挪威的错觉：电动汽车并非更节能
《零点对冲》2024年3月25日泰勒-德顿
"数据显示，随着绿色革命遭遇瓶颈，全国各地的电动汽车（EV）正堆积如山”。《今日美国》2023年11月14日
"赫兹全球控股公司周四宣布，计划在年内削减其全球电动汽车车队的三分之一”。赫兹首席执行官斯蒂芬-舍尔宣布这一消息后表示，电气化之路可能会比预期的更加崎岖。彭博社2024年1月11日
从上个十年中期开始，投资界开始相信电动汽车的应用将迅速激增。电动汽车的普及率将如此之高，以至于全球石油消耗量即将达到峰值，或者说舆论普遍认为如此。人们一再提到，2019年石油需求将达到峰值，然后下降。现在回过头来看，这些担忧都是错误的。尽管受到疫情的大规模干扰，2024年的石油需求仍将达到1.03亿桶/天，比2019年高出230万桶/天。许多分析师并没有被这一出人意料的需求激增所吓倒，仍然坚信"石油需求峰值"即将到来。
投资界对电动汽车将取代内燃机的信念一如既往。
然而，我们强烈反对。
在上一封信中，我们预测未来二十年全球能源需求将持续超出预期。从来没有这么多人同时处于能源密集型经济发展时期。我们的文章广泛关注能源需求总量，特别避免了石油消费。我们的选择源于经过深思熟虑：我们希望突出能源需求总量的关键驱动因素，避免被电动汽车普及率的争论所干扰。今天这篇文章的重点是石油，并解释了为什么我们认为石油需求在未来几年会有惊人的增长。
我们的研究表明，尽管有大量补贴和日益严重的内燃机（ICE）禁令威胁，电动汽车仍将难以获得广泛采用。在仔细研究了能源发展史之后，我们还没有发现能效更低的新技术取代现有能效更高的技术的例子。尽管有相反的说法，但我们的研究表明，电动汽车的能效低于内燃机汽车。因此，电动汽车将无法得到广泛应用。
我们的说法有争议；大多数学者坚持认为电动汽车的能效要高得多。我们认为，一旦考虑到电池的能源成本和制造"无碳"电动汽车所需的可再生能源成本，内燃机汽车显然是赢家。
尽管政府可以通过补贴或禁止内燃机车来鼓励电动汽车，但这些措施很可能会失败，因为消费者最终会拒绝接受能效低的新技术。福特和赫兹因消费者兴趣低于预期而大幅缩减电动车计划，就是最好的例子。
减少碳排放是电动汽车的核心理由。倡导者认为，替代化石燃料（可再生能源）对于遏制全球变暖至关重要。我们不同意这种观点。用电动汽车取代内燃机汽车将大幅增加碳排放量，并可能使问题恶化。制造一辆电动汽车所消耗的能源远远超过一辆内燃机汽车。这些额外的能源大部分用于开采材料和制造电动汽车的巨型锂离子电池。采矿公司使用能源密集型卡车、破碎机和磨机来提取每块电池中的镍、钴、锂和铜。制造过程也会消耗大量能源。许多分析师热衷于吹嘘替代化石燃料（可再生能源）所带来的碳减排效果，却没有充分考虑电池所增加的能源消耗。一旦进行了这些调整，电动汽车的大部分（如果不是全部）碳优势就会消失。
如果我们的这个模型正确，那么电动汽车将在两个方面失败：它们的能源效率低于它们试图取代的内燃机汽车，而且它们的采用对减少碳排放几乎没有帮助。
政策制定者经常把挪威作为电动汽车的最终成功案例。得益于大量补贴，2022年电动汽车占挪威新车销售总量的80%，目前占汽车总量的20%。政策制定者希望所有发达国家最终都能采用挪威的模式。然而，仔细观察，挪威的经验与其说是倡导采用电动汽车，不如说是警示电动汽车的缺点。
首先是资金问题。
挪威政府为购买电动汽车的消费者提供大量补贴。新车免征几项繁重的税收和25%的增值税。平均而言，一辆大型新内燃机汽车需要缴纳27,000美元的各种税款；而一辆同等的电动汽车则无需缴纳任何税款。其次，挪威对电动汽车免收任何公路或轮渡通行费，允许其使用公交车道，在市政区域提供免费停车和充电服务，并确保公寓楼内的"充电权"。尽管挪威从2017年开始缩减了其中一些运营补贴，但奥斯陆居民每年仍可享受到总计8000美元的这些福利。
挪威是世界上最富裕的国家之一，2022年人均国内生产总值为10.6万美元。尽管挪威拥有令人印象深刻的财富，但政府仍必须从财政上鼓励国民购买电动汽车。
这些好处已开始对挪威的财政造成影响。挪威每年用于电动汽车补贴的费用接近40亿美元，相当于公路和公共基础设施维护的总费用。在挪威，该计划还引发了有关平等的重大问题。电动汽车补贴有利于高收入的城市居民，他们可以享受免费过路费、停车费和充电费，并避免对大型豪华车辆征收繁重的税费。挪威一些倾向于民粹主义的政治团体将所谓的"精英主义"电动汽车补贴作为其纲领的焦点。
在越来越多的监督下，政府积极寻求减少几项补贴。市政停车场不再免费，乘客也要缴纳一定的通行费。政府还对新电动汽车征收部分购置税。支持者警告说，任何补贴退坡都必将损害电动汽车的普及，并以瑞典为案例进行了研究。2022年，瑞典取消了多项补贴，导致电动汽车销量下降了20%。
更重要的是，挪威的电动汽车并未如预期那样影响化石燃料（可再生能源）需求或碳排放。虽然石油需求和碳排放量自2010年以来下降了15%，但其中大部分与电动汽车销售无关。在此期间，石油总需求仅减少了34,000桶/天，其中汽油和柴油仅占减少量的10%。大部分下降来自取暖、照明和石化需求，我们估计这些需求下降了三分之一以上。尽管目前道路上有20%的车辆是电动车，但挪威的汽油和柴油需求量仅下降了4%。
我们的数据表明，挪威人即使购买了电动汽车，也不愿放弃内燃机汽车。根据我们的计算，挪威三分之二的电动汽车家庭至少拥有一辆内燃机汽车。从2010年到2022年，挪威新增了55万辆电动汽车，但道路上行驶的内燃机汽车数量非但没有减少，反而增加了32630辆。虽然人口增长了11%，但乘用车总数却增长了25%。当电动汽车家庭希望避免道路或渡轮收费，获得免费停车或充电服务，或通过使用公交专用道避免拥堵时，他们就会使用电动汽车。而当他们去山区探亲时，则会使用内燃机汽车。这种影响是如此巨大，以至于倡导者游说政府资助内燃机车报废计划--这也是一种变相的电动车补贴。
毫不奇怪，随着挪威从使用化石燃料（可再生能源）转向使用电力来运输、供暖和照明，电力需求也随之激增。自2010年以来，挪威的电力需求大幅增长了20%。各种形式能源的一次总需求增长了5%。数据表明，尽管电动汽车的效率要高得多，但广泛转向电动汽车对减少总体能源消耗的作用微乎其微。
从化石燃料（可再生能源）到电力的转变使挪威的二氧化碳排放量减少了16%，这一成就受到了媒体的称赞。然而，很少有人讨论的是，美国是如何通过从煤炭转向天然气发电，在同一时期将二氧化碳排放量降低了16%的。
把挪威作为二氧化碳减排的典范是错误的。与世界上任何其他国家相比，挪威得益于其巨大的水文潜力，挪威近92%的电力都是无碳发电。因此，从化石燃料（可再生能源）转向电力，将对挪威的碳排放产生比地球上任何其他地方都大的影响。
此外，挪威国内的电动汽车全部依靠进口。正如我们所讨论的那样，电动汽车制造是令人难以置信的能源密集型产业，主要用于制造电池。就挪威而言，这些额外的能源都没有反映在其国内需求数据中。中国制造了大部分锂离子电池和80%的电动汽车。煤炭占其能源供应总量的60%。
我们估计，一辆电动汽车的平均生产耗电量为60兆瓦时，其中电池占一半。因此，制造挪威的57.9万辆电动汽车，挪威目前在路上行驶的所有电动汽车需要35兆瓦时，相当于挪威全年电力需求总量的25%。考虑到中国每千瓦时的二氧化碳排放量为600克，而且，实际上中国几乎是Noway公司所有电动汽车电池的制造地，我们计算出挪威电动汽车队的二氧化碳排放量为21毫米吨。挪威的汽油和柴油消耗量每天仅减少3,200桶，即每年减少50毫米加仑。
假设每加仑汽油或柴油的二氧化碳排放量为9千克，那么挪威整个电动汽车车队每年仅减排45万吨二氧化碳，而前期排放量为2100万吨。换句话说，减少汽油和柴油消耗所产生的二氧化碳减排量需要四十五年才能抵消车辆制造初期的排放量。由于电动汽车电池的使用寿命只有十到十五年，挪威电动汽车的推广显然大大增加了整个生命周期的二氧化碳排放量。
令人难以置信的是，尽管挪威拥有世界上碳排放量最低的水力发电，但情况依然如此。即使中国在2035年之前实现其过于雄心勃勃的风能、太阳能和核能目标，我们计算出的碳"回收期"仍将超过20年。实际上，电动汽车减少生命周期碳排放的唯一途径是在电动汽车制造过程中广泛使用无碳能源。大多数电动汽车倡导者都希望可再生能源能够解决这个问题。遗憾的是，由于能源效率较低，我们认为这并不可行。
与其说挪威的计划是一个典范，不如说是对电动汽车大规模普及的意外后果提出了警告，尤其是当消费者在购买内燃机汽车的同时购买电动汽车时。无数文章声称，电动汽车的能效远高于内燃机汽车。此外，这些作者还认为，一旦可再生能源取代煤炭和天然气，电动汽车将更加高效、更加无碳。我们的分析不受欢迎，也有争议，但是，我们的分析恰恰相反。
大多数文章都认为，电动汽车的能效比其替代的内燃机汽车高出两到三倍。
这种说法的依据是，内燃机的能效只有40%，汽油或柴油燃料中近60%的能量被"浪费"了，主要以热量和摩擦的形式存在。另一方面，电动机将近90%的电能直接传递给车轮。这种差异导致许多人错误地认为，电动汽车的"效率"几乎是内燃机汽车的三倍。
这种常见的说法存在根本性的缺陷，原因有三。
首先，它没有考虑到制造电池所需的能量；
第二，没有区分热能和电能；
第三，它没有考虑到可再生能源的低能效。
电动汽车每行驶100英里耗电32千瓦时。而汽车电池在制造过程中的耗电量则高达惊人的24兆瓦时。假设使用寿命为120,000英里，电池组每行驶100英里消耗20千瓦时，相当于直接用电量的三分之二。我们读到的大多数分析师在吹嘘电动汽车的卓越效率时，都没有将这一沉重的能源负担包括在内。
其次，大多数效率论点没有区分热能和电能。
我们大多数人都被告知能源是可替代的，但是，几种不同形式的能源具有不同程度的效用。虽然这超出了本文的讨论范围，但两者的区别在于能量载体的随机性或熵。能量源的熵越大，它能做的有用功就越少。燃烧任何燃料都会产生高熵。而另一方面，电能以其有序的电子运动串，具有极低的熵。根据热力学的基本定律，从热能升级为电能总会带来可预见的低效率。
当专家们声称电动汽车的效率是内燃机的三倍时，他们并没有区分这一点。在内燃机中，驾驶员将汽油（高熵）转化为前进运动的效率约为40%。在电动汽车中，电能（低熵）驱动电机的效率约为90%。然而，电力并不存在于自然界中，而是必须通过发电产生。燃烧天然气（高熵）发电（低熵）的效率只有40-50%。电动汽车本身并没有更高效；相反，从热能到电能的低效"升级"发生在阶段外，被大多数分析家轻易地忽略了。
最后，大多数效率论点首先没有考虑到能源生产。
例如，正如我们在挪威所看到的那样，降低汽车碳排放的唯一途径，是在汽车制造和供电过程中改用可再生能源。不幸的是，可再生能源的效率极低。这可能令人惊讶。毕竟，风能和太阳能都不"燃烧"燃料，因此不存在前面讨论的从热能到电能的低效率问题。然而，风能和太阳能的能量密度低得令人难以置信，思考一下燃气灶的热量与微风的热量相比，就会很快明白。为了获取有用的电能，风车必须高达300米，太阳能发电场必须占地数千英亩。这些大型设施需要钢铁、水泥、铜、银和多晶硅等原材料。而这些材料的开采和加工都需要消耗大量能源。相比之下，石油和天然气的开采效率很高。
我们研究生产各种形式的能源所需的总能量，这一指标被称为能源投资回报率（EROI）。在油井的整个生产过程中，一个单位的投资能源可能产生50个单位的（热）能源，而风能只能产生10个单位的（电）能源，太阳能电池板只能产生不到6个单位的（电）能源。此外，风能和太阳能发电必须通过电网级电池储能来缓冲，以避免间歇性，而这需要更多的能源。经过充分缓冲的风力发电的经济效益指数可能为6到7，而太阳能发电的经济效益指数可能低至3。声称可再生能源驱动的电动汽车效率高是因为其电机的运行效率高达90%，但是，这并其实没有考虑到上游效率低下的问题。
相反，我们在计算汽车效率时采用了一种完全不同的方法：假设可用热能为100千瓦时，那么驾驶内燃机汽车与电动汽车相比，驾驶者可以行驶多远。我们更喜欢这种方法，因为它符合我们对"效率"的直观理解：我们能从单位能量中获得多少。使用这种方法，这场比赛根本不需要去分什么胜负，内燃机车可谓"手到擒来"。
高效的内燃机车每加仑汽油可行驶37英里，或每100英里行驶使用98千瓦时热能。根据阿尔贡研究室的数据，在17万英里的使用寿命内，汽车部件需要20兆瓦时，即每100英里需要15千瓦时。内燃机车每行驶100英里预计消耗112千瓦时，其中90%为汽油形式的热能。石油开采得益于井口60:1的极高能源投资回报率。换句话说，每投入一个单位的能源，就会有60个单位的热能以原油的形式从井口涌出。运输和精炼消耗了原油中所含能量的大约15%，从而将能源投资回报率降至50。为保守起见，我们假设最终的经济效益指数为45。因此，投资1千瓦时的热能将产生45千瓦时的热能，推动内燃机车行驶41英里。
现代电动汽车每行驶100英里需要消耗32千瓦时的直接电能。电池需要额外的24兆瓦时，在车辆120,000英里的使用寿命期间，相当于每100英里消耗20千瓦时。其余车辆部件每行驶100英里消耗27千瓦时。电动汽车每行驶100英里预计消耗80千瓦时，其中95%为电能。
假设电力由天然气发电厂产生，一旦考虑到输电线路的损耗，其能源投资回报率大约为25。从1千瓦时的热能开始，我们预计将产生25千瓦时的电能。因此，电动汽车的行驶里程为32英里，比内燃机汽车少20%。如果使用无缓冲的风能和太阳能混合发电，其能源投资回报率可能低至13。因此，1千瓦时的能源只能产生13千瓦时的电力，推动电动汽车行驶的里程仅为16英里，比内燃机汽车少60%以上。
历史上，从未出现过效率较低的"原动机"取代效率较高的"原动机"的情况。我们相信，这一次也不会例外。政府可能会试图强迫驾驶者购买电动汽车，甚至完全禁止内燃机汽车，但是，这些政策最终都会失败，因为消费者坚持要保留效率更高的汽车。新的电池突破将有助于提高电动汽车的能效，我们正在密切研究这一领域。我们对纯净锂团队所做的工作印象尤为深刻，我们还对其进行了小额私人投资。但是，我们还没有发现任何电池技术可以实质性地改变这一分析。在此之前，我们预计，内燃机将继续占据主导地位，电动汽车的渗透率将令人失望。
声明：该文观点仅代表作者本人，本信息平台不持有任何立场，欢迎在下方【顶/踩】按钮中亮出您的态度。