假如我們能夠采用50度電的小電池裝在車上，然后每充一次電可以行駛350公里，基本上可以滿足日常通勤的需求。同時(shí)要電池具備10分鐘快速充電的能力，可以通過快速補(bǔ)能很輕松地滿足遠(yuǎn)距離出行需求，1000公里基本上充兩次電、每次10分鐘，對消費(fèi)者不會造成太大的影響。但對消費(fèi)者來講，電池成本降低了3倍，對整個(gè)社會來講，原材料的消耗降低了3倍。每輛車子的生產(chǎn)過程當(dāng)中產(chǎn)生的碳排量也降低了3倍，這個(gè)是非常巧妙的一個(gè)應(yīng)用場景。這也是電池儲能經(jīng)濟(jì)學(xué)的一個(gè)典型的應(yīng)用，就是強(qiáng)調(diào)增加使用頻率。
——王朝陽 美國國家發(fā)明家科學(xué)院院士，賓夕法尼亞州立大學(xué)講席教授、電池與儲能技術(shù)研究院院長
(以下為王朝陽在12月17日“財(cái)經(jīng)年會2023：預(yù)測與戰(zhàn)略”上的發(fā)言實(shí)錄)
今天我想從電子儲能的角度和大家探討一下雙碳背景下電池化轉(zhuǎn)型的可持續(xù)發(fā)展，并分享一些新的思路。
在政策方面大家都比較熟悉，這就是2020年之后，國際社會對碳綜合行動力度迅速加強(qiáng)，全球氣侯治理體系進(jìn)入了《巴黎協(xié)定》為核心的落地階段，這是執(zhí)行階段，中國政府做出了2030年碳達(dá)峰，2060年碳中和的莊嚴(yán)承諾。
交通電動化的共識與挑戰(zhàn)
要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，交通的電動化和可再生能源大規(guī)模應(yīng)用是重中之重，我個(gè)人認(rèn)為，要做好三件事情，我們就可以穩(wěn)健的實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)：第一在交通領(lǐng)域當(dāng)中全面的去碳化，這里面動力電池是關(guān)鍵技術(shù)。
第二個(gè)要在電網(wǎng)當(dāng)中盡可能更全面使用風(fēng)能、太陽能等可再生能源。至少要讓可再生能源發(fā)電可占比超過80%以上，因?yàn)檫@些可再生能源都是間接性的，所以使用技術(shù)在這里起了關(guān)鍵作用。
第三個(gè)事就是在大幅度增加電氣化的比重，向以鋰為基礎(chǔ)進(jìn)行轉(zhuǎn)型。
簡單的概括一下，第一件事就是交通領(lǐng)域全面去碳化，第二個(gè)發(fā)電過程全面去碳化，第三個(gè)全面經(jīng)濟(jì)大幅度向電氣化轉(zhuǎn)移，基本上就可以達(dá)到全面經(jīng)濟(jì)的去碳化。
交通電動化已經(jīng)是全球的共識，根據(jù)國際能源署交通領(lǐng)域的碳排放是占到全國碳排放總量的27%，其中路面的交通占大整個(gè)交通領(lǐng)域碳排放的75%以上，中國已經(jīng)是全球最大的新能源汽車市場。去年中國的汽車銷量達(dá)到350萬輛，已經(jīng)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在全球的最前列。2022年預(yù)計(jì)銷量突破600萬，所以這些銷量市場的需求的爆增，導(dǎo)致了動力電池需求爆增。
我們在2015年的時(shí)候全球動力電池的裝機(jī)量只有15G瓦時(shí)，但是2022年前三季度達(dá)到了325個(gè)G瓦時(shí)，預(yù)計(jì)2025今年T瓦時(shí)時(shí)代，再加上電儲能的需求，將會給我們經(jīng)濟(jì)和社會帶來哪一些新挑戰(zhàn)呢?這是需要思考的問題。
有一些挑戰(zhàn)實(shí)際上我們已經(jīng)看到，比如說電池價(jià)格的飛漲，過去一年碳酸鋰從不到5萬塊錢一噸飆升到了50萬一噸以上，這樣電池成本顯著增加，這個(gè)趨勢對于中國發(fā)展新能源市場不利。
在中國尤其是三四線城市，下沉的市場價(jià)格是消費(fèi)者首先考慮的一大因素，所以我們必須要考慮到如何讓電動汽車價(jià)廉物美。
第二個(gè)要考慮的就是有沒有足夠的原材料滿足未來電池和儲能的生產(chǎn)需要，動力電池還需要鎳等，所以電池原材料的可持續(xù)供應(yīng)同樣是至關(guān)重要的。
第三個(gè)我們應(yīng)該考慮到電池生產(chǎn)過程中，實(shí)質(zhì)上是有碳排放的，所以怎么減少碳排放，這些因素的考慮都會讓我們能夠?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的電動化轉(zhuǎn)型。
電池儲能經(jīng)濟(jì)學(xué)
這里我就想結(jié)合我的專長跟大家分享一下電池儲能技術(shù)特點(diǎn)，希望能夠幫助到大家能夠避開產(chǎn)業(yè)化投資過程當(dāng)中的誤區(qū)，并希望能夠啟發(fā)我們尋找適合電池儲能經(jīng)濟(jì)學(xué)獨(dú)立的產(chǎn)業(yè)模型，電池儲能經(jīng)濟(jì)學(xué)是一個(gè)什么概念呢?
我們先看看電池，電池實(shí)際上只是電能源的儲存載體。它的作用實(shí)際上跟燃油車的油箱一樣，只不過是比較昂貴的油箱。人們對電池本身是沒有什么興趣，主要是對電池當(dāng)中儲存的電能量感興趣。所以這也是一個(gè)巨大的特點(diǎn)，我們也可以把電池比作一個(gè)倉庫，里面的貨物周轉(zhuǎn)的越快，也就是說電能源的使用頻率越高，倉庫的經(jīng)濟(jì)價(jià)值就越大。所以電池本身大小不是最重要，關(guān)鍵是里面的能源能否被反復(fù)高頻率的使用，達(dá)到價(jià)值最大化。
打一個(gè)比方，我們說房子是拿來住的，電池實(shí)際上是拿來頻繁使用。一定要達(dá)到頻繁使用，我舉幾個(gè)例子進(jìn)一步闡述這個(gè)道理。
第一個(gè)例子就是怎么樣解決電動汽車的續(xù)航里程。續(xù)航里程一直是制約電動汽車推廣的關(guān)鍵難題，普遍的做法是要提升續(xù)航里程，就要增大電池的能量，利用大電池裝機(jī)到汽車上。這幾年很多企業(yè)都退出續(xù)航里程能夠達(dá)到1000公里的汽車，我們可以想象一下1000公里續(xù)航實(shí)際上是需要大電池，這跟電池多先進(jìn)沒有太大的關(guān)系。150度大電池本身成本就在那兒，至少要15萬，甚至現(xiàn)在要超過20萬。一旦我們用大電池來解決續(xù)航的話，成本居高不下。
第二個(gè)就是150度電的電池包肯定要消耗大量的原材料，包括鎳等緊缺的金屬。
第三個(gè)大電池在制作過程中會產(chǎn)生大量的碳。
第四個(gè)我們可以看到一輛汽車實(shí)際上使用周期大概只有15到20萬公里。所以一次充電續(xù)航假如說1000公里，這個(gè)電池也就只使用150次就被退役了，這個(gè)會造成資源上巨大的浪費(fèi)。
所以采用大容量，大的電池包來消除電動汽車?yán)m(xù)航里程的方法，實(shí)際上是不可持續(xù)發(fā)展的。
我們有沒有新的更巧妙的方法呢?我想在這里提一種我們一直在研究的，然后比較新的路徑供大家參考：假如我們能夠采用50度電的小電池裝在車上，然后每充一次電可以行駛350公里，基本上可以滿足日常通勤的需求。同時(shí)要電池具備10分鐘快速充電的能力，可以通過快速的補(bǔ)能很輕松的滿足遠(yuǎn)距離出行的需求，1000公里基本上充兩次電、每次10分鐘，對消費(fèi)者不會造成太大的影響。但對消費(fèi)者來講，電池成本降低了3倍，對整個(gè)社會來講，原材料的消耗降低了3倍。每輛車子的生產(chǎn)過程當(dāng)中產(chǎn)生的碳排量也降低了3倍，這個(gè)是非常巧妙的一個(gè)應(yīng)用場景。這也是電池儲能經(jīng)濟(jì)學(xué)的一個(gè)典型的應(yīng)用，就是強(qiáng)調(diào)增加頻繁使用，或者說使用的頻率。
這種十分鐘充電的小電池只需要3000千瓦的充電樁完全可以匹配現(xiàn)有在建的，利用快充電池還可以同時(shí)提高充電樁的利用率。目前最好的充電樁大概一小時(shí)只能服務(wù)一輛車子，未來用10分鐘充電的電車的話，可以提高到每小時(shí)服務(wù)6輛車。這樣就可以徹底解決這幾年國慶期間經(jīng)常碰到充電1小時(shí)，排隊(duì)4小時(shí)的現(xiàn)象。
由此可見，安全的快充技術(shù)是推動汽車電動化可持續(xù)發(fā)展的第一技術(shù)，亟需國家大力投入，在國際上我們在大踏步的引入快充技術(shù)，用最低的成本，最小的原材料消耗，達(dá)到電動汽車。
第二個(gè)例子，我想講的就是，能夠儲存4小時(shí)左右的系統(tǒng)。這種儲能系統(tǒng)，這個(gè)是電網(wǎng)24小時(shí)不間斷的依賴可再生能源的關(guān)鍵技術(shù)。未來的場景是怎么樣的?
在白天我們有太陽能、風(fēng)能的時(shí)候，不但可以產(chǎn)電讓我們使用這些可再生能源，同時(shí)有多余的可以存到10小時(shí)儲能系統(tǒng)。然后晚上把它拿出來用，這樣的話，全天候的依賴可再生能源的發(fā)電，這是非常美好的一個(gè)前景。
這樣的儲能系統(tǒng)大概需求估算的是20個(gè)T瓦時(shí)，除了電動汽車需求那么多的電池之外，我們還可以再建一個(gè)獨(dú)立的20T瓦時(shí)的，但是對環(huán)境是不是有更多的解決方法呢?其中用到V2G車網(wǎng)的技術(shù)，因?yàn)槲覀兇蠹叶贾离妱悠囍挥?%到10%的時(shí)間是在使用，大部分時(shí)間，90%到95%時(shí)間都是閑置的狀況。隨著全國電動汽車保有量大幅度增大，我們將會自然的形成一個(gè)巨大的分布式的儲能系統(tǒng)，到2050年會達(dá)到25T瓦時(shí)，假如說有辦法把這么大閑置的儲能系統(tǒng)利用起來，利用V2G就是車網(wǎng)的互動技術(shù)來實(shí)現(xiàn)電力產(chǎn)電100%，而同時(shí)不需要再消耗原材料制造更多的儲能集裝箱，這將是非常完美的一個(gè)解決方案。
所以說怎么樣做好車網(wǎng)互動的商業(yè)模型，可以讓我們從閑置的電池當(dāng)中提取巨大的產(chǎn)能，目前動力電池使用率很高的，從電池儲能經(jīng)濟(jì)學(xué)角度來講有很大的空間可以提高使用的儲存率。
第三個(gè)例子，我想講的大概是100小時(shí)的常識儲能系統(tǒng)，基本上是一周能夠儲存一次的樣子。這個(gè)技術(shù)也是保證電力來自于可再生能源，至少80%電力來自于可再生能源很大的關(guān)鍵，也是目前科學(xué)和行業(yè)當(dāng)中最大的一個(gè)點(diǎn)。
因?yàn)樵谶@種場景當(dāng)中，它的能源的周轉(zhuǎn)頻率不高，所以大家普遍的想法是要把儲能成本做到極低，非常低。比如說一個(gè)瓦時(shí)0.1元，做到這一下這樣才有市場競爭力。當(dāng)然，你可以想象從科學(xué)的角度來講難度是非常大的。但是，我們假如說能結(jié)合其他的學(xué)科，從使用側(cè)來考慮能夠找到一些商業(yè)模式，也就是說它大部分的工作提供一周能夠儲存能量，但是在這一周當(dāng)中假如說有一些普通收入的商業(yè)模式，把收入增加1倍以上，它帶來的經(jīng)濟(jì)型就可以允許成本更高一點(diǎn)的儲能系統(tǒng)。比如說在0.2到0.3元每瓦時(shí)成本區(qū)間，在這個(gè)區(qū)間當(dāng)中馬上就會有好幾種成熟的儲能技術(shù)出現(xiàn)。我們就可以工程化，需要等待科學(xué)上的重大突破，常識儲能的建設(shè)周期是很長的，所以贏得時(shí)間就是金錢。
這三個(gè)例子都體現(xiàn)了電池儲能經(jīng)濟(jì)學(xué)的核心頻繁使用，這個(gè)是最大的一個(gè)技術(shù)特點(diǎn)。把這個(gè)特點(diǎn)跟應(yīng)用場景商業(yè)和市場創(chuàng)新模式假如說有機(jī)的結(jié)合起來，我相信應(yīng)該非常有可能催生一些新的急劇競爭力的儲能解決方法。
最后我想用三個(gè)R值總結(jié)一下我的觀點(diǎn)，節(jié)約、重復(fù)使用、回收。因?yàn)槲覀冎挥凶龅皆牧系目沙掷m(xù)供應(yīng)，成本的不斷下降，以及高頻率的使用儲能系統(tǒng)，才能真正實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的電氣化轉(zhuǎn)型。希望社會各界能夠共同努力，攜手共贏。 來源：財(cái)經(jīng)TinkTank;
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