特斯拉的下一个战场——热泵

撰文 / 马晓蕾
            编辑 / 周   洲
            设计 / 师玉超
            来源 / 彭博社
            都说特斯拉投资者日让人很失望，没有发布什么新车的信息。但是马斯克却放出了一个大彩蛋，把近日在欧洲国家炙手可热的热泵捧上了天，预告了特斯拉可能考虑进入的一个新领域——家庭供暖。
            什么是热泵？
            根据特斯拉车辆工程副总裁拉斯·莫拉维（Lars Moravy）的说法，热泵（Heat Pump）就是一个反向工作的空调系统。
            通俗来讲，热泵并不产生热量，它只是热量的搬运工。热量可以自发地从高温物体传递到低温物体中去，但不能反向进行。热泵的工作原理就是以逆循环方式“强迫”热量从低温物体流向高温物体，先从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热能，经过电力做功，再向人们提供可被利用的高品位热能。
            因此，根据热源的不同，全球热泵市场也相应被分为了空气源热泵、水源热泵和地源热泵。其中，空气源热泵是最常用的，在未来几年内，它可能会引领全球热泵市场。
                        
            在电动车的用例中，特斯拉表示，热泵从车辆的动力系统中吸取多余的热量，并利用这一部分热量做很多事情，比如：温暖座舱、节省能源、提高长途驾驶的里程。
            按照马斯克的愿景，他不仅要在每一辆特斯拉汽车里安装热泵，最终还要把热泵装进千家万户。
            目前建筑物供暖基本依靠化石燃料燃烧，伴随着全球净零排放目标的制定和俄乌冲突带来的能源危机，依靠电力的热泵成为了全世界倍受关注的新能源技术。国际能源署（IEA）2022年11月发布报告称，由于全球能源危机加速了热泵的采用，未来几年全球热泵的销售量将飙升至创纪录水平。
            报告称，2021年，全球热泵销量增长了近15%，是过去十年平均水平的两倍，其中欧盟的销量增长了约35%。为应对全球能源危机，2022年的销售量将达到创纪录的水平，特别是在欧洲，一些国家在2022年上半年的销售量与2021年同期相比翻番。
            如果各国政府成功实现减排和能源安全目标，到2030年，欧盟的热泵年销售量将上升到700万台，而2021年为200万台。IEA估计，到2030年，热泵有可能使全球二氧化碳排放量减少至少5亿吨，相当于今天欧洲所有汽车的年二氧化碳排放量。
            目前，建筑供暖占欧盟天然气需求的三分之一。2025年，热泵可以减少近70亿立方米的天然气需求，几乎相当于跨亚德里亚海天然气管道2021年全年的输送量。
            如果欧盟的气候目标得以实现，到2030年，每年节省的天然气将增长到至少210亿立方米。根绝雅虎财经的预测，届时全球热泵市场将达到810亿美元的规模。
            为什么电动车要安装热泵？
                        
            目前，纯电动汽车空调大多采用PTC（Positive Temperature Coefficient）热敏电阻技术，直接将电能转化为热能，但消耗电能意味着会牺牲电动车的续航里程，导致了严重的续航衰减。暖风空调成为了电动车的耗电大户，“电动车主冬天不敢开空调”透露着无奈。
            根据彭博社报道，装有热泵的电动汽车平均比其官方续航里程少了25.4%，而那些没有装热泵的汽车则少了33.6%。此外，热泵通常可以由手机远程控制，允许车主在出发前预热车辆。
            Model Y是特斯拉首款搭载热泵系统的车型，随后新款海外版Model 3、Model S和Model X也都将其作为了标配。按照马斯克的计划，最终每一辆特斯拉汽车都会使用热泵空调。
            在汽车上使用热泵并不是什么新鲜事。豪华电动车保时捷Taycan、奥迪R8、奥迪Q7e-tron、宝马i3和捷豹i-Pace等车型上都配备了热泵空调。也有品牌将热泵作为高配选装项，例如，现代Ioniq 5和斯柯达Enyaq iV。
            根据国金证券研究所此前发布的一份报告，预计2025年车载热泵空调将会达到30%的市场渗透率。
            虽然热泵在电动汽车上会越来越常见，但特斯拉说，它的热泵与其他热泵不同，有一个叫做“超级歧管”的设计，这是一个两层PCV组件，还有一个“八角阀”热泵模块，这是为了帮助提高系统的效率和与车辆其他部分的整合。特斯拉称，其系统实际上可以自己产生热量来保持车厢温暖，而不是依赖动力系统产生的热量。
            特斯拉还降低了热泵的复杂性，例如，工程师们需要一种新的冷却剂环路配置，因此他们将两个阀门合并为一个阀门，同时进行。一位发言人说，他们把一个通常是15-20个部件的组件，合并成一个单元。此外，超级歧管的采用使特斯拉能够大大减少组件的数量。
            最终，这使得热泵的生产制造更简单、更节省成本。
            家庭热泵普及现实吗？
                        
            特斯拉已经为家庭用户推出了太阳能电池板和家用电池，显然，家用热泵是特斯拉的下一个战场。
            热泵传统的电加热器效率更高。电加热器用一单位的电力产生一单位的热量，而热泵的效率是其2到3倍，在理想的条件下，最高能达到5倍。
            但热泵的前期采用成本比其他替代品都要高，购买和安装热泵的成本可能是燃气锅炉成本的2-4倍，后期的使用成本也会更高。
            以英国为例，该国大约85%的人目前用燃气壁挂锅炉取暖，随着天然气价格上涨，英国人开始考虑改用电取暖。最直接的替代品是热泵。英国政府的目标是，到2028年，每年安装60万台新的热泵。但热泵将不可避免地增加电力需求，英国的电力比天然气贵三倍，用电取暖的成本大约是用天然气取暖的两倍。
            此外，到2030年，全球热泵供应和安装可能需要超过130万名工人，几乎是目前的三倍，可能会造成熟练劳动力短缺，特别是安装人员。特别培训计划和将热泵纳入水管工和电气工程师的认证中，有助于避免熟练劳动力短缺的风险。
            由于存在这些前期成本和工人培训等瓶颈问题，家庭热泵的普及需要政府的政策扶持。已经有30多个国家为热泵提供了财政激励措施，这些国家目前的供暖需求超过了70%。其中许多国家还为低收入家庭提供额外的支持，在这些家庭中，热泵的节能效果非常显著，占家庭收入的2%至6%。
            到2030年，为实现气候承诺，全球对热泵的额外前期投资每年达到1600亿美元。
            IEA署长法提赫·比罗尔（Fatih Birol）说：“热泵市场腾飞的所有因素都已到位，让人想起太阳能光伏和电动汽车等其他关键气候技术发展的轨迹。热泵解决了政策制定者对能源可负担性、供应安全和气候危机的许多最紧迫的关注。今天，政策措施已经到位，但它们迫切需要加强，使热泵发挥其巨大的经济和环境潜力。”
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