《當電動汽車為王時,更少的能源就是更多》

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《當電動汽車為王時,更少的能源就是更多》(When the Electric Car Is King, Less Energy Is More)

By Liam Denning and Elaine He
February 1, 2021
Source: https://www.bloomberg.com/graphics/2021-opinion-renewables-will-power-future-of-us-energy/

筆者前言: 筆者回到台灣多年,最為驚異的是,大多數民眾對電動機車與電動汽車,包括綠能導入等的接受度並非很高。更有甚者,也與歐美綠能科技知識有著不相同的認知。例如: 使用電動汽/機車後,會導至台灣電力不足等。因此,所謂「EV100(二○三○年前所有自用與租賃車輛都改用電動車)」議題,似乎仍然不是台灣的主流共識。

這篇文章《當電動汽車為王時,更少的能源就是更多》(When the Electric Car Is King, Less Energy Is More)算是舉證了勞倫斯利弗莫爾國家實驗室、Otherlab 和美國能源部的數據計算得出的科學數據,提供給台灣各界尤其是主流媒體的一個報導參考,台灣要達到EV100(二○三○年前所有自用與租賃車輛都改用電動車)」目標,實應該更積極來進行: 這本就該是台灣人民的全民永續發展目標運動,或應該說,如何從最基層的社區支持型永續發展目標來驅動 ,例如《可持續發展的社會驅動力》by 聯合國社會發展研究所(UNRISD)),達成在環境永續社會永續,及經濟永續三大支柱/面向相關目標邁進。

規模經濟效益:為什麼小型太陽能優於大型太陽能》(Economies of scale: Why small solar is better than big solar)

台東縣16個區的太陽能試算表 2021-09》”…若以 5/10/15/20 年財貸預算計,每月應只支出$500~ … 即 500~1,000KW裝置量的太陽能,是最具經濟規模效益。若以平均2.5坪/1KW換算,所需要的太陽能版面積約為 200~400坪。以如此最具規模經濟效益太陽能板面積,讓每一個在地或多個在地社區皆可享有與達到社區太陽能社區支持型太陽能(Community Supported Solar)的永續能源目標。…”

拚2050碳中和 綠電缺很大
2021-10-26 00:38:27聯合報 / 記者林奐成、鄭朝陽、吳姿賢、黃有容/專題報導

“…由台積電、台達電、友達等八家資通訊大廠共同發起的「台灣氣候聯盟」,承諾「RE100二○五○年前製程百分百使用綠能)」及「EV100二○三○年前所有自用與租賃車輛都改用電動車)」,要帶動至少旗下四千家供應商一起努力達標。… 台灣氣候聯盟:綠電不夠大家很著急…”

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參考閱讀:

    1. List of Sustainable Development Goals, Targets and Indicators (可持續發展17項目標, 169項細項/子目標232項指標清單): 17 Goals, with 169 Targets and 232 Unique Indicators (Also refer to https://sdg-tracker.org/)
    2. 社區工具箱 by University of Kansas》, Kansas, USA
    3. 中小微型企業 (MSME) 及其在實現可持續發展目標 (SDG) 中的作用》(Micro-, Small and Medium-sized Enterprises (MSMEs) and their role in achieving the Sustainable Development Goals (SDGs))
    4. 聖經與可持續發展目標: 17 天 – 17 個目標 – 17 個聖經反思 – 17 個項目 – 17 個行動》(The Bible and the SDGs: 17 DAYS – 17 GOALS – 17 BIBLE REFLECTIONS – 17 PROJECTS – 17 ACTIONS)
    5. 書籍:《同等時間,同等價值:美國的社區貨幣和時間銀行》 (Equal Time, Equal Value: Community Currencies and Time Banking in the US)
    6. 增加社區貨幣流通:用適當的核心資源支持它》(Increase Community Currency Circulation: Back It with Appropriate Core Resources)
    7. 社區《數位學習歷程》建立與強化社區社會資本/足跡相關文章

最後,《白石CES時間銀行社群雲》(KCE2CES Community Cloud) 致力於全年無休《誠如台灣總統盃黑客松》社區/社群創新實踐模式! 歡迎來自台灣與台灣以外的法人/自然人單位,一起來參予實踐「e 起共善經濟」!  因為,在這裏,我們沒有提案截止日,只有致力社區/社群SDGs永續創新! 歡迎您的法人或是自然人單位,同樣在致力邁進聯合國永續發展目標 (UN Sustainable Development Goals, SDGs 17) 創新管理最後一哩路: 社區/社群單位者,與我們聯絡


英中參照閱讀: When the Electric Car Is King, Less Energy Is More | 當電動汽車為王時,更少的能源就是更多

本文開始:

喬拜登總統希望使聯邦車隊電氣化。特斯拉公司剛剛售出 50 萬輛插電式汽車,並預計以每年 50% 的速度增長。通用汽車公司和福特汽車公司甚至正在研發電動悍馬和 F-150。

那麼權力從何而來?即使使用我們目前的電網,電動汽車已經比使用汽油的汽車更環保。但大規模採用僅作為整個能源系統改造的一部分才有意義,因此什麼將為所有這些插件提供動力的問題是有效的。

這是一個令人驚訝的答案:美國汽車的電氣化消除了相當於我們當前整個電力需求的電力。

美國消耗大量能源;去年,大約 100 萬億 BTU(相當於 170 億桶石油;我們承認,這只是稍微不那麼抽象)。但其中只有大約三分之一最終用於實際照明燈、轉向輪等。熱力學第二定律意味著,對於我們實際投入有用功的每單位熱能,大約另外兩個單位最終會以熱量的形式浪費掉。

我們如何不使用能源與理解我們如何使用它同樣重要。這是勞倫斯利弗莫爾國家實驗室 (Lawrence Livermore National Laboratory https://www.llnl.gov/) 的桑基圖 (Sankey Diagram) 的簡化版本,顯示了美國能源系統的各種輸入及其最終位置。

美國能源投入:2019

 

 

US Energy Inputs 2019-1

US Energy Inputs 2019-2

來源:根據勞倫斯利弗莫爾國家實驗室、Otherlab 和美國能源部的數據計算得出

對於熱能系統,或者我們主要燃燒物質或分裂原子的系統(2019 年投入的 97%),大規模廢物是不可避免的。燃燒化石燃料也會產生導致氣候變化的碳排放;因此,浪費的能源代表了所造成的損害(核電除外)。相比之下,風能、太陽能和水電等可再生能源直接從無限能源中獲取能源。雖然傳輸過程中損失了少量,但使用了絕大多數。

所以這是一個思想實驗:如果到 2030 年整個美國輕型車隊(目前大約有 2.7 億輛汽車和卡車)都實現電氣化,我們會快速擴大風能和太陽能發電,同時取消煤電?

結果是,我們不僅最終使美國的碳排放量下降了近 30%,而且整個系統的效率要高得多。

讓我們回到桑基圖[1],並展示在幾個簡單假設下,到 2030 年,2019 年的輸入會發生什麼變化:

  • 太陽能發電量每年增加 20%;風力增加 10%;煤炭和石油產量下降到零。
  • 根據能源信息署的長期預測[2],能源消耗將上升……
  • …但隨著輕型車輛能源需求完全轉換為電力的額外調整。[3]
  • 太陽能或風能無法滿足所需的額外電力由天然氣產生。[4]

美國能源投入:2030

想像一下,我們改變能源結構,將石油減少 13 個四邊形,幾乎完全減少煤炭,將天然氣增加 8 個,太陽能和風能減少 4 個

US Energy Inputs 2030-1

US Energy Inputs 2030-2

來源:根據勞倫斯利弗莫爾國家實驗室、Otherlab 和美國能源部的數據計算得出

發電系統從在投入和有用能源方面以化石燃料為主的系統轉變為基本上一半是天然氣一半是非化石燃料,其中大部分是風能和太陽能的發電系統。儘管輕型車輛實現了電氣化,但對電網的投入實際上略有下降。用更高效的燃氣輪機取代燃煤發電以及非熱可再生能源的快速擴張意味著有用的電能無論如何都會增加三分之一以上。

這種效率的提高有助於實現更大的目標:更換效率低下的(傳統的汽/機車)內燃機。

儘管假設重型車輛會保留這些——這是一個不安全的假設,但只是保持簡單——並且在工業過程中增加了石油的使用,但流入能源系統頂部的石油量下降了三分之一以上。假設這都是汽油,這相當於每天超過 600 萬桶的需求下降。那就是石油需求高峰。與此同時,目前佔總量三分之一以上的交通能源浪費減少了一半以上。

加上電網本身的效率,節省的能源浪費量相當於美國當前能源消耗的六分之一。總體而言,美國一次能源​​消費下降了 13%。

儘管美國人口增加、經濟規模擴大並且美國車隊發生了徹底的轉變,但節省的電量比我們今天從電網中獲取的全部電力還要多。

US Energy Efficiency Gain 2019-2030

 

 

 

即使在這種情況下,2030 年能源輸入的一半以上仍將作為熱量浪費掉。但隨著電網和車隊現在的效率大大提高,工業部門成為化石燃料的最大單一用戶和浪費能源的來源。

如此龐大的工程需要巨額的投資;當然,在電動汽車中,還有從新型風力渦輪機到電動汽車充電器的所有領域。按照目前的資本成本,[5]  根據我們的簡單預測,太陽能、風能和燃氣發電能力的擴建每年總計約 800 億美元。但是“當前”在那裡做了很多工作;可再生能源技術成本在過去十年急劇下降,彭博新能源財經預計,到 2030 年,太陽能和風能的成本將分別進一步下降 40% 和 20%。 [6] 此外,只關注成本而忽略了投資的好處:以每噸 50 美元的名義計算,到 2030 年,抵消碳排放的價值總計為 830 億美元。以每桶 50 美元計算,每年價值 1150 億美元的石油需求消失了。

天然氣生產商對電力的所有額外需求無疑會很高興。但由於天然氣只是這個簡單模型的塞子,暫時不要去阿巴拉契亞購買那個地塊。由此導致的天然氣價格上漲會產生其自身的影響。此外,隨著價格不斷下跌,風能和太陽能的增長速度可能會快於我們的假設。與此同時,鋰離子電池組成本自 2010 年以來下降了近 90%,預計到 2030 年將再下降 60%。 [7]

這裡的重點是,熱能系統的替代方案已經為我們提供了現代化動力,但同時也為我們帶來了氣候危機。更少的能源就是更多的效率提升 (Less-is-more Efficiency Gains) 提供了一個令人信服的理由來接受它們。

 


Reference: 

[1] 您會注意到我們的版本增加了高達 96.3 萬億 BTU 的一次能源消耗,而不是勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的 100.2 萬億 BTU。這是因為後者將可再生能源視為熱能,以使其與石油、天然氣和煤炭等主要能源相媲美。這增加了可再生能源的數量;我們已經對它們進行了調整以消除它。

[2] 預測取自 2020 年 1 月發布的 EIA 2020 年年度能源展望中的參考案例。

[3] 該預測的推導如下。根據其他實驗室為能源部高級研究項目局創建的“Supersankey”圖表,輕型汽車占美國石油能源需求的 54%。這意味著初級石油需求為 13.9 萬億英熱單位,假設熱效率為 21%,則有用能源消耗為 2.9 萬億英熱單位。假設所有車輛都以 77% 的效率通電,那麼 2.9 萬億相當於來自插座的 3.8 萬億電力(見此)。 EIA 預測,到 2030 年,車輛行駛里程將增長 9%,這意味著車隊所需的插座電力將略高於 4.1 萬億 BTU。

[4] 除了煤炭、石油、天然氣和可再生能源外,所有其他電力來源都保持不變以保持簡單。

[5] 根據“公用事業規模發電技術的資本成本和性能特徵估計”(能源信息署,2020 年 2 月)。

[6] 根據 BloombergNEF 的“2020 年新能源展望”(2020 年 11 月),預測 2020 年至 2030 年美國公用事業規模太陽能和陸上風電的平準化電力成本變化。

[7] 資料來源:彭博新能源財經的《2020 年新能源展望》(2020 年 11 月)。電池成本的預計下降假設繼續保持 18% 的學習率。

本專欄不一定反映編委會或 Bloomberg LP 及其所有者的意見。

聯繫本文作者:Liam Denning ldenning1@bloomberg.net 和 Elaine He 在 ehe36@bloomberg.net

聯繫負責這篇報導的編輯:Mark Gongloff 郵箱 mgongloff1@bloomberg.net