鉅大LARGE | 點擊量：744次 | 2021年10月15日
電池革命下一步：大規(guī)模應(yīng)用級儲能
從消費電子到電動汽車，電池正成為科學(xué)界一顆冉冉升起的新星。下一個十年，電池還將改變什么領(lǐng)域？
核心視角：
在過去的十年里，鋰離子電池產(chǎn)量的激增導(dǎo)致價格下降了85%，這使得電動汽車和儲能在商業(yè)上首次成為可能；
電池是擺脫對化石燃料依賴的關(guān)鍵，并將在未來十年扮演更重要的角色；
瑞銀集團估計，在未來10年，全球儲能市場可能會上升到高達(dá)4260億美元，當(dāng)下有很多公司正在順應(yīng)這一潮流，包括化學(xué)品公司、電池制造商、汽車公司、太陽能公司和公共事業(yè)公司。
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-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
人們往往會高估一年的變化，也往往會低估十年的變化。2010年，電池為我們的手機和電腦供電；誰也沒有預(yù)料到，到2020年，它也開始為我們的汽車和家庭供應(yīng)動力。
在過去的十年里，鋰離子電池產(chǎn)量的激增使得電動汽車的價格迅速下降，無論在性能上還是成本上，電動汽車在歷史上第一次具有了商業(yè)可行性。鋰離子電池將含義未來十年的下一步，則是大規(guī)模應(yīng)用級儲能。
隨著氣候危機的緊迫性越來越明顯，電池儲能成為全球向可再生能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。在發(fā)電領(lǐng)域，太陽能和風(fēng)能正在變得越來越重要，但是假如沒有有效的儲能技術(shù)，在沒有陽光或沒有風(fēng)的時候，能源的需求還只能依賴于天然氣和煤炭。因此，假如社會想要擺脫對化石燃料的依賴，沒有大規(guī)模儲能技術(shù)是不可能的。
根據(jù)UBS的預(yù)測，未來十年儲能成本將下降66%至80%，全球儲能市場規(guī)模將上升至4260億美元。在此過程中，整個生態(tài)系統(tǒng)將不斷成長演進(jìn)，以支持電池供電的新時代，其影響將遍及社會每個角落。
電網(wǎng)的重塑
標(biāo)普全球普氏能源資訊認(rèn)為，電動汽車最快可能在未來兩到三年內(nèi)就能在高油價地區(qū)展現(xiàn)競爭力，假如電動汽車的上升速度快于預(yù)期，石油峰值可能會比預(yù)期提前到來。
美國知名上市綜合金融服務(wù)公司考恩集團（Cowen）在最近給客戶的一份報告中表示，全球電網(wǎng)“未來10年的變化，將比前100年還要多”。
在政府補貼和法規(guī)逐漸向清潔能源傾斜的情況下，不斷上升的儲能市場為投資者供應(yīng)了投資機遇。正如上世紀(jì)90年的半導(dǎo)體行業(yè)相同，競爭激烈的電池行業(yè)并不總是為投資者供應(yīng)最佳回報。許多電池公司破產(chǎn)的事實表明，改變社會的產(chǎn)品可能不會給股東帶來好處和利益。
JMP證券公司分析師JoeOsha表示，在未來5至10年內(nèi)，電池公司在為電動汽車制造商服務(wù)過程中必須在降低價格方面做得更好。電池行業(yè)最終將有一些行業(yè)領(lǐng)軍公司從中獲利，但能否為股東創(chuàng)造巨大的回報，仍然充滿不確定性。
相比瞄準(zhǔn)純電池公司，投資那些向低碳轉(zhuǎn)型的能源公司顯然機會更多。比如美國最大的家用太陽能公司Sunrun和美國最大的可再生能源公司之一NextEraEnergy目前都在擴建其公用事業(yè)規(guī)模的儲能設(shè)施。
當(dāng)前，科學(xué)家們和公司正在不斷嘗試改變電池的成分，致力于下一代電池技術(shù)的突破。但清潔技術(shù)風(fēng)司cleanEnergyVentures的創(chuàng)始人DanGoldman認(rèn)為，投資人對創(chuàng)新性電池管理系統(tǒng)BMS更青睞有加，因為它們適用任何電池技術(shù)路線。
洛基山研究所的研究人員在題為《突破性電池:為清潔電氣化時代供應(yīng)動力》的研究報告當(dāng)中寫道，“要抓住基于電池的能源轉(zhuǎn)型背后的巨大機遇”，不僅要規(guī)劃者、政策制定者和監(jiān)管者，還要投資者“采取一種生態(tài)系統(tǒng)方法來開發(fā)這些市場”。
電池：科學(xué)界冉冉升起的新星
最簡單的電池技術(shù)可以追溯到兩個多世紀(jì)以前?！半姵亍边@個詞本身是一個籠統(tǒng)的術(shù)語，因為電池有各種形狀和尺寸—鉛酸電池、鎳鐵電池、鎳鎘電池、鎳氫電池等等。
即使是“鋰離子電池”—它本身就是一個包羅萬象的術(shù)語—在20世紀(jì)70年代被首次開發(fā)出來，并于1991年由索尼公司為其手持錄像機進(jìn)行商業(yè)化。如今，從iphone到醫(yī)療設(shè)備，從飛機到國際空間站，它們的身影無處不在。
浙江湖州的一家廠里，工人們正在為電動汽車生產(chǎn)鋰離子電池
今年的諾貝爾化學(xué)獎頒給了開發(fā)鋰離子電池的三位科學(xué)家，或許是這些電池在現(xiàn)代社會中所扮演角色的最大標(biāo)志。
“在過去的幾十年里，鋰離子電池的發(fā)展非常迅速，我們可以期待在電池技術(shù)方面有更多更重要的發(fā)現(xiàn)。”瑞典皇家科學(xué)院去年十月表示?！昂翢o疑問，這些未來的突破將進(jìn)一步改善我們的生活，不僅是為了我們的便利，也是為了全球和當(dāng)?shù)丨h(huán)境，最終是為了我們整個星球的可持續(xù)性?！?/p>
電動汽車：遠(yuǎn)景可期
2008年，特斯拉推出了敞篷跑車，是第一家將電池驅(qū)動的汽車進(jìn)行商業(yè)化的公司。在此之前，汽車制造商曾嘗試過混合動力車型，但由于生產(chǎn)成本高昂，他們通常對全電動汽車望而卻步。
但在過去十年里，消費者的口味已經(jīng)發(fā)生了變化。隨著監(jiān)管的加強，尤其是歐洲多國宣布全面禁售燃油車時間表，傳統(tǒng)汽車制造商不得不調(diào)整自身的策略。
現(xiàn)在，幾乎所有的汽車制造商現(xiàn)在都供應(yīng)或計劃供應(yīng)全電動，至少是混合動力車型。去年十一月，福特推出了全電動版野馬，該公司計劃在2022年之前投入110億美元用戶開發(fā)40款全電動和混合動力車型，今年三月，大眾汽車也調(diào)整自身的計劃，在2028年前將其電動汽車的車型開發(fā)由之前的50款提高到70款。
鋰離子電池
電動汽車的電池組價格通常以每KWh的成本來衡量。在過去的十年里，隨著生產(chǎn)的規(guī)?；?，價格迅速走低。據(jù)彭博新能源財經(jīng)的數(shù)據(jù)，目前成本約為156美元/KWh，較2010年1100美元/KWh的成本下降了85%。彭博新能源財經(jīng)預(yù)計，到2024年，動力鋰離子電池組的價格將降至100美元/KWh以下。屆時，電動汽車可以在價格上與傳統(tǒng)燃油汽車進(jìn)行PK。
考恩集團（Cowen）的分析師JeffreyOsborne最近在給客戶的報告中稱，"盡管電動汽車的概念并不新鮮，但在這個汽車周期中，與以往的不同之處在于可靠且低成本的電池，讓電動汽車具有良好的電力儲存和動力能力。"
統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2018年全球新能源汽車保有量超過510萬輛，其中插電式電動汽車的銷售量已經(jīng)達(dá)到了198萬部，相比全球超過10億輛的汽車總保有量，盡管市場份額很小，但新能源汽車對傳統(tǒng)汽車的替代用途已經(jīng)開始顯現(xiàn)。根據(jù)彭博新能源財經(jīng)預(yù)測，2040年，57%的新乘用車將是電動汽車，電動汽車的市場份額整體將超過30%。
特斯拉目前是全球最大的電動汽車制造商，雖然尚未實現(xiàn)年度盈利，但是最近一個季度已經(jīng)開始扭虧為盈。從投資角度來看，這家公司的情況有些兩極化，因為它經(jīng)常達(dá)不到交貨目標(biāo)，以及首席執(zhí)行官埃隆馬斯克的行為有時也很古怪。
但該公司成功地降低了電池組的成本。這在一定程度上是因為特斯拉在內(nèi)華達(dá)州斯帕克斯的超級廠運營效率實現(xiàn)最大化，也因為該公司的住宅和公用事業(yè)儲能分?jǐn)偭穗姵厣a(chǎn)的固定成本，還因為受益于政府補貼和超級廠的運營流程的改進(jìn)。
電池是電動汽車的心臟，也是不同電動汽車的關(guān)鍵差異所在，因為汽車的行駛距離，多長時間要充電，都是由電池的能量決定的。
瑞士信貸在最近的一份報告中表示，針對特斯拉的電池開發(fā)能力應(yīng)該給予更多的信任，該公司的股票評級低于預(yù)期，他表示，由于電池的能量密度等因素，該汽車制造商“在電氣化方面比其他汽車制造商更加有優(yōu)勢”。
不計政府補貼和汽油節(jié)省等因素，特斯拉的緊湊型Model3起價39,990美元，這意味著它仍然比汽油動力的緊湊型汽車貴很多；另外汽車廠還必須解決續(xù)航里程和充電時間問題。這兩大問題阻礙了電動汽車的普及和廣泛應(yīng)用。
但隨著電池成本下降，標(biāo)普全球普氏能源技術(shù)公司認(rèn)為，電動汽車最快可能在未來兩到三年內(nèi)就能在高油價地區(qū)展現(xiàn)競爭力。
“特斯拉以一己之力帶動了整個電動汽車行業(yè)?！盜HSMarkit全球無機材料總監(jiān)AustinDevaney認(rèn)為，”電動汽車將開始吸引更多的人加入，因此未來幾年電動汽車普及率將大幅上升?！?/p>
電池供應(yīng)鏈的投資機遇
電池驅(qū)動的電動汽車仍然相對昂貴的重要原因是其生產(chǎn)所需的原材料成本。鋰離子電池除了鋰之外還要鈷和石墨等其他礦物質(zhì)，以及鎳、鋁和錳等金屬。
在鋰的需求方面，電動汽車現(xiàn)在已經(jīng)超過了消費電子產(chǎn)品。標(biāo)普全球普氏能源資訊表示，盡管對稀土的需求不斷上升，但在過去10年里，稀土價格大幅下跌，重要是由于電動汽車的銷量低于預(yù)期，稀土產(chǎn)量的上升超過了電動汽車銷售的上升。標(biāo)普預(yù)計，未來五年交通和電力行業(yè)的需求將上升近兩倍，隨著“上升勢頭強勁，稀土的需求會超過供應(yīng)。”
化學(xué)品公司Albemarle在世界各地都有鋰礦，包括內(nèi)華達(dá)州的SilverPeak和智利的SalardeAtacama等，很可能都是需求上升的受益者之一，過去幾年里，該股一直表現(xiàn)不佳，去年對該股持有等同買入評級的華爾街分析師比例從80%降至了52%。
但并不是所有人都放棄了這支股票。Jefferies分析師LaurenceAlexander去年十二月表示，這是“3-5年來最引人入勝的故事之一”。他設(shè)定的目標(biāo)價為83美元，比該股目前的交易價高出15%。
其他鋰礦開采商還包括總部位于費城的Livent和智利公司SociedadQuimicayMineraDeChileS.A等。
智利北部阿塔卡馬鹽灘上的鋰礦鹵水池和加廠
在構(gòu)成電池組的電芯生產(chǎn)方面，這個市場重要是由松下、CATL、LG化學(xué)和比亞迪等亞洲公司主導(dǎo)，巴菲特的伯克希爾哈撒韋公司持有比亞迪近25%的股份。
松下與特斯拉是合作伙伴關(guān)系，LG化學(xué)為通用汽車和福特等公司生產(chǎn)電池。
去年十二月，通用汽車和LG化學(xué)宣布，計劃在2023年之前共同投資23億美元，在俄亥俄州成立一家合資公司，專門生產(chǎn)電動電池。通用汽車首席執(zhí)行官兼董事長MaryBarra在媒體公布會上表示:“新廠將幫助我們實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，將顯著提高電動汽車的盈利能力和購買力。”
Devaney認(rèn)為，電動汽車行業(yè)已經(jīng)到達(dá)了一個“臨界點”，現(xiàn)在，單體電芯和PACK之間的價差越來越小?！拔迥昵啊妱悠囘€比較新奇……消費者不一定了解它的好處，現(xiàn)在他們已經(jīng)改變了?！?/p>
從手機充電到家庭儲能
與傳統(tǒng)的消費電子領(lǐng)域相比，汽車行業(yè)要更大更好的電池，來滿足電動汽車的發(fā)展，而現(xiàn)在這種需求已經(jīng)引發(fā)了連鎖反應(yīng)。由于太陽能價格下跌，加上政府補貼鼓勵消費者轉(zhuǎn)向可再生能源，戶用儲能系統(tǒng)正在快速上升。
特斯拉的家庭儲能系統(tǒng)Powerwall
JMP的Osha在十一月給客戶的報告中稱，供應(yīng)太陽能和儲能的SunRun公司將在2020年迎來一個出色的財年，很大程度上歸功于公司儲能業(yè)務(wù)的上升潛力。
“無論從Sunrun本身還是從整個行業(yè)來看，戶用儲能已經(jīng)從一個新奇的東西，越來越普遍地成為了家庭太陽能裝置的一部分?！?/p>
特斯拉的戶用儲能系統(tǒng)Powerwall同樣不可小覷，Baird分析師BenKallo表示，目前該公司的Powerwall電池被“低估”了，他預(yù)計隨著利潤率的提升和規(guī)模的新增，特斯拉儲能業(yè)務(wù)將成為“前景廣闊的領(lǐng)域”
這兩家公司都供應(yīng)包括光伏、儲能在內(nèi)的全面解決方法，但還有其他公司如EnphaseEnergy，只供應(yīng)與現(xiàn)有太陽能系統(tǒng)集成的電池。Enphase是今年納斯達(dá)克綜合指數(shù)中表現(xiàn)最好的股票，上漲了465%。
下一步：大規(guī)模應(yīng)用級儲能
不過，儲能的最大潛在市場不在個人消費者那里，而是大型公用事業(yè)公司。
未來的電網(wǎng)將有越來越多的電力是來自風(fēng)能和光伏等可再生能源。可是，在沒有找到有效的儲能方法之前，這些間歇性的能源將繼續(xù)依賴化石燃料進(jìn)行調(diào)峰調(diào)頻。
夏威夷考艾島的拉瓦伊光儲項目
簡而言之，目前電網(wǎng)的典型運行方式是，所使用的電力就在片刻之前出現(xiàn)。庫存并不多，所以供求必須始終保持平衡。
不過，隨著電池價格的下降，越來越多的公用事業(yè)公司將鋰離子電池整合到他們的系統(tǒng)中。目前，它們重要被用來取代所謂的“峰值發(fā)電廠”——通常由天然氣驅(qū)動的發(fā)電廠，只在需求高峰期使用。在那些要持續(xù)供電的場所，儲能電池開始替代柴油發(fā)電機。
政府的刺激措施以及太陽能和風(fēng)能成本的下降也在加速能源儲存的可行性。
“10年前，電池儲能被寄希望于提高可再生能源在電網(wǎng)中的滲透率，今天，你可以看到，在未來10年里，這一愿望將成為現(xiàn)實。”UltraCapital總經(jīng)理KristianHanelt告訴CNBC。他補充說，公用事業(yè)公司有一個天然的優(yōu)勢，因為他們了解輸電網(wǎng)，了解在哪里可以受益。
NextEra能源公司是美國最大的可再生能源供應(yīng)商之一，其中包括儲能產(chǎn)品。瑞信最近在給客戶的一份報告中稱，這是他們投資的重要原因之一，基于NextEra“對快速上升的可再生能源行業(yè)的大量投資”和“全球領(lǐng)先的大規(guī)?？稍偕茉撮_發(fā)業(yè)務(wù)”。其他儲能公司還包括總部位于賓夕法尼亞州的EnerSys，以及在二月份宣布計劃在未來5年內(nèi)在亞利桑那州投資850兆瓦的電池儲能的PinnacleWestCapitalCorporation。
目前，全球最大的鋰離子電池儲能系統(tǒng)位于澳大利亞南部，由特斯拉供應(yīng)。有100兆瓦的發(fā)電能力，這使得它在用電高峰期可以為3萬戶家庭供電。去年十一月，運營該電站的法國Neoen公司宣布將繼續(xù)擴容50%，將該儲能電站發(fā)電能力提高到150兆瓦。
在詹姆斯敦附近舉辦的官方公布會上，特斯拉展示了世界上最大的鋰電儲能系統(tǒng)。
假如儲能使風(fēng)能和太陽能更可靠，可再生能源設(shè)備制造商和運營商以及化學(xué)和材料公司將從中受益。Osborne指出，隨著可再生能源和電動汽車脫離電網(wǎng)，公用事業(yè)公司將要新的軟件來幫助他們了解電力需求。
“我們認(rèn)為，電網(wǎng)走向智能化，是下一波IT支出的重要浪潮之一，也是一個在未來10至20年內(nèi)逐漸顯現(xiàn)的投資主題。從根本上說，智能電網(wǎng)是利用了整個網(wǎng)絡(luò)的通信傳感器進(jìn)行的一項大規(guī)模的軟件集成?！彼f。
下一個十年
鋰電進(jìn)入電力系統(tǒng)并非一路坦途。首先，鋰電的成本目前仍然偏高，是難以大規(guī)模進(jìn)入電網(wǎng)的重要原因之一；其次，電池著火的事情還是經(jīng)常發(fā)生，長時間儲能鋰電是不是最佳方法還有待商榷；第三，目前鋰電要的原材料鈷，幾乎一半來自于剛果。如何回收利用并減少對環(huán)境的影響也是值得關(guān)注的問題。
目前，整個全球有數(shù)十億美金被用來尋找替代方法，比如固態(tài)電池和液流電池，但目前這兩種方法都還不具備可行性。
雖然未來具體哪種電池會勝出還不得而知，但可以肯定的是，電池將在我們未來的生活中發(fā)揮更大的用途。
洛基山研究所的研究人員在《突破性電池:為清潔電氣化時代供應(yīng)動力》一書中寫道:“隨著電池制造業(yè)的大規(guī)模投資和技術(shù)的穩(wěn)步進(jìn)步，最早在2030年，電池將為我們的生活和能源系統(tǒng)帶翻天覆地的變化?！?/p>
