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电动车效率是内燃机4倍，马斯克宏图3里那些“触目惊心”的数字！

时间 :2023-04-20 18:13:49   来源 : 能链研究院

4月２０日，马斯克造的史上最大运载火箭Space X“星舰”将再次发射。这是人类有史以来建造的最强大火箭，超级重型助推器和顶部的星际飞船堆叠在一起约120米，仅仅是助推器就搭载33台“猛禽”发动机。

３０亿美元的发射成本，也是人类距离“前往火星、实现载人登月”梦想最近的一次，引发全球围观并不意外。

马斯克除对火星殖民、多行星物种有疯狂想法外，围绕着地球上能源经济的可持续发展，也是操碎了心。前段时间发布的宏图计划第三篇章里，就展示了抹除化石能源后的全球可持续能源发展的缜密构想。


(资料图)

储能 240TWH，可再生电力 30 TWH，制造投资 10 万亿美元，能源需求不到化石能源的一半，可再生能源设施占全球 0.2% 土地，世界 GDP的10%......很多人以为，这只是马斯卡为自己的商业帝国画出的又一张大饼，但其实仔细对照研究宏图计划part 3的完整全文后会发现，其中藏着不少真实的“触目惊心”的数字，推导过程算得上严谨。

看完后的结论是，内燃机、化石能源确实该说再见了。

01

当前的能源经济是浪费的，只有36%发挥作用

开门见山，宏图计划part 3批评了传统化石能源经济的低效。

根据国际能源署2019年报告，全球一次能源供应量为165PWh/年，化石燃料供应总量为134PWh/年，37%（61PWh）在进入终端消费前就被消耗掉了。这包括化石燃料在开采/提炼过程中的自我消耗，以及发电过程中的转化损失。另有27%（44PWh）被低效的终端适用所损失，如内燃机汽车、天然气炉。

总体来说，只有59PWh的一次能源供应产生了工作或热量，这部分只占36%，被用在经济社会活动中。其余都被浪费掉了。

在全球范围内，65PWh/年的一次能源被供应给电力部门，包括46PWh/年的化石燃料。然而，由于将化石燃料转化为电能的效率极低，每年只生产了26PWh/年的电力。如果电网改用可再生能源，每年只需要26PWh/年的可持续发电。

按照马斯克宏图计划３，通过铺设大量太阳能电池，每年可从太阳获取电量超过46PWh，以替换发电侧产生的35%的化石能源消耗。

02

电动车的效率是内燃机汽车的4倍

电能、氢能是能源可持续发展的两大依仗，电气化在交通能源领域的推进，对能源可持续发展具有重要意义。

按照宏图计划3中的构想，用纯电动汽车替换燃油汽车，将替代交通能耗21%的化石能源。马斯克预计，完成这一计划，一年需要生产2000万辆电动汽车，将耗资7万亿美元。这些车辆的电池也将组成总量达115TWh的移动储能，成为电力系统灵活调节的重要组成部分。

交通工具的电气化大势所趋，包括未来的轮船、火箭等都可使用电能。但放弃化石能源还不仅仅是因为碳排放，给地球“降温”。燃油车效率低这一点，往往容易被忽视。

电车动力系统效率比燃油车高多少呢？马斯克算了一笔帐，听起来有点儿“触目惊心”。

这种变化是结构性的，是真正的降维打击。由于更高的动力效率、再生制动能力和优化的平台设计，电动汽车的效率比内燃机汽车高了整整4倍多。乘用车的效率比是4.8倍，轻卡/货车为4.3倍，重卡约为4.2倍。

特斯拉还直接拿Model 3与丰田卡罗拉燃油车进行了对比，前者的能耗为131MPGe（33.7 千瓦时的电力 = 1加仑的天然气），而丰田卡罗拉则为34MPG（1加仑油所行驶的英里数），Model 3的效率比丰田卡罗拉低3.9倍。

这个数字确实让人有点儿“震惊”。

以电动汽车4倍效率计算，全球交通部门电气化，如果消除28PWh/年的化石燃料，换算到电动车上，只需要7PWh/年的额外电力，就能满足市场的需求。

03

热泵，又是一个大杀器

除了光伏、电动汽车储能外，马斯克热捧的还有一项可能大众不太熟知的热泵技术。

马斯克提出，热泵并不产生热量，而是将外部热量转移到房屋或汽车内部，这将为建筑物供暖减少3倍以上的能耗，且可以减少22%的化石燃料消耗。在减碳潜力方面，热泵的地位甚至还高于电动汽车。

热泵工作原理

不仅是马斯克，欧盟也在去年5月公布了“RepowerEU” 能源转型行动方案，其中明确要求将热泵部署速度提升一倍，未来五年将累计安装超过1000万台热泵。

国际能源署（IEA）同样给出了肯定的答案。在去年12月发布的《热泵的未来》特别报告中提及，未来数年，热泵销量有望呈现持续增长态势，到2050年，热泵将占轻工业热需求的30%，等于30年内每月都可以上马500Mw。

热泵相较于燃气灶进行空间加热的效率提升

何为热泵？本质上是热量的“搬运工”，热效率通常可达到300%-400%，比如一度电就可以搬运3-4度电，热泵要比直接制热的电热水器、采暖的燃油锅炉等高出数倍。最关键的是，热泵几乎没有污染。

热泵不仅适用于住宅、商业建筑的空间加热、水加热和烘干，还能替代电动汽车里传统的热管理系统。

相比传统的PTC空调，热泵的制热效率更高，更省电，尤其是电动汽车还存在严重的里程续航和充电焦虑。如果将车内空调替换成热泵，就不用“争夺”电池电能，续航能力也延长了。不仅是特斯拉，国内的比亚迪、蔚来等主机厂均在布局热泵技术，未来有望成为标配。

而且，在提供等量热能的前提下，热泵能耗成本约为燃煤的15%-20%，燃油燃气的30%-50%，太阳能的60%-70%。

在马斯克的宏图计划3中，如果全球都使用热泵来取暖和加热、烘干，住宅和商业设备电气化可以消除18PWh/年的化石燃料，同时只需要额外6PWh/年的电力需求。

食品、造纸、纺织、木材等行业，以及钢铁、化工、化肥和水泥生产领域，都需要高温输热、加工热。用热泵替代的话，这两项加和到一起，可以消除21PWh/年的化石能源，14PWh/年的电力就搞定了。

04

１０万亿美元造出的新文明

按马斯克的构想，通过优化设计速度和航线，使较小的电池在长航线上更频繁地充电，船只、飞机也可以实现电气化。

根据国际能源署的数据，目前全球远洋运输每年消耗3.2PWh/年，如果完全采取电气化，只需要消耗2.1PWh/年的电力。短途飞行也可以通过优化飞机设计和飞行轨迹，在当下的电池能量密度下实现电气化。占航空旅行80%能源消耗的长距离飞行，可用一氧化碳、氢气的混合物合成液体碳氢化合物燃料，这些需要5PWh/年的电力。

如果要满足以上所需的电力需求，用太阳能电池板、风力涡轮机和电池储能的组合出力，就能达到可持续能源经济所需的能量规模。

美国的模型结果

特斯拉目标汽车销量（含A、B级、客车、重卡、皮卡等）

在这一可持续能源体系中，全球１４亿辆汽车、船只和飞机组合在一起，将形成超大容量的“电池组”。根据特斯拉宏图计划３披露，全球车队将需要１１２TWh的电池，４０TWh的电池来实现海洋舰队的电气化，其中３３％的船只用高镍电池，６７％使用低能量密度的磷酸铁锂LFP电池；１５０００架飞机中的２０％使用７MWｈ的电池组进行电气化，则需要０.０２TWh的电池。

全球汽车目标销量

船只、飞机电池组容量

满足全球电力需求的发电和存储组合及交通电池

可持续能源经济的储能及可再生能源发电容量

这是满足全球电力需求的发电和储能的组合，以及基于车辆、船只和飞机假设的电池组的需求。

可持续能源经济与化石能源投资对比

可持续能源经济的投资汇总

那么，完成这一宏图计划需要在基础设施建设上耗费多少资金？答案是１０万亿美元，相当于继续投资化石能源６０％的成本。而且太阳能、风能所需的土地面积只需拿出全球０.２％的比例就够了。

只能说，马斯克不仅敢想，还有周密的计划，而且已经开始这么做了。

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