歐洲動力電池產業,怎麼有了底氣向中國“宣戰”?
現在全世界新能源汽車產業的主戰場,是中國車企圍攻美國特斯拉,中國電池企業大戰日韓。歐洲的眾多老牌汽車強國,在這波新能源浪潮中集體沉淪,幾乎毫無聲浪。
為了自救自強,2016年,歐洲從特斯拉請來了前高管彼得·卡爾森和保羅·莫里茨,歐盟、兩個瑞典自治市出錢,再拉來ABB、斯堪尼亞、西門子、巴斯夫、雷諾、大眾集團、寶馬集團、高盛等巨頭共同投資,舉全歐之力成立了“歐洲電池一哥”Northvolt。
2023年9月,以寶馬取消20億歐元訂單為標誌,前後投資超過100億美元、經歷了經歷了虧損、訂單取消、延產停產、裁員的“抗中先鋒”Northvolt慘淡收場。
不過,靠一項技術,Northvolt在瀕臨倒閉之際拿到了德國政府9.02億歐元的援助,起死回生。
這項技術就是鈉離子電池。
2023年11月,Northvolt宣佈推出世界先進的鈉離子電池。據其宣稱,電池的能量密度160Wh/kg,處於行業最佳水平,並且採用的是不用鋰、鎳、鈷之類昂貴金屬的普魯士藍化合物路線,有極大的降本潛力。
擔任Northvolt CEO的卡爾森在採訪中比較克制,只是說“加速能源轉型”“實現全球可持續發展目標”。
而歐洲媒體的報導就直接得多,毫不諱言其目的是“擺脫對中國的依賴”。英國諮詢公司Rho Motion指出,“在美國和歐盟,與中國脫鉤並建立國內供應的壓力越來越大,而鈉離子電池在這種轉型中可能具有強大的潛力。”
不過現實情況是,寧德時代早在2021年就在實驗室裡拿出了能量密度160Wh/kg的鈉離子電池,現在已經裝車;
去年12月,也就是Northvolt發佈“PPT”方案1個月後,搭載著中國電池“新勢力”中科海鈉鈉離子電池的江淮釔為“花仙子”車型正式發佈;
同一時間,孚能科技與江鈴集團合作的首款鈉電池純電A00級車型江鈴易至EV3(青春版)下線。
相較之下,Northvolt首廠至今沒能進入商業化量產階段,剛剛因為資金問題,關掉了至今無法生產達標產品的正極材料產線,將過去偷偷從中國購買正極材料的管道轉正,原來雄心勃勃要在瑞典、德國和加拿大新建3座工廠的計畫也沒人再提。
顯然,歐洲無論是產業基礎還是市場條件,都不足以支援其獨立打造完備的電池產業。想要擺脫中國新能源產業陰影,重回牌桌之上,還有很長的路要走。
不過話說回來,鈉離子電池又有什麼魔力,可以讓歐洲產生靠著它翻盤的錯覺?
鈉離子電池和新能源時代風頭正盛的鋰離子電池實際上是同門師兄弟。
1979年法國的Armand提出了“搖椅式電池”的概念後,鈉很快就和鋰一起,成為主要研究方向。
只不過由於產品特性差異,在90年代消費電子產業爆發中,鋰離子電池迅速脫穎而出,進而順勢在近10年的新能源汽車浪潮中憑藉成熟的產業體系再度成為行業首選,而鈉離子電池則歸於沉寂。
不過,正如前面所說,鈉離子電池和鋰離子電池是同門師兄弟,其不僅技術原理一致,甚至連製造體系都完全相容,鋰離子電池產線,換一下材料就能生產鈉離子電池。
這就意味著,隨著鋰離子電池的發展,鈉離子電池即便沒有具體的產品落地,但產業基礎已經打好了,只等待合適的場景出現。
什麼樣的場景合適?
首先要看看,過去鈉離子電池和鋰離子電池差在那裡。
鈉離子的質量和半徑較大,在儲鈉材料中的遷移速度較慢,這直接導致了,鈉離子電池的關鍵性能指標——能量密度不如鋰離子電池,同時要提高充電倍率也更困難。
寧德時代發佈的麒麟電池(鋰離子電池)的能量密度可達255Wh/kg,而鈉離子電池的能量密度只有160Wh/kg,這當中有技術成熟度的原因,但更根本的是物質的性質決定鈉離子電池的天花板低於鋰離子電池。
上世紀90年代開始的資訊革命和龐大的全球財富再分配,創造了巨大的社會生產力,使得迅猛爆發的民用消費領域成為技術創新和產業發展的引領者。
而鋰離子電池在性能上的優勢恰好迎合消費持續升級、產業瘋狂內卷的趨勢。
同樣地,當汽車的性質從運輸工具轉換為消費電子產品時,以續航里程為核心的性能指標依然是引領市場內卷的關鍵因素。
但是,世界上並不是只有民用消費市場。
事實上,就好像半導體領域靠3nm先進製程晶片引領產業前進,但真正大規模應用的是28nm以上製程晶片一樣,性能夠用、成本更低的產品才擁有更大的市場空間。
而成本就是鈉離子電池的核心優勢。
在地球上,鈉的地殼丰度是2.83%,而鋰僅0.0065%,據諾貝爾化學獎得主、鋰離子電池技術開創者之一Stanley Whittingham估算,2、3年內南美洲的鋰礦就會減產,鋰供應鏈可能在10年內遇到問題,這決定了鋰的開發使用成本遠高於鈉。
在中國,這個問題更嚴峻。全球70%的鋰資源分佈在南美,58%集中在玻利維亞、阿根廷、智利的“鋰三角”。中國不僅儲量少,只有約全球8.9%,而且品位低,使得開採成本高。根據預測,到2030年,中國70萬噸鋰元素需求中,高達45-50萬噸要靠進口來滿足,對外依存度達65-70%。
目前鈉的價格僅為鋰的1.33%。而且鈉離子電池流體使用的是鋁箔,相較於鋰離子電池的銅箔價格也更低。從電池材料成本來看,鈉離子電池較鋰離子電池在材料成本上可降低30-40%。
這30-40%就預示著鈉離子電池廣闊的市場前景。
目前來看,在一些對性能不敏感的消費領域,鈉離子電池已經開始取代鋰離子電池。
比如前面提到的,電池巨頭寧德時代、孚能科技,以及鈉電“新勢力”中科海鈉的產品,都已經在對續航里程要求不高的A00級小車上裝車。
更值得注意的是,在關注度相對較低的兩輪電動車市場,鈉離子電池相較上一代的鉛酸電池,在性能上全面碾壓,未來隨著產業成熟,成本也將具有很強競爭力,目前正在快速擠佔鉛酸電池的市場,預計到2025年市佔率可以達到35%。
僅這2項,就是至少數千億規模的市場。
新日電動車總工程師雷寶榮預測,如果4.2億電動兩輪車市場存量50%採用鈉電池進行更換的話,鈉電池的產值將超過2600億。
不過,這些還不是最讓人看好鈉離子電池的理由。
分析鈉離子電池的核心特性和適宜的場景:
能量密度不高,對應有足夠空間承載大量電池的場景;成本低,對應使用規模超大的場景,再加上鈉離子電池良好的安全性、比較長的生命周期,都指向一個最光明的場景——
儲能。
這幾年,在中國鋰離子電池產業在全球新能源汽車市場攻城略地的同時,鈉離子電池產業也在儲能領域引領全球發展。
尤其是進入2024年,中國鈉離子電池行業的發展更上一層樓。
5月,全球首個10MWh鈉離子電池電網側儲能電站在廣西南寧正式投運,6月,大唐湖北100MW/200MWh鈉離子新型儲能電站科技創新示範項目一期工程建成投運。
據不完全統計,今年以來,簽約、備案、開工的鈉電項目超過20個,項目投資總額近400億元。
這只是個微小的起點。
在全世界低碳潮流下,新能源方興未艾。根據EIA預測,到2050年,風光發電將佔可再生能源發電量的72%,相比2020年佔比提升近1倍。
然而,風光發電具有低慣量、低阻尼、弱電壓支撐的特點,會使發電側和用電側的平衡更加難以實現。因此,為保持電網的平衡,很多時候風光發電並未接入電網而被浪費,產生“棄風棄光”現象。2023年,中國棄風、棄光量超過300億千瓦時,浪費了超過100億元。
在這種情況下,大規模加碼儲能,已經是勢在必行。
2021年《關於加快推動新型儲能發展的指導意見》發佈後,全國各省、市、自治區相繼發佈了與新能源配套儲能建設相關的檔案,其中10%/2h的標準較為普遍。
近年來,相關標準持續提高。新疆的配儲要求達到了100%h,西藏和山東配儲要求也高達80%h以上,內蒙古的配儲要求則為60%h,此外,遼寧、河南和廣西也分別提出了45%h、40%h和30%h的配儲要求。
此外,甘肅、安徽、湖北和海南等省份,雖然其配儲政策要求僅為20%h,但實際完成招標項目的配儲比例時長均值卻達到了40%h左右,遠超出了政策規定的最低標準。
截至目前,全國已有20個省市/自治區明確了“十四五”期間的儲能發展目標,預計到2025年,這些區域的儲能裝機規模將累計達到近54GW。
這還只是發電側儲能市場前景,除此以外,儲能場景還包括電網側和用電側儲能,同樣前景無限。
過去,儲能生態位被鋰離子電池佔據。據國家能源局最新資料,截至去年年底,全國新型儲能項目中鋰離子電池儲能佔絕對主導地位,佔比達97.4%。
然而隨著儲能規模的快速擴張,成本因素在商業考量中的權重將擴張,鈉離子電池的成本優勢將隨時間逐步凸顯。
另外安全性也是個問題,近年來,美國加州Gateaway儲能電站火災、德國尼爾莫爾商業區鋰電池儲能集裝箱火災,國內溫州、北京工商業儲能項目火災等事故,均造成不同程度的損失。
而據國網江蘇電力介紹,鈉離子電池的電化學性能相對穩定,使用過程中較鋰離子電池會更加安全。目前,鈉離子電池已通過中汽中心的檢測,針刺時不冒煙、不起火、不爆炸,經受短路、過充、過放、擠壓等實驗,鈉離子電池也不起火燃燒。
因此,國家標準《電化學儲能電站安全規程》去年7月加速實施,成為今年鈉離子電池儲能發展的重要助力。
未來,把有限的鋰資源留給高性能追求的場景,而成本考量更重要的儲能場景,將主要由鈉離子電池佔據。
在鈉離子電池儲能電站領域,在現有存在百兆瓦級的鈉離子電池儲能電站投產的發展情況之下,前瞻預測未來幾年中國鈉離子電池在儲能領域的發展將快速增長,初步預計2029年鈉離子電池在儲能領域應用的市場規模達到2488MWh,年均複合增長率為37.8%。
前瞻產業研究院作為更懂產業的科技型決策智庫,很早就觀察到了儲能風口下鈉離子電池產業的機會,成立了“新能源產業規劃所”,發揮“產業研究+巨量資料+技術洞察+招商資源前置”的獨家特色產業規劃服務,為各地政府提供既科學,又前瞻,又落地的產業規劃整體諮詢方案。
在詳盡分析研判產業資料、企業動態及相關案例後,前瞻新能源產業規劃所認為,未來鈉離子電池儲能在多個商業方向上有廣闊前景,地方可以針對性引導佈局:
-電動汽車快充/超充站
為應對大規模充電基礎設施建設和充電站的改造,會對現有電網造成嚴重衝擊和負擔,近幾年國家大力推進“光儲充放”一體化試點應用。今年以來,上海、深圳、廣州、南京、常州等城市均有“光儲充放”一體化充電站投入營運。
美國能源巨頭2019年投資了鈉離子電池技術開發商Natron Energy,以支援開發用於電力需求管理的固定式儲能系統車輛(EV)充電站。Natron Energy8月宣佈在美國建造首個鈉離子電池超級工廠,預計2027年投產。
-資料/算力中心
隨著AI等資訊技術不斷突破並應用,智算中心、超算中心、資料中心等高耗能主體的電力消耗大幅增加,儲能系統作為靈活性調節資源。國家能源局資料顯示,資料中心預計年均用電增速將達到15%,是中國能源消耗增速較快的領域之一。
去年發佈的《算力基礎設施高品質發展行動計畫》,指出能源算力應用中心要加快實現源網荷互動、多能協同互補及用能需求智能調控,同時支援液冷、儲能等新技術應用,最佳化算力設施電能利用效率,鼓勵算力中心採用源網荷儲等技術,與風電、光伏等可再生能源融合開發、就近消納,逐步提升算力設施綠電使用率。
-零碳園區
清華大學環境學院調研資料顯示,近70%的工業用能集中在工業園區,其碳排放佔全國總量的31%,建設零碳園區成為中國實現“雙碳”目標的關鍵路徑。零碳園區也需因地制宜的發展光伏、風電、水電、生物質等可再生能源,配合儲能、分佈式供能等手段實現調峰填谷、源網荷儲深度協同,整合形成園區微電網。
常州溧陽高新區近零碳場景創新中心,建設了全省規模最大微電網、工商業新型儲能系統、光儲充檢一體化充電站、光伏球場、光伏道路、萬畝漁光互補等6個場景應用,其中儲能系統組態了中科海鈉最先進的鈉離子電池。
除此以外,其他大中型工商業、5G基站、換電重卡、港口岸電等場景,也將催生一定的儲能量級需求。
總而言之,隨著全球能源結構的轉型和儲能市場的迅猛增長,鈉離子電池以其成本低廉、資源豐富、環境友好等優勢,正逐漸成為儲能領域的新寵。在鋰資源日益緊張的背景下,鈉離子電池的商業化前景顯得尤為光明,其在大規模儲能系統中的潛在應用價值正被越來越多的研究機構和企業所認可。
目前,鈉離子電池技術正處於快速發展階段,一旦實現有效量產,將有望在儲能市場中佔據重要地位,為全球能源的可持續發展提供強有力的支援。
那麼,什麼時候可以實現量產呢?
2024年10月18日,以“鈉離子電池量產的瓶頸和挑戰”為主題的前瞻技術洞察交流會,將在深圳南山區飛亞達科技大廈前瞻產業研究院總部舉行,新能源新材料產業院士專家、高管精英、產業投資負責人、VC合夥人等級嘉賓齊聚一堂,就鈉離子產業熱點問題進行探討,誠邀業界人士參與。 (前瞻經濟學人)