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實現(xiàn)電池能量存儲的方式有哪些?

鉅大LARGE  |  點擊量:3432次  |  2019年12月25日  

沒有人懷疑儲能的未來前景,但現(xiàn)在卻少有人愿意為它買單,最重要的原因之一貴!北京百能匯通科技有限公司總經(jīng)理陸克直截了當(dāng)?shù)卣f。


如果不是幾年前選擇回國創(chuàng)業(yè),從哈佛大學(xué)肯尼迪政府學(xué)院畢業(yè)的陸克,可能還在美國紐約聯(lián)合國總部做著一份穩(wěn)定的顧問工作,然而他卻選擇了另一條道路。在聯(lián)合國,你一眼就能看到20年后的自己,陸克笑著說,但我是一個理想主義者。


這個1975年出生的海歸創(chuàng)業(yè)者身上的確滲透著些許理想主義的氣質(zhì)。他會講述2004年前中國國家主席胡錦濤與前聯(lián)合國秘書長安南會面時討論新能源問題的熱烈場景;也會引用《第三次工業(yè)革命》作者里夫金(JeremyRifkin)中對儲能的展望:未來通用目的的儲能技術(shù)很快會改變我們的歷史。


但陸克同時強調(diào):儲能是世界難題,而我們在挑戰(zhàn)世界難題。話語中既有對堅持的認(rèn)可,也暗含著隱約的不確定性。


儲能行業(yè)的現(xiàn)實并不如理想中的美妙。據(jù)中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟項目庫的不完全統(tǒng)計,全球儲能項目在電力系統(tǒng)的裝機總量截至2013年10月僅僅約為726.7MWH(不包含抽水蓄能、壓縮空氣儲能及儲熱),美國占比45%。相比之下,中國僅在2013年新增的光伏裝機就達到12GW,新增風(fēng)能裝機則達到約16GW。毫無疑問,在全球范圍來說,這是個剛剛開始萌芽的市場。


從公司角度看,盡管從本世紀(jì)初開始,進入儲能行業(yè)發(fā)展的創(chuàng)業(yè)公司前赴后繼,但卻多數(shù)維持著慘淡經(jīng)營,或者半途而終。


就在今年1月下旬,美國得州一家專注儲能設(shè)備提供和清潔能源管理的創(chuàng)業(yè)公司極限能源(XtremePower)宣布因資金鏈斷裂而申請破產(chǎn)保護。據(jù)媒體報道,該公司賬面上僅剩3.4萬美元現(xiàn)金,負(fù)債1,000萬美元,而此前它已經(jīng)完成12個清潔能源相關(guān)的儲能項目,累計裝機容量達60MWH。


在陸克看來,高成本是橫在儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展面前的一座大山。毫無疑問,需求存在:2012年中國由于電網(wǎng)容量等問題直接浪費的風(fēng)力發(fā)電電量就達200億度;美國的峰值電價是谷值電價的30倍以上,中國的峰值電價是谷值電價的3-4倍,通過儲能來進行峰谷價差的交易,其市場空間廣闊。


然而,目前化學(xué)儲能的平均充放電成本在1.5元/千瓦時/次高出電網(wǎng)的峰值電價,因而,這種原本雪中送炭的需求變成了錦上添花的東西成為沒有對應(yīng)支付能力的、無意義的需求,陸克說,而這正是百能突破的核心。


2008年2月,百能匯通的前身匯能公司成立,陸克作為創(chuàng)始人之一加入。百能匯通是專注鋅溴電池研發(fā)、制造的公司,它與業(yè)內(nèi)另外一家名聲更大的液流電池供應(yīng)商普能有著深厚的淵源。2007年成立的普能同時在全釩電池和鋅溴電池兩個方向研發(fā),并得到天使投資人江南春300萬美元的資助。


在公司準(zhǔn)備進一步融資前夕,為了讓融資金額最大化,普能和匯能分別獨立融資發(fā)展,普能專注全釩電池,匯能聚焦鋅溴電池。


實現(xiàn)能量存儲的方式很多。從技術(shù)角度分類,儲能技術(shù)可以分為物理儲能(如抽水儲能、壓縮空氣儲能)、化學(xué)儲能和電磁儲能3大類,其中化學(xué)儲能是近年來發(fā)展最快的領(lǐng)域。化學(xué)儲能同樣是個龐大的家族,包括鈉硫電池、液流電池、鉛酸電池、鋰離子電池、超級電容器等等。中國電池網(wǎng),最具價值的電池行業(yè)垂直門戶,www.itdcw.com。


然而,根據(jù)各自的特點,它們適用的領(lǐng)域也各不相同。例如,超級電容、鋰離子電池偏動力型,更適用于按分鐘進行短周期充放電的應(yīng)用領(lǐng)域;而液流電池則是涓涓細(xì)流型,更適用于按小時進行長時間充放電的較大型儲能項目,比如電網(wǎng)的調(diào)峰調(diào)谷、風(fēng)能、太陽能穩(wěn)定上網(wǎng)的配套緩存、微電網(wǎng)等。


全釩電池和鋅溴電池都屬于化學(xué)儲能中的液流電池。從2012年9月美國能源局與美國電科院聯(lián)合發(fā)布的儲能項目比較數(shù)據(jù)來看,全礬電池與鋅溴電池的性能指標(biāo)相當(dāng)。但從度電成本上來看,鋅溴電池更具優(yōu)勢這主要源于鋅溴電池在原材料成本方面的優(yōu)勢。


但事實的發(fā)展卻并非如此,短短幾年,中國的釩電池廠商已經(jīng)快速發(fā)展到10多家。這主要是因為釩電池的產(chǎn)業(yè)鏈條比較成熟,進入電池集成領(lǐng)域較為容易;而鋅溴電池從材料研發(fā)到工藝的技術(shù)門檻都很高,所以進入者較少。百能匯通總工程師孟琳說,他是公司的創(chuàng)始團隊成員之一。


專注全釩電池的普能就走了一條電池集成的道路。2009年初,普能以極低的價格蛇吞象式地收購了因資金鏈斷裂而破產(chǎn)的全球最大礬電池生產(chǎn)商加拿大VRB公司(VRBPower),此后陸續(xù)引入包括多家著名投資機構(gòu)累計3,200萬美元的融資,并由此在全球液流電池領(lǐng)域占據(jù)了一席之地。


百能匯通成立伊始也曾考慮過做鋅溴電池集成,但很快轉(zhuǎn)變了方向。一方面集成出來的電池成本太高;另一方面鋅溴電池的核心隔膜材料技術(shù)為日本旭化成公司(AsahiKaseiCorp.)獨家掌控,他們拒絕為中國公司供貨。陸克回憶說,百能匯通是被逼上了自主創(chuàng)新的道路。然而,從配方到工藝流程,再到工藝設(shè)備,這一徹底自我研發(fā)道路的選擇意味著5年多時間的漫長投入。


北京通州中關(guān)村科技園里的一幢獨立3層辦公樓是百能匯通現(xiàn)在的生產(chǎn)基地、研發(fā)中心和辦公場所。在人數(shù)最多時,北京百能僅研發(fā)人員就達到了100多人。鋅溴電池的研發(fā)是一個跨越7大學(xué)科的復(fù)雜體系,每個方向都需要一些經(jīng)驗豐富的帶頭人。陸克解釋說。


這是百能內(nèi)部一場挑戰(zhàn)極大的鋅溴電池成本瘦身運動。從電池隔膜、極板、電解液,到設(shè)備生產(chǎn)線、電池管理系統(tǒng)等等,要降低成本到極致,就不能放過任何一個可能增加成本的環(huán)節(jié)。我們不僅要做基礎(chǔ)研究,還要做產(chǎn)業(yè)化;我們不是在做一個作品,而是要做出可以規(guī)模化生產(chǎn)的產(chǎn)品,并且成本要降低到以往的1/3。陸克說。


隔膜是鋅溴電池中最核心的部件之一。目前全球第一大鋅溴電池生產(chǎn)商ZBB能源公司(ZBBEnergyCorporation,NYSE:ZBB)生產(chǎn)的鋅溴電池中,隔膜的成本大約占電池總成本的40%,而他們的隔膜正是采購于旭化成公司。要研發(fā)出自己的隔膜,必須從材料配方開始。這不像寫一段程序那樣輕松,可以直接通過運行檢驗?zāi)睦镉袉栴},這是一項耗費時間、精力的基礎(chǔ)研究,必須反復(fù)嘗試和探索,在千萬次測試中找出最合適的配方。陸克說。


最終百能做出了自己的電池隔膜。經(jīng)第三方權(quán)威機構(gòu)檢測,性能指標(biāo)與旭化成公司不相上下,某些指標(biāo)甚至更加出色。最為關(guān)鍵的是,隔膜成本降低到外界采購的1/3到1/4。


電解液是電池成本中另一個重要構(gòu)成。以往鋅溴電池生產(chǎn)商基本通過以色列化工采購,每噸的價格需要1萬多美元。通過自己研發(fā)配方,百能將電解液成本節(jié)約了一半。我們的設(shè)備生產(chǎn)線全部是自己設(shè)計的。孟琳頗為驕傲地說。通過工藝改進和優(yōu)化,百能的電池部件生產(chǎn)不僅簡化了生產(chǎn)步驟,降低了成本,還確保產(chǎn)品規(guī)?;a(chǎn)時的高度均一性。


經(jīng)過5年多研發(fā),去年第三季度,百能匯通終于打通整個鋅溴電池產(chǎn)業(yè)鏈條上的所有環(huán)節(jié)完全掌握自主知識產(chǎn)權(quán),將產(chǎn)品成本做到了不到競爭對手的1/2。如果不付出這樣的時間和代價,我們永遠(yuǎn)不知道如何大幅度降低成本,而我們的競爭對手們?nèi)匀辉谧咧叱杀镜募傻缆贰j懣藦娬{(diào)。


不過,陸克并不滿足。根據(jù)美國電力研究院的數(shù)據(jù),利用均化能源成本(levelizedcostofenergy,LCOE)的方法計算,儲能產(chǎn)品的價格只有在300美元/千萬時以內(nèi)才具備商業(yè)價值這與當(dāng)前儲能產(chǎn)品的價格相差甚遠(yuǎn),全礬電池的市場售價目前超過7,000元/千瓦時,而ZBB鋅溴電池在中國建立的合資企業(yè)的售價則在6,000元/千瓦時。


這一高昂的成本和價格讓儲能廠商處于發(fā)展的尷尬境地。在紐約證交所上市的ZBB公司,長期處于虧損的狀態(tài),目前股價已經(jīng)跌入1美元以下;而更多的儲能公司為了搶占市場,不惜長期虧本擴張,其風(fēng)險是一旦資金鏈條斷裂,則陷入破產(chǎn)的邊緣。


與競爭對手不同,因為突破了產(chǎn)業(yè)鏈上的所有技術(shù)瓶頸,我們完全可以利用規(guī)模優(yōu)勢來進一步大幅降低電池成本,預(yù)計到2015年,我們的電池成本將達到300美元/千瓦時以下的目標(biāo)。根據(jù)我們的估算,在電池的整個生命周期里,分?jǐn)偤蟮亩入姵杀緦⒖梢赃_到0.46元/千瓦時。陸克說。


顯然,從分?jǐn)偝杀镜慕嵌葋砜矗姵氐姆€(wěn)定性是另一個核心技術(shù)要素。目前,百能匯通的滿負(fù)荷年產(chǎn)能為10MW。一旦市場需要,我們具備快速擴產(chǎn)的能力。陸克表示。


然而,如何喚醒儲能市場可能是擺在陸克面前的最大挑戰(zhàn)而這并不是一兩家公司可以應(yīng)對的問題。截止到目前,中國政府并沒有任何針對儲能領(lǐng)域的補貼措施或形成文字的支持政策,儲能的發(fā)展仍然處于項目試點的階段。


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