(資料圖片僅供參考)
4月20日,馬斯克造的史上最大運(yùn)載火箭Space X“星艦”將再次發(fā)射。這是人類有史以來(lái)建造的最強(qiáng)大火箭,超級(jí)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(tái)“猛禽”發(fā)動(dòng)機(jī)。
30億美元的發(fā)射成本,也是人類距離“前往火星、實(shí)現(xiàn)載人登月”夢(mèng)想最近的一次,引發(fā)全球圍觀并不意外。
馬斯克除對(duì)火星殖民、多行星物種有瘋狂想法外,圍繞著地球上能源經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,也是操碎了心。前段時(shí)間發(fā)布的宏圖計(jì)劃第三篇章里,就展示了抹除化石能源后的全球可持續(xù)能源發(fā)展的縝密構(gòu)想。
儲(chǔ)能 240TWH,可再生電力 30 TWH,制造投資 10 萬(wàn)億美元,能源需求不到化石能源的一半,可再生能源設(shè)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(yè)帝國(guó)畫出的又一張大餅,但其實(shí)仔細(xì)對(duì)照研究宏圖計(jì)劃part 3的完整全文后會(huì)發(fā)現(xiàn),其中藏著不少真實(shí)的“觸目驚心”的數(shù)字,推導(dǎo)過(guò)程算得上嚴(yán)謹(jǐn)。
看完后的結(jié)論是,內(nèi)燃機(jī)、化石能源確實(shí)該說(shuō)再見(jiàn)了。
01
當(dāng)前的能源經(jīng)濟(jì)是浪費(fèi)的,只有36%發(fā)揮作用
開門見(jiàn)山,宏圖計(jì)劃part 3批評(píng)了傳統(tǒng)化石能源經(jīng)濟(jì)的低效。
根據(jù)國(guó)際能源署2019年報(bào)告,全球一次能源供應(yīng)量為165PWh/年,化石燃料供應(yīng)總量為134PWh/年,37%(61PWh)在進(jìn)入終端消費(fèi)前就被消耗掉了。這包括化石燃料在開采/提煉過(guò)程中的自我消耗,以及發(fā)電過(guò)程中的轉(zhuǎn)化損失。另有27%(44PWh)被低效的終端適用所損失,如內(nèi)燃機(jī)汽車、天然氣爐。
總體來(lái)說(shuō),只有59PWh的一次能源供應(yīng)產(chǎn)生了工作或熱量,這部分只占36%,被用在經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)中。其余都被浪費(fèi)掉了。
在全球范圍內(nèi),65PWh/年的一次能源被供應(yīng)給電力部門,包括46PWh/年的化石燃料。然而,由于將化石燃料轉(zhuǎn)化為電能的效率極低,每年只生產(chǎn)了26PWh/年的電力。如果電網(wǎng)改用可再生能源,每年只需要26PWh/年的可持續(xù)發(fā)電。
按照馬斯克宏圖計(jì)劃3,通過(guò)鋪設(shè)大量太陽(yáng)能電池,每年可從太陽(yáng)獲取電量超過(guò)46PWh,以替換發(fā)電側(cè)產(chǎn)生的35%的化石能源消耗。
02
電動(dòng)車的效率是內(nèi)燃機(jī)汽車的4倍
電能、氫能是能源可持續(xù)發(fā)展的兩大依仗,電氣化在交通能源領(lǐng)域的推進(jìn),對(duì)能源可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
按照宏圖計(jì)劃3中的構(gòu)想,用純電動(dòng)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(yù)計(jì),完成這一計(jì)劃,一年需要生產(chǎn)2000萬(wàn)輛電動(dòng)汽車,將耗資7萬(wàn)億美元。這些車輛的電池也將組成總量達(dá)115TWh的移動(dòng)儲(chǔ)能,成為電力系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)的重要組成部分。
交通工具的電氣化大勢(shì)所趨,包括未來(lái)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?yàn)樘寂欧?,給地球“降溫”。燃油車效率低這一點(diǎn),往往容易被忽視。
電車動(dòng)力系統(tǒng)效率比燃油車高多少呢?馬斯克算了一筆帳,聽起來(lái)有點(diǎn)兒“觸目驚心”。
這種變化是結(jié)構(gòu)性的,是真正的降維打擊。由于更高的動(dòng)力效率、再生制動(dòng)能力和優(yōu)化的平臺(tái)設(shè)計(jì),電動(dòng)汽車的效率比內(nèi)燃機(jī)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(jìn)行了對(duì)比,前者的能耗為131MPGe(33.7 千瓦時(shí)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(shù)),Model 3的效率比豐田卡羅拉低3.9倍。
這個(gè)數(shù)字確實(shí)讓人有點(diǎn)兒“震驚”。
以電動(dòng)汽車4倍效率計(jì)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(dòng)車上,只需要7PWh/年的額外電力,就能滿足市場(chǎng)的需求。
03
熱泵,又是一個(gè)大殺器
除了光伏、電動(dòng)汽車儲(chǔ)能外,馬斯克熱捧的還有一項(xiàng)可能大眾不太熟知的熱泵技術(shù)。
馬斯克提出,熱泵并不產(chǎn)生熱量,而是將外部熱量轉(zhuǎn)移到房屋或汽車內(nèi)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(dòng)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(zhuǎn)型行動(dòng)方案,其中明確要求將熱泵部署速度提升一倍,未來(lái)五年將累計(jì)安裝超過(guò)1000萬(wàn)臺(tái)熱泵。
國(guó)際能源署(IEA)同樣給出了肯定的答案。在去年12月發(fā)布的《熱泵的未來(lái)》特別報(bào)告中提及,未來(lái)數(shù)年,熱泵銷量有望呈現(xiàn)持續(xù)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),到2050年,熱泵將占輕工業(yè)熱需求的30%,等于30年內(nèi)每月都可以上馬500Mw。
熱泵相較于燃?xì)庠钸M(jìn)行空間加熱的效率提升
何為熱泵?本質(zhì)上是熱量的“搬運(yùn)工”,熱效率通常可達(dá)到300%-400%,比如一度電就可以搬運(yùn)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(shù)倍。最關(guān)鍵的是,熱泵幾乎沒(méi)有污染。
熱泵不僅適用于住宅、商業(yè)建筑的空間加熱、水加熱和烘干,還能替代電動(dòng)汽車?yán)飩鹘y(tǒng)的熱管理系統(tǒng)。
相比傳統(tǒng)的PTC空調(diào),熱泵的制熱效率更高,更省電,尤其是電動(dòng)汽車還存在嚴(yán)重的里程續(xù)航和充電焦慮。如果將車內(nèi)空調(diào)替換成熱泵,就不用“爭(zhēng)奪”電池電能,續(xù)航能力也延長(zhǎng)了。不僅是特斯拉,國(guó)內(nèi)的比亞迪、蔚來(lái)等主機(jī)廠均在布局熱泵技術(shù),未來(lái)有望成為標(biāo)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?xì)獾?0%-50%,太陽(yáng)能的60%-70%。
在馬斯克的宏圖計(jì)劃3中,如果全球都使用熱泵來(lái)取暖和加熱、烘干,住宅和商業(yè)設(shè)備電氣化可以消除18PWh/年的化石燃料,同時(shí)只需要額外6PWh/年的電力需求。
食品、造紙、紡織、木材等行業(yè),以及鋼鐵、化工、化肥和水泥生產(chǎn)領(lǐng)域,都需要高溫輸熱、加工熱。用熱泵替代的話,這兩項(xiàng)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。
04
10萬(wàn)億美元造出的新文明
按馬斯克的構(gòu)想,通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)速度和航線,使較小的電池在長(zhǎng)航線上更頻繁地充電,船只、飛機(jī)也可以實(shí)現(xiàn)電氣化。
根據(jù)國(guó)際能源署的數(shù)據(jù),目前全球遠(yuǎn)洋運(yùn)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(guò)優(yōu)化飛機(jī)設(shè)計(jì)和飛行軌跡,在當(dāng)下的電池能量密度下實(shí)現(xiàn)電氣化。占航空旅行80%能源消耗的長(zhǎng)距離飛行,可用一氧化碳、氫氣的混合物合成液體碳?xì)浠衔锶剂希@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(yáng)能電池板、風(fēng)力渦輪機(jī)和電池儲(chǔ)能的組合出力,就能達(dá)到可持續(xù)能源經(jīng)濟(jì)所需的能量規(guī)模。
美國(guó)的模型結(jié)果
特斯拉目標(biāo)汽車銷量(含A、B級(jí)、客車、重卡、皮卡等)
在這一可持續(xù)能源體系中,全球14億輛汽車、船只和飛機(jī)組合在一起,將形成超大容量的“電池組”。根據(jù)特斯拉宏圖計(jì)劃3披露,全球車隊(duì)將需要112TWh的電池,40TWh的電池來(lái)實(shí)現(xiàn)海洋艦隊(duì)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(jī)中的20%使用7MWh的電池組進(jìn)行電氣化,則需要0.02TWh的電池。
全球汽車目標(biāo)銷量
船只、飛機(jī)電池組容量
滿足全球電力需求的發(fā)電和存儲(chǔ)組合及交通電池
可持續(xù)能源經(jīng)濟(jì)的儲(chǔ)能及可再生能源發(fā)電容量
這是滿足全球電力需求的發(fā)電和儲(chǔ)能的組合,以及基于車輛、船只和飛機(jī)假設(shè)的電池組的需求。
可持續(xù)能源經(jīng)濟(jì)與化石能源投資對(duì)比
可持續(xù)能源經(jīng)濟(jì)的投資匯總
那么,完成這一宏圖計(jì)劃需要在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)上耗費(fèi)多少資金?答案是10萬(wàn)億美元,相當(dāng)于繼續(xù)投資化石能源60%的成本。而且太陽(yáng)能、風(fēng)能所需的土地面積只需拿出全球0.2%的比例就夠了。
只能說(shuō),馬斯克不僅敢想,還有周密的計(jì)劃,而且已經(jīng)開始這么做了。
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