除了電動(dòng)汽車鋰電池還將如何改變能源現(xiàn)狀？

2017-08-14 15:58:08 經(jīng)濟(jì)學(xué)人　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

　沿著日產(chǎn)桑德蘭工廠的一條蛇形生產(chǎn)線走過大約四分之三，一位工人正一刻不停地在無數(shù)的逍客底盤上安裝油箱——該工廠生產(chǎn)的多數(shù)汽車都是這款SUV。但這條生產(chǎn)線上還會(huì)時(shí)不時(shí)地經(jīng)過另外一款車：一款名叫Leaf的

　　每到此時(shí)，工人的任務(wù)就會(huì)從安裝油箱變成安裝電池。他的動(dòng)作與身旁的機(jī)械手臂完美配合，在燃油汽車和電動(dòng)汽車之間無縫切換。

　　直到最近，很多人還認(rèn)為這種切換不可思議。過去一個(gè)世紀(jì)，內(nèi)燃機(jī)一直都是汽車和輪船的主要?jiǎng)恿Α＿@確實(shí)給了它很大的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。盡管Leaf號(hào)稱全球最暢銷的電動(dòng)汽車，但身為英國(guó)最大汽車工廠的桑德蘭工廠，去年也只生產(chǎn)了1.75萬輛Leaf，而同年的逍客產(chǎn)量卻高達(dá)31萬輛。形成鮮明對(duì)比的是，逍客處于盈利狀態(tài)，而Leaf卻輛輛虧損。

　　去年全球電動(dòng)汽車銷量為75萬輛，不到新車市場(chǎng)的1%。雷諾-日產(chǎn)聯(lián)盟的老板卡洛斯·戈恩（Carlos Ghosn）曾在2011年表示，僅這兩家公司到2016年的電動(dòng)車產(chǎn)量就將達(dá)到這一數(shù)字的兩倍。事后看來，這番預(yù)測(cè)顯然過于樂觀，但類似的預(yù)測(cè)其實(shí)并不罕見。

　　然而，盡管電動(dòng)汽車的起飛時(shí)機(jī)無法確定，但這種技術(shù)很快就會(huì)成為一門大生意卻已成為普遍共識(shí)。

　　續(xù)航里程接近滿箱汽油的平民電動(dòng)汽車（例如特斯拉的Model3和通用汽車的雪佛蘭Bolt）最近紛紛上市，改版Leaf也將在9月發(fā)布。桑德蘭工廠的現(xiàn)狀表明，燃油車和電動(dòng)車已經(jīng)可以共用一條生產(chǎn)線，從而通過擴(kuò)大產(chǎn)能來簡(jiǎn)化這種汽車的普及難度。

　　一、鋰電池大躍進(jìn)

　　很多預(yù)測(cè)認(rèn)為，擁有和駕駛電動(dòng)汽車的終身成本幾年內(nèi)就可以與燃油車相提并論，從而促使電動(dòng)汽車銷量在2020年代大幅飆升，并在2030年代成為主流。中國(guó)大約貢獻(xiàn)了去年全球電動(dòng)汽車銷量的一半，預(yù)計(jì)2020年有200萬輛電動(dòng)和插電混合汽車上路行駛，10年內(nèi)達(dá)到700萬輛。

　　咨詢公司彭博新能源金融（BloombergNew Energy Finance）指出，石油公司對(duì)電動(dòng)汽車的預(yù)期也較幾年前高出很多。石油輸出國(guó)組織（OPEC）現(xiàn)在預(yù)計(jì)，2040年上路行駛的電動(dòng)汽車將達(dá)到2.66億輛。英國(guó)和法國(guó)也都表示，到那時(shí)將禁售純?nèi)加推嚒?/span>

　　這都?xì)w功于鋰電池業(yè)務(wù)的顯著擴(kuò)張，以及人們對(duì)該行業(yè)今后仍將快速發(fā)展的普遍共識(shí)。第一批鋰電池26年前開始上市銷售，最初用在索尼的CCD-TR1攝像機(jī)上。那款產(chǎn)品廣受歡迎，而它所使用的電池更是如此，隨后逐步應(yīng)用于電腦、手機(jī)、無繩設(shè)備、電子香煙等產(chǎn)品。

　　使用電池的電子產(chǎn)品越多，鋰電池的需求也就越大。去年，消費(fèi)產(chǎn)品貢獻(xiàn)的鋰電池產(chǎn)量約為45GWh。通俗一點(diǎn)說，如果把所有電池都用來為英國(guó)供電（該國(guó)的平均功耗為34GW），大約可以續(xù)航1小時(shí)20分。

　　同一年，電動(dòng)車使用的鋰電池產(chǎn)量就達(dá)到了電子產(chǎn)品一半：25GWh。但電池咨詢公司CairnERA的山姆·杰夫（Sam Jaffe）預(yù)計(jì)，汽車電池需求最早將在明年超過消費(fèi)電子，從而成為整個(gè)行業(yè)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。大幅擴(kuò)張已經(jīng)開始。

　　作為當(dāng)今全球的5大鋰電池制造商，日本的松下、韓國(guó)的LG化學(xué)和三星SDI 、中國(guó)的比亞迪和寧德時(shí)代，都在加大資本支出，并預(yù)計(jì)2020年的產(chǎn)量將達(dá)到目前的3倍。據(jù)估計(jì)，特斯拉斥資50億美元在內(nèi)華達(dá)州與松下合作建設(shè)的超級(jí)工廠已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)每年約4GWh的產(chǎn)量。特斯拉表示，該公司將在2018年實(shí)現(xiàn)35GWh的產(chǎn)能。短短4年前，這一產(chǎn)量還足夠全世界所有的鋰電產(chǎn)品使用。

　　超級(jí)工廠不只是為了電動(dòng)汽車建造。在聽說南澳大利亞進(jìn)行電力管制的消息后，特斯拉創(chuàng)始人伊隆·馬斯克（ElonMusk）今年3月對(duì)該國(guó)總理表示，特斯拉到年底可以提供足夠的電池容量，確保電網(wǎng)永遠(yuǎn)不再癱瘓。

　　在超級(jí)工廠里面，他們目前正在努力塞進(jìn)129MWh的產(chǎn)能，以便履行老板的諾言。當(dāng)在太平洋彼岸安裝時(shí)，它將成為全世界基于電網(wǎng)的同類系統(tǒng)中最大的一個(gè)。但今后還有很多類似的系統(tǒng)將會(huì)部署。

　　隨著電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商在尋找各種方式來平滑太陽能和風(fēng)能的間歇性供給造成的影響，工業(yè)規(guī)模的鋰電池組越來越受歡迎——尤其是把很多用在汽車上的電池組拼接起來，對(duì)其化學(xué)和電子元件進(jìn)行調(diào)整，以便支持更快的充放電速度。

　　希望獨(dú)立于電網(wǎng)的消費(fèi)者可以購買更小的電池組——或者將自己生產(chǎn)的電力存儲(chǔ)起來，以便在白天或夜間電價(jià)最高時(shí)賣給電網(wǎng)。電池已經(jīng)成為未來真正實(shí)現(xiàn)低排放愿景所不可或缺的一部分。

　　二、全球產(chǎn)能飆升

　　鋰電池的基本原理很容易理解。當(dāng)電池給一個(gè)電位充電時(shí)，就會(huì)把鋰離子拉入石墨電極深處。使用的過程中，這些鋰離子又會(huì)通過液體電解質(zhì)返回由鋰和其他金屬組成的化合物制成的更復(fù)雜的電極——陰極。

　　但另一方面，電池業(yè)務(wù)的基本運(yùn)營(yíng)模式卻很不透明，主要是因?yàn)楣?yīng)商過于重視保密，以及身為市場(chǎng)領(lǐng)頭羊的亞洲巨頭變換莫測(cè)的經(jīng)濟(jì)狀況。

　　過去幾年的情況顯示，所有大型廠商都在增加產(chǎn)能，部分原因在于這樣可以壓低單位成本。作為電池的基礎(chǔ)組成部分，鋰電芯2010年成本超過每kWh1000美元，去年降到130至200美元之間。通用汽車表示，該公司為Bolt采購60kWh電池組時(shí)，向LG化學(xué)支付的電芯價(jià)格為每kWh145美元（由于要考慮勞動(dòng)力、材料和電子元件費(fèi)用，所以電池組的價(jià)格高于電芯成本的總和）。

　　特斯拉表示，Model3的電芯價(jià)格更便宜。低成本并非唯一的改進(jìn)之處。大量的研發(fā)投資已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了更高的能量密度（每千克容量有所提升）和更強(qiáng)的耐用性（充放電循環(huán)有所增加）。Bolt的電池質(zhì)保期長(zhǎng)達(dá)8年。

　　但通過這種方式降價(jià)不僅能生產(chǎn)價(jià)格更便宜、質(zhì)量更好的電池，還會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的產(chǎn)能過剩。CairnERA去年估計(jì)，鋰電池產(chǎn)能較需求高出三分之一。該機(jī)構(gòu)和BNEF都表示，每生產(chǎn)一塊汽車電池，電池廠商要么虧損，要么只能賺取微利。

　　盡管供過于求，但他們都計(jì)劃繼續(xù)擴(kuò)張，一定程度上是為了進(jìn)一步壓低成本。杰夫解釋稱，這種思維屬于“傳統(tǒng)的亞洲巨頭模式”：通過犧牲利潤(rùn)率來換取市場(chǎng)份額。

　　由于電動(dòng)汽車短期內(nèi)前景明朗，這似乎是一項(xiàng)不錯(cuò)的戰(zhàn)略。但現(xiàn)在來看，這似乎令人有些緊張不安。盡管杰夫認(rèn)為，電動(dòng)汽車和儲(chǔ)電設(shè)施的需求增長(zhǎng)可以支撐這種高速擴(kuò)張，但他現(xiàn)在也認(rèn)為，“這像是一場(chǎng)沒有黃金的淘金熱。”

　　但其中的確包含其他一些有價(jià)值的金屬。要生產(chǎn)更多電池，就需要更多的鋰，以及其他多種金屬，包括用于制造陰極的鈷。這些金屬大約占到電芯成本的60%。對(duì)于電池廠商來說，確保這些材料的持續(xù)供應(yīng)與掌握電化學(xué)技術(shù)一樣重要。

　　自從2015年以來，咨詢公司BenchmarkMineral Intelligence的西蒙·莫爾斯（Simon Moores）表示，鋰價(jià)格已經(jīng)上漲3倍，鈷價(jià)格也上漲一倍，陰極使用的含鎳化學(xué)品價(jià)格同樣也在上漲。

　　莫爾斯表示，尋找新的鋰供應(yīng)源并不困難，全世界的鋰儲(chǔ)量至少為2.1億噸，而當(dāng)前的年產(chǎn)量?jī)H為18萬噸。新的鋰礦正在逐漸開采。全球最大鋰生產(chǎn)商智利SQM今年7月宣布將在西澳大利亞投資1.1億美元，組建一家鋰合資公司。

　　鈷的情況更加棘手。不僅供應(yīng)匱乏，而且有很多都來自剛果民主共和國(guó)。這一地區(qū)既存在道德問題（需要依靠童工生產(chǎn)），還面臨商業(yè)問題（沒人愿意依靠軍閥獲取重要資源）。LG化學(xué)曾經(jīng)表示，該公司正嘗試減少電芯中的鈷元素使用量，同時(shí)繼續(xù)提升性能。今后，從廢舊電池中回收這種金屬將提升整個(gè)行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展程度。

　　廠商之所以在原材料價(jià)格上漲的情況下依然滿懷信心地?cái)U(kuò)大產(chǎn)能，原因之一在于鋰電池目前幾乎沒有對(duì)手。經(jīng)常有其他電池技術(shù)號(hào)稱從原理上擁有更大的優(yōu)勢(shì)——但卻沒有一種技術(shù)能像鋰電池這樣，通過幾十年的發(fā)展，從單純的創(chuàng)意變成一項(xiàng)主導(dǎo)型技術(shù)。整個(gè)過程催生了大量配套技術(shù)，包括精細(xì)制造、電解質(zhì)選擇甚至更加復(fù)雜的金屬陰極納米技術(shù)。

　　美國(guó)陰極材料供應(yīng)商CAMXPower負(fù)責(zé)人凱南·薩辛（Kenan Sahin）表示，鋰電池的成本和重量、反復(fù)充放電的循環(huán)次數(shù)、耐用性和安全性都是通過無數(shù)的調(diào)整得以實(shí)現(xiàn)的，并非一朝一夕可以做到。

　　他將電池化學(xué)比作制藥行業(yè)的藥物發(fā)現(xiàn)過程。“真的很難。無論你想成規(guī)模地做成什么事情，都必須接受相應(yīng)的副作用。”他說。這是潛在的篡權(quán)者難以模仿的。在可預(yù)見的未來，不斷進(jìn)步的鋰電池技術(shù)——可能使用新的固態(tài)電極——都將繼續(xù)領(lǐng)先，并因?yàn)樗С值膽?yīng)用模式繼續(xù)增多而不斷獲益。

　　直到現(xiàn)在，最主流的還是圓柱形的18650電芯。它長(zhǎng)約65毫米，直徑18毫米，能量密度大約為每千克250Wh。（作為對(duì)比，汽油的能量密度大約高出50倍，但電芯可以存儲(chǔ)成百上千倍的能量。）

　　特斯拉和松下目前正在開發(fā)2170電芯，比18650略長(zhǎng)、略寬。馬斯克表示，這將成為市場(chǎng)上密度最高的電池。該公司表示，7月末交付的Model3的駕駛成本與之前任何一種車型相比都下降一半。在這款車的發(fā)布會(huì)上，馬斯克關(guān)于明年實(shí)現(xiàn)50萬輛產(chǎn)能的聲明令人頗感敬畏。“歡迎來到生產(chǎn)地獄。”他對(duì)組裝線工人說。

　　特斯拉8月7日宣布發(fā)行價(jià)值15億美元的債券，以支持該公司的擴(kuò)張計(jì)劃，給股票市場(chǎng)帶來了急需的喘息機(jī)會(huì)——該公司經(jīng)常通過股市融資，其股價(jià)也在過去一年上漲三分之二。

　　該公司曾經(jīng)表示，他們已經(jīng)收到45.5萬輛Model 3預(yù)售訂單，這可以在年底前產(chǎn)生足夠的現(xiàn)金流，從而鞏固其財(cái)務(wù)狀況。如果一切照計(jì)劃進(jìn)行，馬斯克希望超級(jí)工廠成為全世界最大的建筑，每年產(chǎn)能達(dá)到100GWh。該公司還有可能在其他地方建設(shè)超級(jí)工廠，下一個(gè)可能就會(huì)落戶中國(guó)。

　　所有的舉措都認(rèn)為電動(dòng)汽車必將繁榮發(fā)展。這類產(chǎn)品無疑在變得更好、更便宜。但還有一些因素對(duì)它的實(shí)用性形成制約，最顯著的便是充電。在英國(guó)，43%的車主沒有路邊停車位，因此也就不能在家里給汽車充電。而使用11kW的充電器對(duì)90kWh的電池充電6個(gè)小時(shí)，便有可能燒斷保險(xiǎn)絲。

　　快速充電站是一種解決方案，這是一種類似于加油站的地方。有的汽車公司已經(jīng)開始通過建設(shè)這樣的設(shè)施來緩解電動(dòng)車主特有的“里程焦慮”。但這種設(shè)施的擴(kuò)張速度能否對(duì)整個(gè)行業(yè)的野心形成支持，目前還有待觀察。

　　正是由于電動(dòng)汽車使用量的增長(zhǎng)速度存在不確定性，才讓儲(chǔ)電設(shè)施成為了電池制造商的一個(gè)有吸引力的選擇。圣迭戈煤氣和電力公司（SDGE）最近在圣迭戈市郊的一個(gè)車位上建造的這樣一個(gè)設(shè)施并不像新車發(fā)布那樣光鮮亮麗。那其實(shí)是一個(gè)偽裝成拖車公園的汽車電池，內(nèi)有38.4萬個(gè)電芯。這大概是有史以來最遲鈍的變形金剛了。

　　但SDGECOO卡洛琳·維恩（Caroline Winn）表示，平凡正是它的魅力所在。這個(gè)設(shè)施的目的是在用電高峰提供電力。模塊化的建筑使得這個(gè)120MWh的設(shè)施——規(guī)模略小于特斯拉承諾在南澳大利亞建設(shè)的設(shè)施——從開工建設(shè)到投入使用只用了短短8個(gè)月。它的噪音很小，幾乎聽不到。

　　如果通過燃?xì)鉁u輪來做同樣的工作，成本雖然可以降低，但卻需要耗費(fèi)數(shù)年時(shí)間，而且根本不可能獲得當(dāng)?shù)鼐用竦耐狻＞S恩還表示，這個(gè)電池設(shè)施“比燃?xì)鉁u輪漂亮多了”。

　　三、終極能量源

　　對(duì)特斯拉和其他電池制造商來說，電網(wǎng)儲(chǔ)存項(xiàng)目是電力市場(chǎng)最有吸引力的一部分，可以充分利用原本可能過剩的產(chǎn)能。此外，自用儲(chǔ)電系統(tǒng)也可以提升電池的需求。特斯拉就通過Powerwall家用電池進(jìn)軍了這一市場(chǎng)，希望對(duì)該公司的太陽能電池板形成補(bǔ)充。

　　日產(chǎn)也在開拓自用儲(chǔ)電市場(chǎng)。該公司與美國(guó)電力管理公司Eaton合作將二手Leaf的電池提供給企業(yè)和工廠用作備用電源，取代柴油發(fā)電機(jī)。他們的第一個(gè)大客戶是阿賈克斯足球俱樂部的主場(chǎng)所在地阿姆斯特丹球場(chǎng)。

　　這類系統(tǒng)在價(jià)格上未必很有競(jìng)爭(zhēng)力，但政府會(huì)為其提供各種補(bǔ)貼。今年5月，美國(guó)紐約州監(jiān)管者就為公用事業(yè)公司ConEdison賦予一項(xiàng)權(quán)利，允許它的企業(yè)客戶在布魯克林和皇后區(qū)安裝電池，將電量輸出給電網(wǎng)。

　　紐約的電網(wǎng)年久失修，最早可以追溯到一個(gè)多世紀(jì)前的喬治·威斯汀豪斯（GeorgeWestinghouse）和尼古拉·特斯拉（NikolaTesla）的時(shí)代。這里目前正在努力將更多的可再生能源吸收為供電來源，而儲(chǔ)電設(shè)施提供了新的方式，可以幫助其應(yīng)對(duì)高峰期的用電需求。該州能源官員詹森·多靈（Jason Doling）表示，這個(gè)項(xiàng)目非常適合安裝在高樓大廈里，可以在早間和傍晚電價(jià)最高的時(shí)候給電梯供電。

　　但紐約消防部門仍然擔(dān)心建筑物里的鋰電池可能引發(fā)火災(zāi)。去年的三星GalaxyNote 7“炸機(jī)門”讓全世界意識(shí)到，鋰電池如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，就會(huì)因?yàn)槎搪范紵５w來看，電極上使用的新材料和陶瓷涂層已經(jīng)讓汽車電池變得非常安全。

　　除了安全擔(dān)憂外，安裝自用儲(chǔ)電系統(tǒng)的公司表示，過時(shí)的監(jiān)管和保險(xiǎn)問題對(duì)他們構(gòu)成了障礙。瑞士電池制造商Leclanché的負(fù)責(zé)人阿尼爾·斯里瓦斯塔瓦（AnilSrivastava）表示，這限制了他們的資金獲取能力。他們還需要尋找方法讓儲(chǔ)電設(shè)施變得物有所值。

　　有的時(shí)候，這幾乎是唯一符合監(jiān)管要求的解決方案（圣迭戈便是如此）：在2015年的Aliso Canyon的儲(chǔ)氣罐泄露后，加州公共事業(yè)委員會(huì)就很擔(dān)心洛杉磯發(fā)生停電事故。當(dāng)價(jià)格成為主要目標(biāo)時(shí)，電池就要尋找不止一項(xiàng)服務(wù)提供給用戶，這一程序被稱作“收入疊加”。例如，一套系統(tǒng)不僅可以為了短期頻率調(diào)節(jié)而給電網(wǎng)供電，還可以成為一種應(yīng)對(duì)峰值需求的方式。

　　聽起來似乎很復(fù)雜，但尋找不止一種方法來銷售同一種東西是電池行業(yè)的必然趨勢(shì)，就像它為不同的市場(chǎng)和不同的使用規(guī)模定制不同的產(chǎn)品一樣。盡管如今的繁榮看起來有點(diǎn)令人提心吊膽，但從長(zhǎng)期來看，這個(gè)行業(yè)似乎的確會(huì)迎來不俗的發(fā)展。

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