通用電氣公司位于美國紐約斯克內(nèi)克塔迪的、生產(chǎn)鈉鹽電池Durathon的工廠在今年7月舉行了盛大的開工儀式，正式進(jìn)入了商業(yè)化規(guī)模的量產(chǎn)。此刻，他們正在為自己的第一位顧客——南非工程公司MegatronFederal趕制訂單，這批電池將被裝在尼日利亞的一些手機(jī)信號發(fā)射塔上。
制造鈉離子電池的創(chuàng)新公司——阿奎昂能源公司在3月宣布該公司的電池已經(jīng)成功，首個(gè)工廠將在2013年投產(chǎn)。麻省理工學(xué)院教授唐納德·山德維的“液態(tài)金屬電池”公司也獲得了來自包括比爾·蓋茨等在內(nèi)的1500萬美元投資——這兩家新興公司都以突破性的、新一代電池技術(shù)為核心競爭力，并因在大規(guī)模電力儲能方面的應(yīng)用潛力被普遍看好。
同時(shí)，以A123系統(tǒng)公司(A123Systems，以下稱“A123”)為代表的一大批昔日的明星企業(yè)——鋰電池公司們，正在努力開發(fā)大規(guī)模電力儲能業(yè)務(wù)，希圖借此熬到電動車市場快速增長的美好未來。就在10月16日，A123公司宣布申請破產(chǎn)保護(hù)，江森自控將收購其汽車電池業(yè)務(wù)，而A123繼續(xù)在電網(wǎng)和后備電力電池領(lǐng)域開展業(yè)務(wù)。
新能源領(lǐng)域的創(chuàng)新，需要的不僅在未來具有足夠潛力的新技術(shù)，還有資金注入、對市場的敏銳判斷以及工程制造上的充足經(jīng)驗(yàn)。這幾個(gè)因素，通用電氣幾乎全部具備，它能否成為最先探出生路的先鋒，像摩西一樣帶領(lǐng)這批新型電池企業(yè)沖破電動交通領(lǐng)域的蕭條?
先進(jìn)電池制造商的新目標(biāo)
從去年年底開始，美國政府努力打造的整個(gè)電動汽車電池產(chǎn)業(yè)都遭受挫折。曾得到奧巴馬政府2.5億美元貸款的明星公司A123剛剛申請破產(chǎn)保護(hù)，它一共籌集到將近10億美金，而目前資產(chǎn)4.598億美元，債務(wù)3.76億美元;另一家獲得1.2億美元基金的電池制造商恩那德爾公司(EnerDel)的母公司恩那1號(Ener1)進(jìn)入了破產(chǎn)保護(hù)期。
電動和混合動力車的銷售欠佳，導(dǎo)致在電池這塊并不大的市場中，卻有太多的競爭者，產(chǎn)能和市場需求相比嚴(yán)重過剩。這有點(diǎn)像一個(gè)難以突破的惡性循環(huán)：電動車市場發(fā)展緩慢的很大一部分原因是因?yàn)閮r(jià)格過高，而其高價(jià)的主要原因在于昂貴的電池——成本至少是1萬美元;但另一方面，市場需求量不夠的話，電池的產(chǎn)能就上不去，電池的成本自然就降不下來。而且，這樣的情況在短期內(nèi)不會有實(shí)質(zhì)性好轉(zhuǎn)，“由于美國政府的投入，全球電池生產(chǎn)能力至少到2015年都會超過實(shí)際需求。”德意志銀行的分析師丹恩·噶爾維斯說。
在這樣的背景下，制造業(yè)巨頭通用電氣為他們的新電池——鈉鹽電池Durathon定制的市場路線便顯得更為正確——為電信行業(yè)提供備用電源，以及公共電力的電網(wǎng)級應(yīng)用，雖然通用電氣研發(fā)Durathon的初衷和A123們一樣，是為了將之應(yīng)用于混合動力交通。
2001年，通用電氣運(yùn)輸部門接到一項(xiàng)任務(wù)：讓柴油動力火車頭的能效更高，如回收剎車時(shí)的熱能，以及減少排放。在研究了鎳氫電池、鋰電池、鉛酸電池等當(dāng)時(shí)較為成熟的電池技術(shù)后，通用電氣的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)將目光鎖定在了鈉金屬鹵化物電池技術(shù)。隨著研發(fā)的日趨成熟，通用電氣卻敏銳地發(fā)現(xiàn)電池應(yīng)用于混合動力交通的時(shí)機(jī)并不成熟，他們必須另尋出路。由于該電池的能量性非常突出，其市場最終被確定在了能源領(lǐng)域——這是通用電氣之前從未涉及的領(lǐng)域。當(dāng)2009年5月，通用電氣董事長兼首席執(zhí)行官杰夫·伊梅爾特宣布通用電氣將建立新的電池業(yè)務(wù)時(shí)，說，“我們不僅僅是發(fā)明了一種新電池，更是創(chuàng)造了一項(xiàng)新業(yè)務(wù)”。
很快，掙扎中的電池廠商們也意識到必須開拓交通之外的新業(yè)務(wù)，增加產(chǎn)能、降低成本、度過瓶頸，熬到電動車市場繁榮的未來。A123公司今年6月宣布其最新技術(shù)可讓鋰電池在更高和更低溫度下正常作業(yè)，非常適于用于微電網(wǎng)和通訊備用電源。
作為全世界最大力推動電動和混合動力交通的兩個(gè)國家之一，中國的電池制造商也面臨和美國企業(yè)同樣的情況，轉(zhuǎn)型自然不落人后。比亞迪已經(jīng)在去年11月和中國南方電網(wǎng)攜手完成了中國最大、同時(shí)也是中國第一座兆瓦級的鐵電池儲能電站的建設(shè)以及并網(wǎng)工作。
如果說鐵電池、鋰電池制造商們是為了求生而不得不另辟自留地，通用電氣是及時(shí)懸崖勒馬、棄暗投明;那些一開始就明確瞄準(zhǔn)儲能市場的新興電池制造商則是志在必得，比如阿奎昂能源公司和液態(tài)金屬電池公司。
成立于2007年的阿奎昂能源公司以獨(dú)創(chuàng)的鈉離子電池技術(shù)而獲得了巨額的投資。杰伊.惠特克是卡內(nèi)基-梅隆大學(xué)材料科學(xué)與工程教授，他開發(fā)了阿奎昂公司的技術(shù)，并創(chuàng)辦了這家公司，他說，“我們希望自己新穎的電池技術(shù)可以讓全球14億沒有通電的人用上電，而且無需接通電網(wǎng)。”
去年，比爾·蓋茨在其一篇名為“我們需要一個(gè)電池奇跡”的博客中如此評價(jià)山德維創(chuàng)辦的“液態(tài)金屬電池”公司——“在過去150多年的時(shí)間里，利用風(fēng)與太陽獲取能量的技術(shù)已經(jīng)取得了長足發(fā)展，但是沒有一個(gè)技術(shù)能將這樣的能量存儲起來。值得欣慰的是，(液態(tài)金屬電池)將極大的提升電池的效率并提供大規(guī)模的電力存儲方案。”
唐納德.山德維教授和材料加工中心研究聯(lián)盟的大衛(wèi).布拉德韋爾在實(shí)驗(yàn)室里觀察一塊小型測試電池。電池內(nèi)部中心是一塊高度絕緣的金屬圓筒，它可以將電池加熱到700℃
工業(yè)儲能領(lǐng)域的機(jī)會
通信電源領(lǐng)域到目前為止都是閥控密封式鉛酸蓄電池的主要市場之一，市場占有率達(dá)到90%以上，主要用于通信基站和中心機(jī)房的后備電源，總的采購金額約占電信固定資產(chǎn)投資的2%~3%。這塊市場不僅已經(jīng)非常成熟，并且近幾年移動互聯(lián)網(wǎng)的興起讓通信行業(yè)再次迎來激增，這自然會帶動電池需求的快速增長。據(jù)比亞迪估計(jì)，其價(jià)值大約為100億美元，該公司已經(jīng)與中國三大通信商都簽訂了戰(zhàn)略協(xié)議。
而新一代電池技術(shù)在能量功效、環(huán)境安全、循環(huán)壽命、體積等性能上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)的鉛酸電池。以通用電氣的鈉鹽電池Durathon為例，它以對環(huán)境友好的鹽和鎳為主要原材料，比會產(chǎn)生二次污染的鉛酸電池環(huán)保得多。鉛酸電池單位重量的能量密度很低，只有30瓦時(shí)/公斤，而鈉鹽電池為120瓦時(shí)/公斤，鋰電池大致是80~90瓦時(shí)/公斤。循環(huán)使用壽命是考量指標(biāo)電池的重要指標(biāo)之一，這也是為何鉛酸電池雖便宜，但到目前為止也無法用于電力并網(wǎng)的原因——頻繁地深度放電會損害它們的性能，在某些應(yīng)用環(huán)境中，鉛酸電池可能僅維持6個(gè)月。而通用電氣官方數(shù)據(jù)表示Durathon電池至少可以深度放電3500次，每日充放電的情況下可以使用10年，循環(huán)使用壽命幾乎比鉛酸電池長了10倍。更重要的是，在-20℃至60℃的使用環(huán)境下，Durathon電池的性能都不受影響，光這一點(diǎn)就讓傳統(tǒng)鉛酸電池難以望其項(xiàng)背。
但鉛酸電池的優(yōu)勢在于其低廉的價(jià)格。目前，鋰離子電池的價(jià)格大致是600美元/千瓦時(shí);Durathon電池到2015年可能會實(shí)現(xiàn)500美元/千瓦時(shí)的價(jià)格。但通用電氣全球研發(fā)中心儲能研發(fā)平臺負(fù)責(zé)人菲爾德.i格蘭認(rèn)為，Durathon電池具有循環(huán)壽命更長、能量密度更高、不需要空調(diào)可以減少燃料等優(yōu)勢，從長遠(yuǎn)來看，Durathon電池更具經(jīng)濟(jì)效益。且加之全球環(huán)保政策的日趨嚴(yán)格，鉛酸電池不具長遠(yuǎn)發(fā)展的未來。
另一個(gè)讓這些電池企業(yè)垂涎的市場是公共電力的儲能應(yīng)用。隨著清潔能源、智能電網(wǎng)以及解決第三世界國家用電需求的興起，電力并網(wǎng)、離網(wǎng)電力、電網(wǎng)調(diào)峰等的應(yīng)用要求越來越凸顯。
電力并網(wǎng)是指將清潔能源，如風(fēng)電、太陽能產(chǎn)生的間隙性、波動性電力，添加到大電網(wǎng)中，從而廣泛整合各種資源的電力，以保證電力供應(yīng)的穩(wěn)定性。電力公司使用存儲的能量，滿足使用高峰期間的電力需求的做法稱為電網(wǎng)調(diào)峰，有助于保持電網(wǎng)的可靠性和效率，并降低電價(jià)。這些應(yīng)用需要幾十到幾百千兆瓦時(shí)的儲存值。歐洲儲能協(xié)會(EASE)副會長杰里斯.瑞德斯戈?duì)柕略谌ツ瓯硎荆?030年，儲能市場的規(guī)模累計(jì)將達(dá)5000億歐元。
當(dāng)今最常見的電網(wǎng)存儲技術(shù)是抽水蓄電，占近90%的公用電力儲能。然而，這受到地質(zhì)和空間的限制，而且抽水蓄電系統(tǒng)需要多年 。
時(shí)間，花費(fèi)數(shù)百萬美元才能建成。近幾年，電力公司開始考慮電池，因?yàn)樗鼈儙讉�(gè)月就可以交付，而且在理論上可以放置在任何地方。
但目前為止，并沒有現(xiàn)成的電池可以較好地滿足所有電網(wǎng)級儲能的要求，因?yàn)殡娏C(jī)構(gòu)需要的是廉價(jià)且持久耐用的方法，而現(xiàn)有電池的成本效益都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于抽水蓄電。哈雷西·卡瑪斯是電力研究院能量儲存項(xiàng)目經(jīng)理，他說，“有一些電力公司目前開始使用鉛酸電池和鈉硫電池，用于電網(wǎng)存儲。鉛酸電池便宜，但只有500至1000個(gè)循環(huán)，算下來，價(jià)格還是太貴;而鈉硫電池則很昂貴，每千瓦時(shí)達(dá)1000美元。”
離網(wǎng)電力(或稱“微電網(wǎng)”)則是解決像印度這類第三世界國家、還未通電地區(qū)用電需求的最佳手段。這些偏遠(yuǎn)地區(qū)大多使用柴油發(fā)電機(jī)供電，但是，石油價(jià)格高，太陽能電池板價(jià)格低，因此，某些情況下，安裝太陽能更便宜。為了存儲白天發(fā)的電供夜間使用，這些社區(qū)就需要電池系統(tǒng)。而此類電池系統(tǒng)要能夠處理任何級別的用電，從幾十千瓦時(shí)到幾兆瓦時(shí)。
這些便是通用電氣為其鈉鹽電池尋找到的“未被滿足的市場需求”，“隨著時(shí)間的推移，電力成本將下降，因?yàn)橥ㄓ秒姎獾男码姵丶磳①x予電力部門同時(shí)使用多種不同技術(shù)的能力”，其CEO伊梅爾特在工廠的開幕式上說。通用電氣認(rèn)為自己的電池非常適合被用于微電網(wǎng)或小電網(wǎng)，支持其脫離主干電網(wǎng)運(yùn)作并提供電網(wǎng)質(zhì)量的電力。
當(dāng)然，發(fā)現(xiàn)這個(gè)空白需求的不止他們一家。阿奎昂能源的電池設(shè)計(jì)同樣是為了此類電網(wǎng)應(yīng)用，其創(chuàng)始人惠特克說，“我們的電池已被證明非常適合離網(wǎng)太陽能和風(fēng)能支持，也適合調(diào)峰，雖然這是兩種非常不同的應(yīng)用。”KhoslaVentures的一位投資人認(rèn)為，大規(guī)模的電力存儲技術(shù)將是未來電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施最為關(guān)鍵的一部分，先進(jìn)電池技術(shù)可以充分滿足這個(gè)需求，所以，該公司和比爾.蓋茨一起投資了“液態(tài)金屬電池”公司。
盡管電池制造商們大舉進(jìn)入儲能領(lǐng)域的號角剛剛吹響，但與市場發(fā)育不完善、客戶單一的電動車市場相比，工業(yè)電力儲能的前景還是給了他們信心。伊梅爾特說：“我們預(yù)計(jì)這項(xiàng)新業(yè)務(wù)(指能源儲存業(yè)務(wù))將能在幾年后產(chǎn)生10億美元的年收入。我們會繼續(xù)將這項(xiàng)電池技術(shù)的運(yùn)用范圍從電信擴(kuò)展到新的領(lǐng)域，如電力并網(wǎng)、不間斷能源的應(yīng)用和動力產(chǎn)業(yè)。”
通用電氣全球研發(fā)中心儲能研發(fā)平臺負(fù)責(zé)人菲爾德.格蘭
利用時(shí)間差
鈉鹽電池技術(shù)是一項(xiàng)起源于1980年代的技術(shù)。當(dāng)時(shí)正處石油危機(jī)，鈉金屬鹵化物電池被寄望代替化石能源使用于交通工具;但后來石油價(jià)格大跌，還沒等這項(xiàng)技術(shù)足夠成熟，全世界就失去了尋找代替品的的興趣。通用電氣在本世紀(jì)初再次拾起這項(xiàng)技術(shù)，并最終在2007年收購了英國公司Beta，這家公司在1980年代率先開發(fā)出了鹵化鈉電池。“我們的實(shí)驗(yàn)室通過仔細(xì)研究材料和對電池的設(shè)計(jì)進(jìn)行了精細(xì)調(diào)整，改進(jìn)了這個(gè)技術(shù)。”通用電氣能源儲存業(yè)務(wù)的技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者山卓.霍勒說。
鈉鹽電池以容易得到的鹽和鎳為主要原材料，和鋰離子電池相比，更具成本優(yōu)勢。同時(shí)，得益于通用電氣在電力電子管理上積累的成熟經(jīng)驗(yàn)，Durathon電池獨(dú)特的智能電池管理系統(tǒng)讓其在復(fù)雜環(huán)境下也能呈現(xiàn)出穩(wěn)定的表現(xiàn)性。再加之，作為制造業(yè)巨頭，通用電氣在設(shè)計(jì)先進(jìn)的制造流程上經(jīng)驗(yàn)充分。伊梅爾特說，“雖然其成分很簡單，但從設(shè)計(jì)和科學(xué)的角度來看，非常先進(jìn)。這項(xiàng)新電池技術(shù)包含了30項(xiàng)專利。”2011年秋，工廠開建;今年7月，在該工廠正式投入商業(yè)化量產(chǎn)的同時(shí)，通用電氣又追加了7000萬美元投資，至此，已經(jīng)投入了1.7億美元在該工廠;加之研發(fā)階段投入的1.5億美元，Durathon電池項(xiàng)目歷時(shí)10年、耗費(fèi)巨資，足以證明通用電氣對Durathon電池的野心。
盡管頗具潛力，但阿奎昂能量和液態(tài)金屬電池公司離商業(yè)化量產(chǎn)都還有相當(dāng)?shù)鼐嚯x;并且，他們能否克服工程制造上的生疏，順利實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室研發(fā)到大規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)化還是未知。A123公司的電池雖然早開始量產(chǎn)，但鑒于他們今年3月出現(xiàn)的“電池召回事件”以及剛剛破產(chǎn)——對如何開展電網(wǎng)和后備電力業(yè)務(wù)，他們還一無所知——其在對市場的敏銳判斷、成熟的制造經(jīng)驗(yàn)上還有相當(dāng)長一段路要走。
與之相比，通用電氣的Durathon電池已經(jīng)度過了這些階段。單從時(shí)間點(diǎn)上來說，它已經(jīng)領(lǐng)先了對手許多。這個(gè)時(shí)間差是否足夠Durathon電池在目標(biāo)市場攻城略地?
MegatronFederal公司向通用電氣購買的6000塊電池將于2013年交付，它們將被裝備在尼日利亞的一些電信發(fā)射塔上配合柴油發(fā)電機(jī)組使用。“柴油發(fā)電機(jī)單獨(dú)使用時(shí)，能效并不高，所以，通常都需要安裝多于實(shí)際使用量的柴油發(fā)電機(jī)組，而配合電池使用則可以使柴油發(fā)電機(jī)以最高的效率運(yùn)行，可以節(jié)約20%~50%的燃料，從而更加經(jīng)濟(jì)和環(huán)保節(jié)。”格蘭如此解釋第一批電池的作用。“你在燃料上節(jié)約了53%，維修費(fèi)上節(jié)約了45%，可節(jié)省60%的柴油發(fā)電機(jī)組更換費(fèi)用”，MegatronFederal的電信部門經(jīng)理布蘭登.哈克斯說，“我們在尼日利亞的應(yīng)用，節(jié)約的成本是巨大的，每個(gè)電話塔使用20年，大約節(jié)省130萬美元。你使用的燃料少得多、產(chǎn)生的二氧化碳也少得多。”
但這樣的使用模式以及效果目前依然只是估算，并且，是否具有可復(fù)制性，還有待考證。
通用電氣的鈉鹽電池Durathon
最重要的是，不管是通信行業(yè)電源，還是電網(wǎng)級應(yīng)用，其使用成本才是關(guān)鍵決定因素。“電信、電力企業(yè)并不是真的對價(jià)格敏感度低，相反，這是競爭非常激烈的市場，這塊市場的客戶的注意力集中在運(yùn)營成本的改善。”通用電氣的發(fā)言人說。
阿奎恩能源預(yù)計(jì)自己生產(chǎn)的電池的價(jià)格可以達(dá)到每千瓦時(shí)300美元以下，遠(yuǎn)低于目前鋰離子電池的價(jià)格;并且，宣稱其電池可充電5000次。約翰.米勒是電化學(xué)電容器專家，也是咨詢公司JME公司總裁，他說，阿奎恩公司的電池可能是最便宜的，“阿奎恩公司的技術(shù)正在到達(dá)抽蓄電的成本范圍，這非常有希望用于電網(wǎng)存儲。”但阿奎恩公司的創(chuàng)始人惠特克認(rèn)為，要真正用于并網(wǎng)，價(jià)格還需要降低——必須降到200美元/千瓦時(shí)，生產(chǎn)能力達(dá)到千兆瓦的規(guī)模，“我們離這個(gè)目標(biāo)還很遠(yuǎn)。”
不管是300美元/千瓦時(shí)、還是200美元/千瓦時(shí)的價(jià)格，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于Durathon電池的預(yù)估價(jià)格——據(jù)通用電氣稱，待到2015年，其工廠年產(chǎn)量達(dá)到1千兆瓦時(shí)，其電池的價(jià)格約為500美元/千瓦時(shí)。對于這個(gè)巨大的價(jià)格差異，格蘭解釋說，“我們的成本是系統(tǒng)整體方案的價(jià)格，而不是單獨(dú)的電池的價(jià)格。”至于阿奎恩電池的5000次循環(huán)壽命，格蘭認(rèn)為，“實(shí)驗(yàn)室的測試情況和實(shí)際使用條件往往差別巨大，無法直接成正比，一般來說，都會選擇最適合電池運(yùn)行的環(huán)境做測試，但如果放到復(fù)雜環(huán)境、極低或者極高溫度下，你會發(fā)現(xiàn)結(jié)果有天壤之別。而Durathon電池的優(yōu)勢在于：我們一開始就是為了對應(yīng)復(fù)雜工作環(huán)境、大溫差環(huán)境而設(shè)計(jì)電池的，所以，我們給出數(shù)值非常接近在真實(shí)應(yīng)用中的情況”。
任何一項(xiàng)新技術(shù)都必須面臨的挑戰(zhàn)是：如何向客戶證明自己是成熟、可靠的技術(shù)。
“這些技術(shù)還處于非常早期階段的技術(shù)，我們不知道它能做什么，”卡瑪斯說，“原則上說，它們看起來非常有前途，所以這個(gè)行業(yè)有很多人對此感到興奮，但是，這些承諾是否能兌現(xiàn)，還有待觀察。”只有真槍實(shí)彈的電網(wǎng)級測試才能向這些電力公司證明其價(jià)值。阿奎恩能源在去年就將自己的一個(gè)1000伏的模塊會運(yùn)送到荷蘭電工材料協(xié)會進(jìn)行電網(wǎng)級的測試。通用電氣也將在今年的第四季度部署他們第一個(gè)兆瓦級電池儲能系統(tǒng)。
雖然德奇證券分析師西奧多.奧尼爾認(rèn)為，電網(wǎng)的電池業(yè)務(wù)迄今只是一些一次性的示范項(xiàng)目，屬于不可重復(fù)的業(yè)務(wù)，“其需求不會形成這么大的規(guī)模，滿足公司現(xiàn)已建成的規(guī)模。”對此，通用電氣的觀點(diǎn)是，“這是一塊新興的市場，我們認(rèn)為它已經(jīng)通過了技術(shù)論證階段。監(jiān)管變化和技術(shù)發(fā)展性能更優(yōu)越、成本更低廉)的結(jié)合能讓電池儲能系統(tǒng)帶來具有吸引力的投資回報(bào)。”
但至少有一點(diǎn)，是其他公司所不具備——客戶需要與上游公司綁定多年，以履行零件的保修義務(wù)，像A123這樣的公司，其不穩(wěn)定的財(cái)務(wù)和表現(xiàn)可能會嚇跑他們;但通用電氣的巨大的體量和成熟的制造經(jīng)驗(yàn)是給客戶的定心丸。
并且，通用電氣 能為客戶提供的是包括先進(jìn)電池在內(nèi)的能源儲存整體解決方案。“在公共電力領(lǐng)域，我們能提供基于經(jīng)過驗(yàn)證的部件的整套集成系統(tǒng)。通用電氣在這個(gè)領(lǐng)域內(nèi)已有的、各種活躍的商業(yè)合作都表現(xiàn)出了深厚的行業(yè)知識。”通用電氣的發(fā)言人稱。沒錯(cuò)，他們不僅僅是賣電池的——這可能是其競爭對手最難以超越的一點(diǎn)。
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