

根據國際能源署2019年報告，全球一次能源供應量為165PWh/年，化石燃料供應總量為134PWh/年，37%（61PWh）在進入終端消費前就被消耗掉了。這包括化石燃料在開采/提煉過程中的自我消耗，以及發電過程中的轉化損失。另有27%（44PWh）被低效的終端適用所損失，如內燃機汽車、天然氣爐。

總體來說，只有59PWh的一次能源供應產生了工作或熱量，這部分只占36%，被用在經濟社會活動中。其余都被浪費掉了。

在全球范圍內，65PWh/年的一次能源被供應給電力部門，包括46PWh/年的化石燃料。然而，由于將化石燃料轉化為電能的效率極低，每年只生產了26PWh/年的電力。如果電網改用可再生能源，每年只需要26PWh/年的可持續發電。

按照馬斯克宏圖計劃３，通過鋪設大量太陽能電池，每年可從太陽獲取電量超過46PWh，以替換發電側產生的35%的化石能源消耗。

電動車的效率是內燃機汽車的4倍

電能、氫能是能源可持續發展的兩大依仗，電氣化在交通能源領域的推進，對能源可持續發展具有重要意義。

按照宏圖計劃3中的構想，用純電動汽車替換燃油汽車，將替代交通能耗21%的化石能源。馬斯克預計，完成這一計劃，一年需要生產2000萬輛電動汽車，將耗資7萬億美元。這些車輛的電池也將組成總量達115TWh的移動儲能，成為電力系統靈活調節的重要組成部分。

交通工具的電氣化大勢所趨，包括未來的輪船、火箭等都可使用電能。但放棄化石能源還不僅僅是因為碳排放，給地球“降溫”。燃油車效率低這一點，往往容易被忽視。

電車動力系統效率比燃油車高多少呢？馬斯克算了一筆帳，聽起來有點兒“觸目驚心”。

這種變化是結構性的，是真正的降維打擊。由于更高的動力效率、再生制動能力和優化的平臺設計，電動汽車的效率比內燃機汽車高了整整4倍多。乘用車的效率比是4.8倍，輕卡/貨車為4.3倍，重卡約為4.2倍。

特斯拉還直接拿Model 3與豐田卡羅拉燃油車進行了對比，前者的能耗為131MPGe（33.7 千瓦時的電力 = 1加侖的天然氣），而豐田卡羅拉則為34MPG（1加侖油所行駛的英里數），Model 3的效率比豐田卡羅拉低3.9倍。

這個數字確實讓人有點兒“震驚”。

以電動汽車4倍效率計算，全球交通部門電氣化，如果消除28PWh/年的化石燃料，換算到電動車上，只需要7PWh/年的額外電力，就能滿足市場的需求。

熱泵，又是一個大殺器

除了光伏、電動汽車儲能外，馬斯克熱捧的還有一項可能大眾不太熟知的熱泵技術。

馬斯克提出，熱泵并不產生熱量，而是將外部熱量轉移到房屋或汽車內部，這將為建筑物供暖減少3倍以上的能耗，且可以減少22%的化石燃料消耗。在減碳潛力方面，熱泵的地位甚至還高于電動汽車。

熱泵工作原理

不僅是馬斯克，歐盟也在去年5月公布了“RepowerEU” 能源轉型行動方案，其中明確要求將熱泵部署速度提升一倍，未來五年將累計安裝超過1000萬臺熱泵。

國際能源署（IEA）同樣給出了肯定的答案。在去年12月發布的《熱泵的未來》特別報告中提及，未來數年，熱泵銷量有望呈現持續增長態勢，到2050年，熱泵將占輕工業熱需求的30%，等于30年內每月都可以上馬500Mw。

熱泵相較于燃氣灶進行空間加熱的效率提升

何為熱泵？本質上是熱量的“搬運工”，熱效率通常可達到300%-400%，比如一度電就可以搬運3-4度電，熱泵要比直接制熱的電熱水器、采暖的燃油鍋爐等高出數倍。最關鍵的是，熱泵幾乎沒有污染。

熱泵不僅適用于住宅、商業建筑的空間加熱、水加熱和烘干，還能替代電動汽車里傳統的熱管理系統。

相比傳統的PTC空調，熱泵的制熱效率更高，更省電，尤其是電動汽車還存在嚴重的里程續航和充電焦慮。如果將車內空調替換成熱泵，就不用“爭奪”電池電能，續航能力也延長了。不僅是特斯拉，國內的比亞迪、蔚來等主機廠均在布局熱泵技術，未來有望成為標配。

而且，在提供等量熱能的前提下，熱泵能耗成本約為燃煤的15%-20%，燃油燃氣的30%-50%，太陽能的60%-70%。

在馬斯克的宏圖計劃3中，如果全球都使用熱泵來取暖和加熱、烘干，住宅和商業設備電氣化可以消除18PWh/年的化石燃料，同時只需要額外6PWh/年的電力需求。

食品、造紙、紡織、木材等行業，以及鋼鐵、化工、化肥和水泥生產領域，都需要高溫輸熱、加工熱。用熱泵替代的話，這兩項加和到一起，可以消除21PWh/年的化石能源，14PWh/年的電力就搞定了。

１０萬億美元造出的新文明

按馬斯克的構想，通過優化設計速度和航線，使較小的電池在長航線上更頻繁地充電，船只、飛機也可以實現電氣化。

根據國際能源署的數據，目前全球遠洋運輸每年消耗3.2PWh/年，如果完全采取電氣化，只需要消耗2.1PWh/年的電力。短途飛行也可以通過優化飛機設計和飛行軌跡，在當下的電池能量密度下實現電氣化。占航空旅行80%能源消耗的長距離飛行，可用一氧化碳、氫氣的混合物合成液體碳氫化合物燃料，這些需要5PWh/年的電力。

如果要滿足以上所需的電力需求，用太陽能電池板、風力渦輪機和電池儲能的組合出力，就能達到可持續能源經濟所需的能量規模。

美國的模型結果

特斯拉目標汽車銷量（含A、B級、客車、重卡、皮卡等）

在這一可持續能源體系中，全球１４億輛汽車、船只和飛機組合在一起，將形成超大容量的“電池組”。根據特斯拉宏圖計劃３披露，全球車隊將需要１１２TWh的電池，４０TWh的電池來實現海洋艦隊的電氣化，其中３３％的船只用高鎳電池，６７％使用低能量密度的磷酸鐵鋰LFP電池；１５０００架飛機中的２０％使用７MWｈ的電池組進行電氣化，則需要０.０２TWh的電池。