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新能源产业,未来趋势在哪里?

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世界能源结构正在发生革命性变化


过去十年,我国以水电、风电、光伏发电为代表的可再生能源实现跨越式发展。新能源企业在技术上几经更迭和创新,从靠补贴到拼技术,不断创新技术,产品逐渐成势迭代。



能源革命从历史中走来,从新动力装置和交通工具开启变革大幕,进而带动对新能源的开发利用并引发产业革命。

未来还有无限可能。2023年6月8日至11日,四川省人民政府、工业和信息化部在四川宜宾联合主办“2023世界动力电池大会”。大会以“绿色新动力•世界新动能”为主题,汇聚行业顶级资源,共商动力电池产业绿色发展新趋势,为世界经济发展注入新动能。

新技术孕育新的产业变革。探寻新趋势,更能洞察发展之机。

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新能源、新技术带来新变革
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“无论是从中国,还是从世界能源格局来看,新能源,尤其是新能源汽车,均在快速增长期。”在普华永道中国成都主管合伙人徐闻看来,新能源未来增长的趋势还有很长时期。

随着新一代能源技术和新一代信息技术的快速发展和广泛应用,新一轮能源革命应运而生。回顾历史,人类社会现代文明的每一次进步都伴随着能源革命。


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第一次能源革命:自然能源的力量

公元100年左右,人类学会利用畜力、风力、水力等自然动力,进入自然能源时代。

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第二次能源革命:工业革命的引擎

始于18世纪的英国,以蒸汽机的发明和煤炭的大规模使用为主要标志,人类进入煤炭能源时代。在19世纪末期,电力的发现、开发及利用,使人类对化石能源实现了延伸利用,生产出二次能源。电的发明改变了人类用能方式,也为各种电器生产制造和使用提供了便捷的动力。

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第三次能源革命:油气能源的跃升

始于20世纪20年代,石油和天然气资源的开发,尤其是柴油机、汽油机的发明和使用,使石油、天然气的使用量迅速增大,油气能源很大比例地接替煤炭能源,成为主要能源,人类社会进入煤炭、石油、天然气共存的油气能源时代。


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第四次能源革命:低碳能源的未来

21世纪以来,受气候变化全球治理形势影响,人类对发展生态友好、绿色低碳社会的需求不断提升,以“低碳化、无碳化”理念为核心的新一轮能源革命与变革在全球范围蓬勃兴起,世界能源发展正在由高碳能源进入低碳能源、由化石能源进入非化石能源时代。人类开启新的以低碳为主要特征的能源时代。



能源革命从历史中走来,从新动力装置和交通工具开启变革大幕,进而带动对新能源的开发利用并引发工业革命。未来,以可再生能源为基础、电和氢为能源载体,以电池(光伏、锂离子、氢燃料)为动力、电动车为交通工具,以“绿色”和“智能”为特征的新的工业革命正加速到来。


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能源革命里的“超级赛道”
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“作为新型电力系统不可或缺的核心要素,储能将成为能源革命浪潮中第三大超级赛道。”普华永道曾多次从全球视角参与新能源趋势、投资等领域研究,在徐闻看来,储能创新正在推进能源变革。

理想的能源需要同时满足三个要求:供应安全、价格便宜、绿色环保

储能,就是针对可再生能源的随机性和波动性等特点,把富余的可再生能源储存起来,当可再生能源不足的时候,通过时空变换,再把存储的电能补回去,保障电网稳定运行。

“作为新型电力系统不可或缺的核心要素,储能将成为能源革命浪潮中第三大超级赛道。”徐闻表示,电力作为重要的二次能源,是煤炭、天然气、石油的重要中转站,也是碳排放的最主要载体,虽然电力产品最终用于第一、二、三各个产业。然而“巧合”的是,能够替代含碳能源的非碳能源绝大部分又需要通过电力形式提供,如太阳能、风能、水电、核能。

碳中和的关键是构建以新能源为主体的新型电力系统,从“源-网-荷”到“源-网-荷-储”,储能有望成为新型电力系统的第四大基本要素。

此前,国家发改委、国家能源局联合印发了《关于加快推动新型储能发展的指导意见》,文件明确,到2025年,实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变,装机规模达3000万千瓦以上。到2030年,实现新型储能全面市场化发展。该文件的另一重要措施是放开电网侧储能,引导电网侧储能的成本向用户侧疏导。

继2020年年初多省发文鼓励或强制要求新能源配套储能之后,新能源配储能成为储能热议话题。从全面提升电力系统调节能力、和着力推动清洁能源消纳的需求来看,新能源发电侧还可能为储能带来更广阔市场。

根据普华永道的研究,构建新型电力系统意义重大,涵盖制造、运维、后处理、衍生场景等多个领域。

比如,系统运维、梯次利用、电池回收环节将在行业空间展开后形成投资机会。下一代电池技术同样值得关注,更适合储能应用场景的高安全性、长寿命、低成本储能技术仍有望浮现;虚拟电厂(用户侧分布式+综合能源+需求侧响应)有望开辟全新应用场景,特斯拉已在澳洲、英国等地着手构建。


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储能技术的趋势与未来
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目前已有的储能技术大致可以分为两大类:一类是物理储能,比如重力储能、抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、氢储能等;另一类是化学储能,主要包括各种电池,如铅酸电池、锂电池、钠电池等。

与物理储能相比,包括铅炭电池、锂离子电池等在内的化学储能技术能量转换效率更高,未来将在整个能源体系中扮演重要角色。

为何电化学储能快速增长,发展空间大?徐闻解释,尽管抽水蓄能在储能总量上占优,但是未来其成本下降空间有限,而各类电池储能成本可望下降50%~60%,全球新增储能中大部分均为电化学储能。

数据显示,2022年,全球电化学储能的新增装机容量高达21.5GW/50GWh,同比高增113.6%/108.9%。尤其以中、美、欧三大经济体的贡献为重。

从技术路线上看,未来储能以电池储能、氢和氢载体储能为主。电池储能在分布式短周期存储应用中更具优势,而氢能是集中式大规模长周期储存的最佳途径。


01 下一代电池技术:钠离子电池

优点:全球广泛分布、成本低廉,比锂离子电池低30-40%。


缺点:钠离子半径大、传输扩散速率慢,能量密度、循环寿命与倍率性能有待改进。

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下一代电池技术:钠离子电池

钠离子电池:研发进展慢于锂电池,近年来再次获得广泛关注。


应用场景:光伏风电储能、物流车电动车电动船等低速交通工具。


研究方向:更低成本、更高能量密度、更快充放电速度、更长寿命、更安全环保。

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下一代电池技术:固态锂电池

固态锂电池:正极、负极、电解质全部采用固态材料的锂二次电池。


优点:安全性好、能量密度高、循环性能强、适用温度范围大、电压平台更高。


缺点:界面阻抗高、快充性能差、成本高。

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下一代电池技术:锂-空气电池

锂-空气电池:又称金属燃料电池,是采用金属锂做负极,空气中的氧气做正极的锂电池。 


优点:比能高(理论>3000Wh/kg)、绿色环保(不含铅、汞)、成本低(正极用氧气,廉价)。 


缺点:空气过滤膜、循环寿命、能量效率、金属锂防护。


随着储能产业链发展,国内储能行业的竞争格局已经初步显现。

典型的锂电池如磷酸铁锂电池及三元锂电池,都可同时应用于储能与动力电池两个行业,事实上目前储能市场用的锂电池多为动力电池产业链直接生产,但是也应该看到,需求侧的差异导致二者应用的场景不同,技术指标倾向性不尽相同。

储能电池一般安装在固定场地,空间相对宽裕,但容量一般远大于动力电池,充放电倍率跨度也较大,因此更加追求高循环寿命、高安全性及低成本,而用动力电池则要求高能量密度、高充放倍率、防震动等。


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动力电池先发企业、城市的优势
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徐闻表示,新能源的比重将不断提升。在此趋势下,很多配套设施有将有更多投资,比如充电桩、储能设施等,这是大趋势,也将迎来政府和社会资本不断投资的过程。

从投资角度看,逆变器环节弹性最大,投资价值强于其他环节,是储能最值得配置。电池环节单位价值量最高,系统集成壁垒正逐步体现,长期有望培育BMS等细分赛道。此外,系统运维、梯次利用、电池回收、下一代电池技术(如钠离子电池及其产业链、固态电池及其产业链、飞轮储能、压缩空气储能等)、虚拟电厂等环节或场景机会较多。

4月19日,宁德时代在上海国际汽车工业展览会上正式发布创新前沿电池技术——凝聚态电池,该电池单体能量密度高达500Wh/kg,实现高比能与高安全兼得,并可快速实现量产。

徐闻表示,动力电池的未来发展趋势就是技术革新,以宁德时代为例,此次发布新技术创造性地实现了电池高比能与高安全兼得,未来可能引发行业变革,比如锂电池等可能被更便宜续航能力更强的技术取代。

先发企业、城市是趋势的创造者,也是引领者。

比如,在此次动力电池大会举办地宜宾,正在打造“动力电池之都”。

早在2019年9月,宁德时代就将新制造基地——四川时代落户宜宾。如今,四川时代和时代吉利已建成产能150GWh,2022年产销动力电池72GWh、占全国15%,四川时代和时代吉利项目全部建成产能将达295GWh,成为全球最大的动力电池单体产业基地项目。

近几年宜宾持续突出新型工业化主导作用,围绕四川时代动力电池项目,累计引进上下游配套项目110余个,基本形成了以三江新区为核心,以相邻工业园区为支撑的“1+N”动力电池产业生态圈,正全力打造全球一流动力电池产业集群。

未来还有哪些机遇?纵观全球新能源的发展,我们在产业建圈强链,节能和能源的有效利用,双碳目标的人才培养、科技研发、装备制造以及应用场景的充分利用方面还有很多工作需要做,而正在进行的“2023世界动力电池大会”,正是开拓视野、提供思路的机会。