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下一个十年 电池革命将如何改变世界?

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-01-11  浏览次数:4
 从消费电子到电动汽车,电池正成为科学界一颗冉冉升起的新星。下一个十年,电池还将改变哪些领域?

瑞银集团估计,在未来10年,全球储能市场可能会增长到高达4260亿美元,当下有很多企业正在顺应这一潮流,包括化学品公司、电池制造商、汽车公司、太阳能公司和公共事业公司。

人们往往会高估一年的变化,也往往会低估十年的变化。2010年,电池为我们的手机和电脑供电;谁也没有预料到,到2020年,它也开始为我们的汽车和家庭提供动力。

在过去的十年里,锂离子电池产量的激增使得电动汽车的价格迅速下降,无论在性能上还是成本上,电动汽车在历史上第一次具有了商业可行性。锂电池将定义未来十年的下一步,则是大规模应用级储能。

随着气候危机的紧迫性越来越明显,电池储能成为全球向可再生能源转型的关键。在发电领域,太阳能和风能正在变得越来越重要,但是如果没有有效的储能技术,在没有阳光或没有风的时候,能源的需求还只能依赖于天然气和煤炭。因此,如果社会想要摆脱对化石燃料的依赖,没有大规模储能技术是不可能的。

根据UBS的预测,未来十年储能成本将下降66%至80%,全球储能市场规模将增长至4260亿美元。在此过程中,整个生态系统将不断成长演进,以支持电池供电的新时代,其影响将遍及社会每个角落。

电网的重塑

标普全球普氏能源资讯认为,电动汽车最快可能在未来两到三年内就能在高油价地区展现竞争力,如果电动汽车的增长速度快于预期,石油峰值可能会比预期提前到来。

美国知名上市综合金融服务公司考恩集团(Cowen)在最近给客户的一份报告中表示,全球电网“未来10年的变化,将比前100年还要多”。

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图为国家电网镇江电网侧储能电站

在政府补贴和法规逐渐向清洁能源倾斜的情况下,不断增长的储能市场为投资者提供了投资机遇。正如上世纪90年的半导体行业一样,竞争激烈的电池行业并不总是为投资者提供最佳回报。许多电池公司破产的事实表明,改变社会的产品可能不会给股东带来好处和利益。

JMP证券公司分析师Joe Osha表示,在未来5至10年内,电池企业在为电动汽车制造商服务过程中必须在降低价格方面做得更好。电池行业最终将有一些行业领军企业从中获利,但能否为股东创造巨大的回报,仍然充满不确定性。

相比瞄准纯电池企业,投资那些向低碳转型的能源公司显然机会更多。比如美国最大的家用太阳能公司Sunrun和美国最大的可再生能源公司之一NextEra Energy目前都在扩建其公用事业规模的储能设施。

当前,科学家们和企业正在不断尝试改变电池的成分,致力于下一代电池技术的突破。但清洁技术风投公司clean Energy Ventures的创始人Dan Goldman认为,投资人对创新性电池管理系统BMS更青睐有加,因为它们适用任何电池技术路线。

洛基山研究所的研究人员在题为《突破性电池:为清洁电气化时代提供动力》的研究报告当中写道,“要抓住基于电池的能源转型背后的巨大机遇”,不仅需要规划者、政策制定者和监管者,还需要投资者“采取一种生态系统方法来开发这些市场”。

电池:科学界冉冉升起的新星

最简单的电池技术可以追溯到两个多世纪以前。“电池”这个词本身是一个笼统的术语,因为电池有各种形状和尺寸—铅酸电池、镍铁电池、镍镉电池、镍氢电池等等。

即使是“锂离子电池”—它本身就是一个包罗万象的术语—在20世纪70年代被首次开发出来,并于1991年由索尼公司为其手持录像机进行商业化。如今,从iphone到医疗设备,从飞机到国际空间站,它们的身影无处不在。

今年的诺贝尔化学奖颁给了开发锂离子电池的三位科学家,或许是这些电池在现代社会中所扮演角色的最大标志。

“在过去的几十年里,锂离子电池的发展非常迅速,我们可以期待在电池技术方面有更多更重要的发现。”瑞典皇家科学院去年10月表示。“毫无疑问,这些未来的突破将进一步改善我们的生活,不仅是为了我们的便利,也是为了全球和当地环境,最终是为了我们整个星球的可持续性。”

电动汽车:远景可期

2008年,特斯拉推出了敞篷跑车,是第一家将电池驱动的汽车进行商业化的公司。在此之前,汽车制造商曾尝试过混合动力车型,但由于生产成本高昂,他们通常对全电动汽车望而却步。

但在过去十年里,消费者的口味已经发生了变化。随着监管的加强,尤其是欧洲多国宣布全面禁售燃油车时间表,传统汽车制造商不得不调整自身的策略。

现在,几乎所有的汽车制造商现在都提供或计划提供全电动,至少是混合动力车型。去年11月,福特推出了全电动版野马,该公司计划在2022年之前投入110亿美元用户开发40款全电动和混合动力车型,今年3月,大众汽车也调整自身的计划,在2028年前将其电动汽车的车型开发由之前的50款提高到70款。

电动车的电池组价格通常以每KWh的成本来衡量。在过去的十年里,随着生产的规模化,价格迅速走低。据彭博新能源财经的数据,目前成本约为156美元/KWh,较2010年1100美元/KWh的成本下降了85%。彭博新能源财经预计,到2024年,动力电池组的价格将降至100美元/KWh以下。届时,电动汽车可以在价格上与传统燃油汽车进行PK。

考恩集团(Cowen)的分析师Jeffrey Osborne最近在给客户的报告中称,"尽管电动车的概念并不新鲜,但在这个汽车周期中,与以往的不同之处在于可靠且低成本的电池,让电动汽车具有良好的电力储存和动力能力。"

统计数据显示,2018年全球新能源汽车保有量超过510万辆,其中插电式电动汽车的销售量已经达到了198万部,相比全球超过10亿辆的汽车总保有量,尽管市场份额很小,但新能源汽车对传统汽车的替代作用已经开始显现。根据彭博新能源财经预测,2040年,57%的新乘用车将是电动汽车,电动汽车的市场份额整体将超过30%。

特斯拉目前是全球最大的电动汽车制造商,虽然尚未实现年度盈利,但是最近一个季度已经开始扭亏为盈。从投资角度来看,这家公司的情况有些两极化,因为它经常达不到交货目标,以及首席执行官埃隆马斯克的行为有时也很古怪。

但该公司成功地降低了电池组的成本。这在一定程度上是因为特斯拉在内华达州斯帕克斯的超级工厂运营效率实现最大化,也因为该公司的住宅和公用事业储能分摊了电池生产的固定成本,还因为受益于政府补贴和超级工厂的运营流程的改进。

电池是电动汽车的心脏,也是不同电动汽车的关键差异所在,因为汽车的行驶距离,多长时间需要充电,都是由电池的能量决定的。

瑞士信贷在最近的一份报告中表示,针对特斯拉的电池开发能力应该给予更多的信任,该公司的股票评级低于预期,他表示,由于电池的能量密度等因素,该汽车制造商“在电气化方面比其他汽车制造商更有优势”。

不计政府补贴和汽油节省等因素,特斯拉的紧凑型Model 3起价39,990美元,这意味着它仍然比汽油动力的紧凑型汽车贵很多;另外汽车厂还必须解决续航里程和充电时间问题。这两大问题阻碍了电动车的普及和广泛应用。

但随着电池成本下降,标普全球普氏能源技术公司认为,电动汽车最快可能在未来两到三年内就能在高油价地区展现竞争力。

“特斯拉以一己之力带动了整个电动车行业。”IHS Markit全球无机材料总监Austin Devaney 认为,”电动汽车将开始吸引更多的人加入,因此未来几年电动汽车普及率将大幅上升。”

电池供应链的投资机遇

电池驱动的电动汽车仍然相对昂贵的主要原因是其生产所需的原材料成本。锂离子电池除了锂之外还需要钴和石墨等其他矿物质,以及镍、铝和锰等金属。

在锂的需求方面,电动汽车现在已经超过了消费电子产品。标普全球普氏能源资讯表示,尽管对稀土的需求不断增长,但在过去10年里,稀土价格大幅下跌,主要是由于电动汽车的销量低于预期,稀土产量的增长超过了电动汽车销售的增长。标普预计,未来五年交通和电力行业的需求将增长近两倍,随着“增长势头强劲,稀土的需求会超过供应。”

化学品公司Albemarle在世界各地都有锂矿,包括内华达州的Silver Peak和智利的Salar de Atacama等,很可能都是需求增长的受益者之一,过去几年里,该股一直表现不佳,去年对该股持有等同买入评级的华尔街分析师比例从80%降至了52%。

但并不是所有人都放弃了这支股票。Jefferies分析师Laurence Alexander去年12月表示,这是“3-5年来最引人入胜的故事之一”。他设定的目标价为83美元,比该股目前的交易价高出15%。

其他锂矿开采商还包括总部位于费城的Livent和智利公司Sociedad Quimica y Minera De Chile S.A等。

在构成电池组的电芯生产方面,这个市场主要是由松下、CATL、LG化学和比亚迪等亚洲公司主导,巴菲特的伯克希尔哈撒韦公司持有比亚迪近25%的股份。

松下与特斯拉是合作伙伴关系,LG化学为通用汽车和福特等公司生产电池。

去年12月,通用汽车和LG化学宣布,计划在2023年之前共同投资23亿美元,在俄亥俄州成立一家合资公司,专门生产电动电池。通用汽车首席执行官兼董事长Mary Barra在媒体发布会上表示:“新工厂将帮助我们实现规模化生产,将显著提高电动汽车的盈利能力和购买力。”

Devaney认为,电动汽车行业已经到达了一个“临界点”,现在,单体电芯和PACK之间的价差越来越小。“五年前……电动汽车还比较新奇……消费者不一定了解它的好处,现在他们已经改变了。”

从手机充电到家庭储能

与传统的消费电子领域相比,汽车行业需要更大更好的电池,来满足电动汽车的发展,而现在这种需求已经引发了连锁反应。由于太阳能价格下跌,加上政府补贴鼓励消费者转向可再生能源,户用储能系统正在快速增长。

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特斯拉的家庭储能系统Powerwall

JMP的Osha在11月给客户的报告中称,提供太阳能和储能的SunRun公司将在2020年迎来一个出色的财年,很大程度上归功于公司储能业务的增长潜力。

“无论从Sunrun本身还是从整个行业来看,户用储能已经从一个新奇的东西,越来越普遍地成为了家庭太阳能装置的一部分。”

特斯拉的户用储能系统Powerwall同样不可小觑,Baird分析师Ben Kallo表示,目前该公司的Powerwall电池被“低估”了,他预计随着利润率的提升和规模的增加,特斯拉储能业务将成为“前景广阔的领域”

这两家公司都提供包括光伏、储能在内的全面解决方案,但还有其他公司如Enphase Energy,只提供与现有太阳能系统集成的电池。Enphase是今年纳斯达克综合指数中表现最好的股票,上涨了465%。

下一步:大规模应用级储能

不过,储能的最大潜在市场不在个人消费者那里,而是大型公用事业公司。

未来的电网将有越来越多的电力是来自风能和光伏等可再生能源。可是,在没有找到有效的储能方案之前,这些间歇性的能源将继续依赖化石燃料进行调峰调频。

简而言之,目前电网的典型运行方式是,所使用的电力就在片刻之前产生。库存并不多,所以供求必须始终保持平衡。

不过,随着电池价格的下降,越来越多的公用事业公司将锂离子电池整合到他们的系统中。目前,它们主要被用来取代所谓的“峰值发电厂”——通常由天然气驱动的发电厂,只在需求高峰期使用。在那些需要持续供电的场所,储能电池开始替代柴油发电机。

政府的刺激措施以及太阳能和风能成本的下降也在加速能源储存的可行性。

“10年前,电池储能被寄希望于提高可再生能源在电网中的渗透率,今天,你可以看到,在未来10年里,这一愿望将成为现实。”Ultra Capital总经理Kristian Hanelt告诉CNBC。他补充说,公用事业公司有一个天然的优势,因为他们了解输电网,知道在哪里可以受益。

NextEra能源公司是美国最大的可再生能源供应商之一,其中包括储能产品。瑞信最近在给客户的一份报告中称,这是他们投资的重要原因之一,基于NextEra“对快速增长的可再生能源行业的大量投资”和“全球领先的大规模可再生能源开发业务”。其他储能公司还包括总部位于宾夕法尼亚州的EnerSys,以及在2月份宣布计划在未来5年内在亚利桑那州投资850兆瓦的电池储能的Pinnacle West Capital Corporation。

目前,全球最大的锂电池储能系统位于澳大利亚南部,由特斯拉提供。有100兆瓦的发电能力,这使得它在用电高峰期可以为3万户家庭供电。去年11月,运营该电站的法国Neoen公司宣布将继续扩容50%,将该储能电站发电能力提高到150兆瓦。

在詹姆斯敦附近举行的官方发布会上,特斯拉展示了世界上最大的锂电储能系统。

如果储能使风能和太阳能更可靠,可再生能源设备制造商和运营商以及化学和材料公司将从中受益。Osborne指出,随着可再生能源和电动汽车脱离电网,公用事业公司将需要新的软件来帮助他们了解电力需求。

“我们认为,电网走向智能化,是下一波IT支出的主要浪潮之一,也是一个在未来10至20年内逐渐显现的投资主题。从根本上说,智能电网是利用了整个网络的通信传感器进行的一项大规模的软件集成。”他说。

下一个十年

锂电进入电力系统并非一路坦途。首先,锂电的成本目前仍然偏高,是难以大规模进入电网的主要原因之一;其次,电池着火的事情还是经常发生,长时间储能锂电是不是最佳方案还有待商榷;第三,目前锂电需要的原材料钴,几乎一半来自于刚果。如何回收利用并减少对环境的影响也是值得关注的问题。

目前,整个全球有数十亿美金被用来寻找替代方案,比如固态电池和液流电池,但目前这两种方案都还不具备可行性。

虽然未来具体哪种电池会胜出还不得而知,但可以肯定的是,电池将在我们未来的生活中发挥更大的作用。

洛基山研究所的研究人员在《突破性电池:为清洁电气化时代提供动力》一书中写道:“随着电池制造业的大规模投资和技术的稳步进步,最早在2030年,电池将为我们的生活和能源系统带翻天覆地的变化。”

(注:本文原标题为“The battery decade: How energy storage could revolutionize industries in the next 10 years”,编译有删改。)

 
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