奇文共欣赏,疑义相与析。
这两天一篇《所有的电动汽车,都是垃圾》的文章在能源圈里传疯了。
首先,作者能站在全生命周期上的角度去审视电动车的能耗和污染,不论其出发点和结论如何,这一方法是值得充分肯定的。英语当中评价车辆的能耗,有一个说法叫做Well to Wheels(从油井到车轮),就蕴含着浓浓的LCA(生命周期分析)味道。
但是,本文同时忽略了经济学里一个妖气很重的概念:边际收益(成本)。简单地说,“边际成本”就是指为了增加一份产出而需要多投入的成本。形象点解释:
“顺手牵羊”、“来都来了”就是边际成本为零的体现(当然后者的前期成本未免太过悲剧);“九牛一毛”则形象地说明边际收益小得可怜。而最贴切地描述边际成本,非沈括大师莫属:
“若止印三二本,未为简易;若印数十百千本,则极为神速。”
——《梦溪笔谈·活字印刷》
为简化起见,我们把汽车的生命周期分为生产期(买车前)和消费期(买车后)两个相对独立、各种数据基本可以直接机械相加的阶段来看。
需要说明的是,本文接下来所做的计算和估计非常粗略,而且不会讨论电动车续航和充电的问题本身,只考虑能耗和排放。其目的,仅仅是为了以本文的“砖”,告诉大家有哪些“玉”可以引出。
最终的目的,无非三点:
提醒大家,既不能被电动汽车厂商天花乱坠的PPT所迷惑(此处贾布斯应打喷嚏),也应该意识到各行各业——包括交通行业的电动化是大趋势;
理清在比较电动汽车与燃油车在排放与能耗上的优劣时,有哪些因素应该考虑;
供读者嬉笑怒骂,笔者随后再把其中的信息点一一捡起。
因为电动车在驾驶过程当中并没有排放,理论上,只要发电厂的排放下降,就能达到节能减排的目的;而即便是燃煤电厂——我国的能源结构决定了煤电至少在你我的有生之年都还会居于主导地位——处理屈指可数的几家电厂的排放,也比在几万辆车屁股后面挨个装尾气净化装置要简单,边际成本低了嘛。
更何况,我就算不用电动车,我日常生产生活就不用电了?煤电厂的减排改造是必然事件,电动车的运用正好可以搭煤电减排的顺风车,可以说没有边际成本。
如果只看消费期的污染物/温室气体排放,如果(充分必要条件)能够解决电厂的排放问题,毫无疑问是电动汽车打脸式占优。
特斯拉最新版的Roadster百公里电耗号称20度,放大一倍算40度吧?为了能在终端用上40度电,即使按20%的超高损耗率计算电网损耗(你当超高压直流技术是骗人的吗?),也就需要发50度电。而一辆与特斯拉差不多的燃油小轿车,百公里油耗就算低点——5升汽油?大概是3.7公斤,所含能量大概是3.8万大卡,38 Mcal, 换句话说是44度电多。
当然,发电本身需要前期能量投入,可是汽油也不是白给的啊?从原油的开采运输到化学转化,比起电煤的开采和燃烧,其能耗就算不是有过之而无不及,起码也是五十步笑百步。
因此,在使用端的能耗上,电动车的优势会有一些,但不至于数量级上的碾压。
至于电动车充电对电网的影响,以及车辆生命周期内的电池更换,这些确实是不得不考虑的问题,会在后面说到。
总的来说,在消费端,电动汽车比燃油车在能耗和排放上具有相当明显的优势。
作者同时提出在车辆生产过程中(尤其是电动汽车电池的生产过程中)的能耗和排放,不能不说,是“挺电派”在这场由来已久的辩论过程中相对忽视的一点。
因为汽油生命周期(燃烧为主,生产为辅)中的污染种类——主要是气态污染,和电池生命周期(生产为主、回收为辅)中的污染种类——主要是固态液态化学污染——差别较大(不光是污染物的物理化学性质差别大,就连它们的生命周期、影响范围差别也很大),所以,要想定量对比其环境影响,是很困难的。
原文作者似乎忘记了,目前全世界电动汽车电池的主力早已不再是污染严重的铅酸电池,而是身轻如燕、冰清玉洁的锂电池。单单从生产锂电池的环节讲,不能说没有污染,但比起铅酸电池时代的重金属狂潮,已经不知道干净到哪里去了。
当然刚才仅仅比较了单位量。数据的缺乏,让笔者不敢断言电动汽车在使用年限内需要的电池总量,和燃油汽车同样时间内所需的燃油总量是否有较大差距。
因此在这一点上,我们既不能抱残守缺地因为电池污染太大而抵制电动车,也不能沾沾自喜地忽视电池生产和丢弃所带来的污染,得想办法去解决才是正道。
且不说生产过程当中的能耗,至少在有一点上,电池是完败的。因为电池本身的电化学特性(满充电量越充越少),当其满充电量降到其原始电量的80%以下的时候,从安全性和经济性考虑,就不再适合为电动汽车供能了。而油箱大小又不会变。
换句话说,如果不能为这80%的电能找到用处,电动车代表队在这场比赛中出场就1:5大比分落后。因此,电动汽车的电池在退休之后必须给找个去处,而且最好能自然而然地安排到政协里面去,最好别为了它们而专门设个老干部局“为利用而利用”——举个极端点的例子:为了表示我节能,在鬼都没有的深山老林里装几万盏LED灯。
多余的话
电动汽车不只是交通工具,而是未来智能交通的载体。做个形象的比喻,现在手机的功能还有多少固定在通话上?电动车天生适配智能,其所带来的新生活模式、消费模式乃至社会经济模式,都值得期待。
同时,虽然现在电动车无法同时满足续航里程长、充电速度快、成本低三点,但为什么不可以分别在这三点上突破,即便抛弃另外两点,来专门面向特定市场服务呢?比如我服务街区级别的电动小巴,为什么要求续航里程长呢?
电动车的续航和充电已经是老生常谈的话题,笔者不愿累述,仅仅提出两个问题——请大家一定站在消费者的角度来思考,就好像是你家要买电动车:
第一,如果充电设施方便到随便一个车位都有桩、家里的插头也能接充,而且车辆能够基本准确地告诉你电池还能撑多久,不考虑续航多久、充电多快,你会不会接受电动车?
第二,如果第一条的正面假设都不成立,但你可以以较低的价格买电动车、电池的话需要以比较合理的价格租用——你能接受吗?前提是换电池的过程非常快,而且可换电池的点位也非常多。
同时,笔者认为指望电动车成为智能电网中能源的载体(V2G) 并不靠谱。电动车的主要功能是满足出行需求,在出行的电力都无法满足的前提下,你还要求它去平衡电网的波动?而如果真有这个能力了,电网的稳定性是另一个挑战。成千上万辆电动车一起开充的影响不容忽视——必须有新的技术和商业模式来避免这种现象。
涉及到整个电力行业的革新,就不展开了。
另外,因为众所周知的原因,国内有些电动车制造商的PPT做得比汽车更好。谁能保证今天风光的产业新生代中没几个明天的贾布斯?“退潮之后,才看得见谁在裸泳”。
期待2020。
地球上锂元素的总量是4000万吨(包括现有技术条件下无法开采的资源)。
如果全部拿来做动力电池(锂元素占比1%),可以做出40亿吨的电池。
按单车电池重500公斤计算,全世界正好人手一辆比亚迪e6; 按每公斤0.25度电(每吨250度电)的超高能量密度计算,可以储存1万亿度电——
全球2016年的能耗是132.76亿吨油当量;换算成电量,是154.4万亿度电。
其实,我很希望有人做这样一道计算题,只是手里的数据太少:
假设某年全球交通行业(当然,只算汽车)的能源消耗是x吨标准油;
如果其中a%由汽油提供,那么,为了提供这么多能量,需要生产的汽油、生产过程中的能耗与排放,燃烧过程中的能量损失和排放,是可以用函数表达的。
剩下的就算电动吧……需要多少电力(考虑损耗)?为了提供这些电力,又需要多少电池?这些电池生产过程中的能耗和排放,以及后端的浪费也可以一望而解啊?
然后相加,求函数最小值时的a值。
当然,因为边际成本(收益)的关系,函数关系不会那么线性;
而且,上一段提到的电动汽车的附加价值与附加成本也没有考虑。
甚至,没有考虑电动车和燃油车的寿命——如果一辆燃油车的寿命可以有10年而电动车只有5年,那岂不还有一杯茶具(一倍差距)?
何况,世界虽由数学写就,可数学岂是方程般简单?
但我相信a会逐渐减小、趋近于零。
谨此为记。
作者现为深圳市国际低碳清洁技术合作中心(微信公众号:国际低碳清洁技术创新中心)负责人,曾在英国驻广州总领事馆任高级能源官员。
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