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[17年6月]储能电池路在何方?“明星”能源公司折戟之殇

      被寄予厚望的阿奎恩能源公司申请破产,寻找新型储能电池的尝试再次失败。受到影响的还有太阳能和风能等可再生能源,它们依赖更高效的储能技术来消除间歇发电的弊端。遏制全球变暖的行动也会因此打折。成本上无法与锂电池竞争是新储能技术最大的软肋,但如果考虑使用寿命,加上正确的公众政策,新型储能技术或许还有机会。

      风能和太阳能发电厂产生的清洁能源对储能技术的依赖促进了这一行业的发展,但就在最近,被寄予厚望的阿奎恩能源公司(Aquion Energy)申请破产,显示出储能领域仍然面临着巨大挑战。

      “明星”陨落,储能行业哀嚎遍野

      无论从何种意义上讲,阿奎恩能源公司似乎都注定会成功。

      这家向可再生能源项目和电网出售大容量储能电池的新兴初创公司是由杰˙惠特克雷(Jay Whitacre)于2007年创办,他是卡内基梅隆大学的一位材料科学教授,曾经为美国航天局的火星车开发过电池。阿奎恩能源公司从包括比尔˙盖茨,凯鹏华盈(Kleiner Perkins)和壳牌的风险投资家等诸多知名投资者手里筹集到了近2亿美元。也许最重要的是,公司在进入市场之初,就清醒敏锐的意识到之前电池类项目创业公司最大的问题——很难避免使用稀有材料。有了前车之鉴,阿奎恩能源公司更多地依赖于已经改变了原始用途的生产设备,并且确定了可能的市场盈利方向。

      然而,在3月8日阿奎恩能源公司未能筹集更多的资金之后,公司提起了破产保护,裁掉了80%的员工,不再继续生产制造。这是储能设备创业投资公司最近又一次遭遇的重创。此前,生产开发所谓液流电池的EnerVault公司,在2015年没能找到更多的投资者之后,将公司挂牌出售了。同年晚些时候,生产液态金属电池的创业公司Ambri裁员四分之一。大约在同一时间,努力开发新技术,致力于将能量以压缩空气的方式储存在碳纤维储能罐中的LightSail Energy 公司,将自己的容器产品转头卖给了天然气供应商。总而言之,种种挣扎已经让人们对价格合适,功能实用的电网存储设备在近期的到来已经降低了期望。

      这是个大问题。如果没有廉价的方式去储存类似风能或者太阳能这类间歇能源产生的多余能量,那这些可再生能源对整个电网的电力供应将产生诸多限制。进一步讲,它对减缓由碳排放引发的温室效应的作用也就有待商榷。加利福尼亚的太阳能农场在此前已经关闭过几天了,因为他们在特定时间产生的电力超出了电网的使用量。然而,当太阳被云层遮挡的时候,该系统需要启动备用设备,燃烧足够的化石燃料以满足实际需求。

      一年前,阿奎恩能源还在《麻省理工科技评论杂志》(MIT Technology Review)评选出的50家最聪明企业排行榜上排名第五。现在已经很难弄清楚具体是哪里出了问题,因为破产申请中提供的额外细节有限,而惠特克雷也拒绝在拍卖完成前做出发言,但他明确表示,希望公司或者技术在此后能以某种形式延续下去。

      锂离子电池成本一路走低

      2012年,当《麻省理工科技评论杂志》首次报道阿奎恩公司的时候,该公司提到,他们希望能制造每千瓦时容量成本低于300美元的电池产品。该技术利用盐水电解质,锰氧化物阴极和基于碳元素的阳极组合成电池。该款产品价格定位是介于低端铅酸电池和更为昂贵的锂离子技术之间。但是主打点是电池能持续使用更长时间,在电网充放电循环中表现更好。这就可能能使系统的终身费用降到更低。

      我们不知道在阿奎恩公司申请破产的时候,他们产品的成本究竟几何,但是根据彭博新能源财经(Bloomberg New Energy Finance)的报道,锂离子电池在去年已经低于每千瓦时300美元这一成本的门槛。特别是,这一价格在短短两年内就降低了一半,在2016年达到仅273美元。这是因为为了满足日益增长的手机、电动车和太阳能电力备份系统的需求,全球锂电池的产量逐渐加大。且锂离子电池的价格仍有可能会继续下滑,彭博预测说2025年可能会降到每千瓦时109美元,而到2030年达到每千瓦时仅73美元。

      麻省理工学院(MIT)的材料科学家,Ambri公司的联合创始人唐纳德˙萨多维(Sadoway)对此表示怀疑,他认为这样的估算仅仅表现出锂电池储能技术在电网级别下的总成本。他还认为,彭博新能源财经对于未来的预测是不现实的,2030年的预估似乎会低于原材料的成本价格。但无论如何,价格的突然下跌已经对储能电池市场产生了巨大的连带效应。他说:“当锂离子电池带着这些大胆惊人的推测上场的时候,投资者就会停下来看看,然后说,哇,你们这些(研究其他电池的)家伙都要完蛋了。”

      与此同时,能考虑构建价值数百万美元储能系统的大客户们几乎没有动力将宝压在新兴的风险更高的技术上。“锂离子电池已经满足了大型公用事业客户的许多特定需求,他们能从稳定供应商那里获得可靠的产品,”AES公司储能部门总监约翰˙扎胡兰奇(John Zahurancik)如此评论到。AES公司是一家电力项目开发商,进来越发专注于电池系统。在2015年加利福尼亚公用事业公司天然气泄漏之后,他们紧急订购了3个独立的锂离子系统来替换天然气设备,这些电池就是由AES和特斯拉公司组装的。“我们认为锂电池技术更适用于此时此刻,且能随时待命。”


      锂离子电池还能用上几十年

      很明显的是,尽管人们迫切需要更好的电网储能技术,但任何(此类)创业公司都面临着以下几个令人生畏的现实问题:首先,先进电网电能储存技术的市场并不大,且发展缓慢,部分原因是技术不成熟,成本高。其次,也是更为重要的原因是,短期内,类似锂电池一类的现有技术价格急剧下降,压缩了类似阿奎恩一类新能源公司所承诺的新技术带来的利润空间。

       能源企业家“回旋加速路计划”基金领导人伊兰˙古尔(Ilan Gur)说,“别对锂离子电池之后的时代报以希望,”他曾经参与合资组建了一家电池公司,后来被博世公司收购了。“我们估计还得再倾向于用锂电池用上几十年。”

      到现在这都是清洁能源领域一个普遍的现象。企业必须进行大规模的先期投资,用以开发新的硬件,扩大生产制造规模,同时还要在推动价格和业绩目标的前提下,改进现有技术。面对这样的挑战,成功者着实寥寥。

      在这种情况下,危险在于,就很多观察人士看来,锂离子电池技术并不适合大规模的基底负载电网储能,因为这技术并没有那么便宜,而且还有持久性问题。然而,锂离子电池的成功使得投资市场中那些今天看起来好处有限,但是有可能在未来给能源系统带来巨大变革的技术持续遭遇寒冬。

       我们又该如何做,才能支撑这些技术直达他们最终得以带来应有的变革呢?

      继续寻找新型储能电池技术

      麻省理工学院能源研究副教授杰西卡˙塔兰奇(Jessika Trancik)说,但我们也同样有理由将宝压到新型电池这边。她表示,尽管价格下降,锂离子电池仍然不足以在电网中发挥更大的作用。也没人知道它们最终是否能发挥出更大的作用。

      成本价格的制定也比单纯的千瓦时单价更复杂。更有说服力的指标是每周期每千瓦时多少美元,这将能同时反映出系统的使用寿命。我们面对着锂离子电池本身的一个巨大问题:这些电池的容量很快就会打折扣,每个智能手机用户都知道这一点。这就使得它们不太适合被用于储存电网中类似风能或太阳能这类间歇能源旺季的富余电量,从而去平衡电网发电能力。

      现在还没人能说清楚最终哪种电网储能技术,或者哪种组合最终可能替代锂离子电池。除了先进的电池技术这种可能性,备选项还有飞轮,压缩空气,氢燃料电池,电动车对电网系统,甚至储能空调。(将水提到山上,再让它倾泻而下,依旧是目前最强大的储能技术)。但是所有这些技术都有显著的缺点,可能需要深入持续性的投资才能得到发展,才能测试它们是否真的有可行性,才能让它们的价格更实惠具有竞争力。

      解决之道:市场+公众政策

      问题是这样的投资要来自哪里。根据布鲁金斯学会近期的一份报告,特朗普政府已经采取措施,取消了清洁能源创业公司的联邦资助计划。自2011年以来,这类计划收到的风投资金也从75亿美元下降到近52亿美元。

      好消息是随着更多风能和太阳能项目的建成,以及企业开始更注重在用电高峰时间成本的核算控制,大型储能系统的市场正在扩大。加州大学伯克利分校的能源经济学家塞维林˙波伦斯坦恩(Severin Borenstein)评论说,“随着电网更倾向于采用额外的清洁能源作为补充,以及更多老旧的化石燃料发电厂的关闭,电网储存技术的经济性将变得越来越高。当我们更多的采用间歇性可再生能源时,储能技术就会变得更有价值。”

      然而,令人恐惧的是,鉴于全世界为了应对气候变化这一巨大威胁而需要迅速削减碳排放量,单靠市场机制并不能跟上脚步。可以加速这种转变的一个工具当属明智的公众政策。加利福尼亚州,纽约州和其他几个州的碳税或总量管制与交易制度提高了使用化石燃料的发电厂的成本,并增加了向电网输送更多可再生能源和储能技术的动力。政府也有更多的直接方法来支持该行业,例如加利福尼亚州要求国家公用事业公司在本十年底之前向电网增加1.3千兆瓦的存储量,或为有希望的创业公司提供联邦赠款和贷款计划。

     但最终,新型储能技术仍要对抗深埋于资本主义骨子里的战斗力:市场将选择并巩固主导性技术和主导性公司。为了摆脱旧的秩序,需要采取根本性的改进,但在能源领域,这并不会经常出现。


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