特斯拉电池工厂大爆炸!行业警钟已敲响,锂电池储能问题堪忧
文|桃子
导读:据电池工业网消息,澳大利亚当地时间7月30日上午,在澳大利亚多利亚州的一个工厂发生大爆炸。据悉,此次发生大爆炸的工厂是特斯拉Megapack工厂,是世界上最大的电池厂之一。如今,这场因大爆炸所引发的大火已经狠狠地烧了四天,直到8月2日才得到控制。据相关媒体报道,虽然此次大爆炸火势巨大,但却并未造成人员伤亡。目前关于该电池厂为何会发生大爆炸的原因尚不清楚。
这个有着300MW储能总能量的项目,发生事故的设施锂电池重量达到了13砘,是由美国可再生能源公司Neoen与特斯拉共同合作的项目的组成部分。据悉,此项目是美国可再生能源公司Neoen与特斯拉将打造“维多利亚大电池”项目。而此项目的主要目标,则是希望能够争取在2023年到来之前,通过可再生能源,为维多利亚州提供百分之五十电力。
如今,特斯拉Megapack工厂发生大爆炸,CFA事故相关人士对外表示,就目前相关资料来看,这是世界上发生的第一起Megapack的大型事故火灾。此外,此项目的另一合作方美国可再生能源公司Neoen则表示,在此次大爆炸所引起的火灾中,并未发现有员工在此受到伤害。此外,其还公开表示,目前该项目已经和电网断开,但并不会因此而影响到电力供应。
评论人士指出,此次大爆炸的发生,不仅使得锂电池储能让人对其感到担心,更向整个行业发出了警示。众所周知,锂电池的储能项目不仅是特斯拉的主要业务之一,同时也会影响到我国不少 汽车 品牌电动车。毕竟对于日益扩大的电动车市场,锂电池储能尤为重要。但如今特斯拉Megapack工厂发生大爆炸,无疑给市场敲响了警钟。
据相关数据显示,近年来,世界范围内与储能项目发生爆炸和火灾的事故曾屡次发生。对于消费者而言,安全无疑是第一位。如今锂电池储能接二连三出现问题,不由让人对储能市场感到担心。但无论如何,倘若连最最基本但安全性问题都无法得到解决,势必会对电动电池及电动 汽车 市场产生负面影响。但行业需要注意但是,安全问题是整个电动车行业最需要重视的问题。
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3月23日,Stellantis集团和LG新能源(LG Energy Solution)宣布,双方已签署具有约束力的最终协议,即以双方合资的形式共同建立加拿大境内第一家大型的电动汽车电池制造厂。该合资公司将生产先进的锂离子电池单元和模块,以满足Stellantis集团在北美地区的大部分汽车生产需求。
该合资公司将投资逾50亿加元(41亿美元)以展开运营,其中包括位于加拿大安大略省温莎市的一家全新的电池制造工厂。工厂的建造计划于今年晚些时候展开,预计工厂将于2024年第一季度投产。
该工厂的目标是年产能超过45GWh,并将在温莎市及其周边地区创造约2500个新工作岗位。加拿大的联邦、省、市各级政府均同意全力支持合资公司的运营。
该电池制造工厂位于加拿大最大的汽车产业集群所在地安大略省温莎市,Stellantis集团和LG新能源预计该工厂将成为该地区建立强大电池供应链的催化剂。加拿大致力于通过利用其在可再生能源发电等方面的领先地位,建立广泛的本地电池制造生态系统。
Stellantis集团首席执行官唐唯实(Carlos Tavares)表示:“我们与LG新能源共同建立的合资公司为Stellantis集团在该地区实施其积极的电气化战略提供了有力支持。根据该战略,Stellantis集团的目标是在2030年内,实现在美国和加拿大售出的车辆中有50%为纯电动车型。我们感谢加拿大联邦、省、市各级政府的支持和承诺,这有助于加拿大成为北美电动汽车电池生产领域的领导者。”
LG新能源首席执行官Youngsoo Kwon表示:“通过与Stellantis集团组建的这家合资企业,LG新能源将成为该地区构建绿色能源价值链的关键参与者。加拿大被公认为是可再生能源领域的领先国家之一,对于LG新能源来说,在加拿大成立一家合资的电池制造企业至关重要,因为我们的目标是在全球范围内为更多的电动汽车提供动力。”
作为Stellantis集团“Dare Forward 2030”战略规划的一部分,Stellantis集团已宣布计划到2030年实现如下目标:集团在全球范围内的纯电动汽车年销量达到500万辆,在欧洲售出的所有乘用车均为纯电动汽车,在北美售出的乘用车及轻型卡车中有50%为纯电动汽车。同时,Stellantis集团将此前计划的电池容量储备增加140GWh,从而提升至约400GWh,这将由5家电池制造工厂和其他的供应商提供支持。
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文/赵学良 中国石化发展计划部,当代石油石化
1美国氢能及燃料电池产业概况
美国能源局从1970年就开始布局燃料电池研发,并一直处于世界领先地位。燃料电池备用电源和燃料电池叉车已具备市场竞争力,处于商业推广阶段;燃料电池乘用车处于政府补贴商业推广阶段;燃料电池巴士、大型货车、商用车处于行车实验验证阶段。2018年美国被评为国际氢能经济和燃料电池伙伴计划IPHE(International Partnership for Hydrogen and Fuel Cells in the Economy,为2003年由18个国家和欧盟共同发起成立的国际合作组织)主席国。
美国参议院决议确定2018年10月8日为美国国家氢能与燃料电池第四个纪念日,“参议院第664号决议”给出如下13点理由:
1)氢原子质量为1.008,而且是宇宙中含量最丰富的化学物质;
2)美国是燃料电池和氢能技术开发和部署的世界领先者;
3)氢燃料电池在美国太空计划中发挥了重要作用,帮助美国完成了登陆月球的任务;
4)私营企业、联邦和州政府、国家实验室以及高等教育机构持续提高燃料电池和氢能技术,以解决美国最迫切的能源、环境和经济问题;
5)利用氢和富氢燃料发电的燃料电池是清洁、高效的技术,被用于固定电源和备用电源、以及零排放轻型 汽车 、公共 汽车 、工业车辆和便携式电源;
6)固定式燃料电池正投入到连续和备用电源的使用中,以便在电网停电时为商业和能源消费者提供可靠的电力;
7)与传统发电技术相比,固定式燃料电池有助于减少用水量;
8)燃料电池轻型 汽车 和使用氢气的公共 汽车 可以完全复制内燃机车的经验,包括行驶里程和加油时间;
9)氢燃料电池工业车辆正在美国各地的物流中心和仓库部署,并出口到欧洲和亚洲;
10)氢气是一种无毒气体,可以从各种国内可获得的传统和可再生资源中获取,包括太阳能、
风能、沼气以及美国丰富的天然气;
11)氢和燃料电池可以储存能量以帮助增强
电网,并使可再生能源的部署机会最大化;
12)美国每年生产和使用超过1100万吨的氢气;
13)工程和安全人员及标准专业人员就氢气的交付、处理和使用已经达成共识,并已制定出相关协议。
2美国发展氢能及燃料电池的初衷
美国参议院决议的理由充分说明,从国家层面而言,发展氢能及燃料电池具有降低二氧化碳排放、减少空气污染等清洁环保层面的意义,同时还具有降低燃油消耗、提高可再生能源利用率及电网可靠性等增加能源自给率、保障国家能源安全的优点。2014年美国发布《全面能源战略》,将“发展低碳技术、为清洁能源奠基”作为放眼长远的战略支点,并明确提出,氢能作为替代性能源将在交通业转型中起到引领作用。
2.1减少温室气体排放
由于氢燃料电池具有高效率和温室气体近零排放的特性,燃料电池系统能够在很多应用领域实现温室气体减排。美国能源部研究了燃料电池的温室气体减排潜力。燃料电池应用于热电联产系统时,相比传统热电联产系统可减少35%~50%的排放;燃料电池货车相比燃油货车可减少55%~90%的排放;燃料电池叉车相比柴油叉车或动力电池叉车可减少35%的排放;燃料电池巴士比内燃机巴士效率高40%;燃料电池备用电源相比柴油发电机可减少60%的排放。
美国能源部对比测算了不同能源介质运输工具的油井到车轮(WTW)温室气体排放情况。天然气制氢-氢燃料电池路线每英里排放二氧化碳200克,低于美国现有电网取电-电动 汽车 路线230克和传统燃油车450克的排放标准。配有二氧化碳封存的煤气化制氢-氢燃料电池路线每英里排放二氧化碳95克,生物质气化制氢-氢燃料电池路线每英里排放二氧化碳仅37克。
2.2减少燃油消耗
燃料电池提供了一种几乎不消耗石油的提供动力方式,且可覆盖美国大部分的石油消耗,如 汽车 、巴士、备用发电机和辅助发电机等。美国能源部的研究结果表明,氢燃料电池轻型 汽车 相比汽油内燃机 汽车 可降低95%的燃油消耗,相比混合动力车可降低85%的燃油消耗,相比插电式混合动力车可降低80%的燃油消耗。可以看出,相较大规模使用生物燃料、提高内燃机效率(ICEV包括使用混合动力 汽车 ),燃料电池车大规模应用后可以大幅减少国家的石油消费,到2050年燃油消耗量将降到目前的40%左右。
2.3提高电网可靠性、最大程度部署可再生能源
美国能源部预估光伏和风电的建设成本将大幅下降,“太阳计划2030”(SUNSHOT2030)设定的目标是2030年光伏电站成本为3美分/千瓦时,2018年美国陆上风电成本已低至2.9美分/千瓦时。光伏和风电将得到迅速普及,预计到2050年风能装机容量将达到404吉瓦,装机容量占总容量的35%;光伏装机容量将达到632吉瓦,发电量占总发电量的19%。
根据国际能源署发布的研究报告《GettingWindandSunontotheGrid》,当电网中间歇性可再生能源(以风电、光伏为主)的比例超过15%时,就必须配置相应的储能设施。另外由于可再生能源的生产水平在不同时间段、不同季节之间存在显著差异,例如欧洲的太阳能发电在冬季比夏季低60%左右,但电力需求却增加40%,也需要配置大规模、长时间的储能设施才能提高可再生能源的利用小时数,减少“弃风”“弃光”。
丰田、通用、奔驰、林德等企业组成的氢能理事会研究表明,氢能是大规模储存电能的一种重要选择:相比超级电容、压缩空气、电池、飞轮储能、抽水蓄能,氢能更适合长期大量储存能量。当需要大规模储能时可以液氢或者氢化物的形式存储于地下盐穴,估计每个兆瓦时的成本在50~150美元之间,与受地质条件限制较大的抽水蓄能相当,显著低于其他的能量存储方式。
2.4高能源转化效率
燃料电池直接将燃料的化学能转化为电能,效率非常高且不需要燃烧。氢燃料电池 汽车 的能量转化效率约60%,大约是汽油内燃机的两倍。
燃料电池用于固定电源,用天然气或丙烷发电效率大致为45%;如果将透平系统与高温燃料电池组合,发电效率可达到70%,结合热电联产系统效率可达80%,相比传统煤电、天然气发电45%~50%的综合效率提高35%~40%。
2.5降低污染物排放
美国能源部的研究课题表明,燃料电池发电系统比燃煤、燃气发电系统少排放75%~90%的氮氧化物、75%~80%的颗粒物(PM)。
2.6 H2@Scale计划
H2@Scale是美国能源部(DOE)的一项倡议,将利益相关者聚集在一起,促进可负担得起的氢气生产、运输、储存和利用,增加多个能源部门的收入。通过政府资助将国家实验室和工业界以项目形式整合在一起共同合作,以加快适用氢技术的早期研究、开发和示范。H2@Scale联盟促进了工业界和学术界合作,利用国家实验室世界级的研发能力,依赖私营部门进行至关重要的示范。
通过示范使尖端技术集成到现有系统中、验证未来部署的商业可行性,并指导未来的研发计划。美国目前生产超过1100万吨氢气,占全球供应量的1/6,主要用于炼油和化肥工业。大型基础设施包括超过1600英里的氢气管道、不断增长的加氢站和数千吨的地下储存洞穴。H2@Scale计划中氢能的地位与日本的氢能战略类似,把氢能作为一种重要的二次能源,氢能与电能之间可以相互转化。通过利用电解槽在发电量超过负荷时生产氢气,可以减少可再生能源的浪费,并有助于电网的稳定。从现有基本负荷(如核能)中产生的氢气也可以储存、分配,并用作多种用途的燃料。这些应用包括运输、固定动力、工艺或建筑用热,以及工业部门,如钢铁制造、氨生产和石油炼制。
3燃料电池商业化推广现状
截至2017年,在世界范围内共有超过70000台、共计650兆瓦燃料电池处于商业运行状态,其中移动领域应用占比接近70%,非移动领域应用占比30%,相关营收超过20亿美元。
截至2018年10月,美国共出售或者租赁超过6200辆燃料电池乘用车,包括丰田Mirai、本田Clarity、现代Tucson;建成39个加氢站;商业应用超过23000辆燃料电池叉车;商业化普及超过240兆瓦燃料电池备用电源,遍及美国40个州;FedEx、UPS在试用燃料电池快递车;多家公司试验运行共33辆燃料电池巴士,其中最长行驶里程已经超过50万公里。
3.1燃料电池备用电源应用现状
截至2017年底,据美国DOE统计数据显示,全美共销售8400套燃料电池备用电源,其中900套获得美国DOE经费支持,其他7500套未获支持。燃料电池将天然气转换成电能供大型超市、数据中心、生产企业及其他工商设施使用,能源转化效率从传统发电的30%~40%提高到60%~65%,加上热能利用可达90%,极大地减少了污染物排放,同时还减排二氧化碳。相较美国某些州的电网供电电费,使用燃料电池供电可节省一部分费用。
BloomEnergy是美国燃料电池发电的领军企业,其燃料电池成本2016年第一季度为5086美元/千瓦时,2018年第一季度降至3855美元/千瓦时;而其安装成本也从同期的1280美元/千瓦时降至526美元/千瓦时。
家得宝2014年在加利福尼亚试用安装第一套200千瓦的燃料电池备用电源。验证了其经济性后,到2016年底为其140家连锁超市都安装了燃料电池系统,并准备将全部170家店都安装上燃料电池备用电源。家得宝的首席财务官CarolTome曾披露:“使用燃料电池发电比从电网取电节省15%~20%的费用,同时减排大量二氧化碳。”
沃尔玛在加利福尼亚、新泽西的60家超市安装了燃料电池备用电源,用电规模按其单店用电量40%~60%确定,保障在电网断电时冷柜、照明系统、收款机可继续工作,不至于致使食物腐败,并在恶劣天气情况下继续为顾客服务,且使用燃料电池供电价格低于从电网取电价格。
Johnson&Johnson于2015年安装了1台500千瓦BloomEnergy燃料电池电源,经其测算20年的运转周期将总共节省1000万美元的费用,每年减排130万磅二氧化碳;Medtronic公司的报告显示,其安装的400千瓦燃料电池电源每年可节省电费230万美元,每年减排100万磅二氧化碳;Ratkovich公司的报告显示,其安装的500千瓦燃料电池电源每年可节省电费20万美元;JuniperNetworks公司的报告显示,其安装的1兆瓦燃料电池电源配合300千瓦太阳能电池每年可节省电费12万美元,每年减排270万磅二氧化碳。
3.2燃料电池叉车推广情况
据美国能源部2016年5月统计显示,2008年美国氢燃料电池叉车数量在500辆左右,到2016年,美国26个州的氢燃料电池叉车数量已经超过11000辆,年复合增速高达56%。而截至2017年底,统计数据显示全美共销售21838台燃料电池叉车,其中713台获得美国DOE经费支持,其他21125台并未获得DOE经费支持。713台燃料电池叉车共获得DOE970万美元经费支持。
目前在美国使用燃料电池叉车的公司包括但不限于亚马逊、宜家、宝马、可口可乐、奔驰、尼桑、联邦快递及一批食品公司,仅沃尔玛在其北美的19个配送中心就配备了3000辆燃料电池叉车。PlugPower、NuveraFuelCells和OorjaProtonics,Hydrogenics及H2Logic提供了绝大多数的燃料电池叉车。
亚马逊在2014年采购了535辆氢燃料电池叉车,在证明其成本效益的合理性后,于2017年4月收购了美国燃料电池制造商PlugPower23%的股权。除此之外,亚马逊为其11个大型仓库配备氢燃料电池叉车。2021年1月,电池巨头SK集团与旗下天然气子公司SKE&S各出资8000亿韩元,共约合13亿美元,收购PlugPower9.9%的股份。短短几年间PlugPower公司市值升值50倍。
相较内燃机叉车,氢燃料电池叉车没有任何污染物排放,因此广受食品工业青睐,更多被用于室内作业。相较电池叉车,氢燃料电池叉车可节省充电的时间和空间,并在整个轮班期间全功率运行,在冷藏仓库环境中运行时不会出现任何电压骤降的情况,从而提高运营效率和节省成本。
美国国家实验室(NREL)对动力电池叉车和燃料电池叉车的总运行成本进行了评估,包括电池和燃料电池系统的购置成本、支持基础设施的成本、维护成本、仓库空间成本和劳动力成本。考虑到所有这些成本,NREL发现燃料电池叉车的总体拥有成本比同类动力电池叉车要低。
燃料电池叉车的样本约60台,每天工作2~3班,每周6~7天。NREL发现,对于用于多班作业的Ⅰ类和Ⅱ类叉车,燃料电池可将总体拥有成本降低10%,从每辆叉车每年19700美元降至每辆叉车每年17800美元。三级叉车的拥有成本可降低5%,从每年12400美元降至每年11700美元。NREL的评估仅限于考虑电池和燃料电池叉车的拥有和运行成本,未评估燃料电池叉车提高生产力的潜在效益。
通过NRTL的敏感性分析,只要燃料电池叉车车队的数量足够大(敏感性分析中燃料电池叉车台数为30~100台)、多班次工作,燃料电池叉车的总操作费用会低于动力电池叉车。PLUGPOWER公司测算,对于拥有超过90辆二级叉车的客户,5年预计节省成本超过40万美元。
PLUGPOWER公司建设的加氢设施主要配合燃料电池叉车使用,建设在配送中心、工厂等厂房内,加注压力350千克,操作温度0~40 ,加注1台叉车耗时1分钟,与美国、日本通常建设的车用加氢设施有所区别。
3.3燃料电池乘用车及加氢站情况普及情况
美国的加氢站主要集中在加州地区和美国东北部地区,东北部地区项目由美国液化空气集团和丰田公司推动和主导,加州地区参与建设加氢站的企业包括空气产品公司、Shell、Linde、丰田、本田等公司。全美目前已投运加氢站39座,计划到2025年建成200座,2030年建成1000座。
截至2018年底,在美共销售Mirai、Clarity、TucsonFuelCellSUV共计6200辆。除丰田、本田、现代已有燃料电池车商业化推广外,奔驰最新推出了GLCF–Cell燃料电池车,宝马、奥迪、通用等企业也有燃料电池合作研发计划。
3.4燃料电池巴士试验运行结果
DOE于2012年制定的2016年燃料电池巴士技术预期指标及终极目标见表1。33辆试验运行的燃料电池巴士中,ACTransit公司的13辆由UTCPOWER公司提供燃料电池系统,Sunline、UCI、OTCA、MBTA、SARTA公司的12辆由Ballard公司提供燃料电池系统。根据统计,截至2018年2月28日,最好的1辆车运行总时长超过27330小时,超过DOE终极目标;12辆ACTransit运营车辆平均运行时长19000小时,达到了2016年预期目标值。ACTransit公司车辆从2006年开始逐步投入试验,试验结果基本达到预期;Sunline、UCI、OTCA、MBTA、SARTA等公司从2015年逐步投入车辆试验运行,周期较短,未达到验证燃料电池寿命的时限。
3.5燃料电池货车及商用车测试情况
丰田2017年推出第一代燃料电池卡车Alpha,在长滩和洛杉矶港口进行了近1万英里的测试和拖曳操作;2018年8月推出了第二代燃料电池卡车Beta,续航增加50%。Kenworth、Scania、Asko等传统卡车制造商在DOE、挪威政府科研资助下开展了氢燃料电池卡车的研发。PowerCell是一家低温质子交换膜电堆开发、制造及零售商,开发和生产世界顶级能量密度的固定和移动应用的燃料电堆,开发的100千瓦S3燃料电池供欧洲运输企业制造燃料电池卡车。Nikola为美国电动 汽车 制造商,宣称其制造的燃料电池卡车2020年正式上路测试,2022年正式上市销售,单价40万美元;通过其官方推特宣称已获得80亿美元的预订单,并计划与挪威NelHydrogen公司合作,2018年开始在全美陆续建设364个加氢站,并在2019年末陆续向公众开放,到2028年将累计达到700座。FedEx和UPS都在DOE的资助下开展燃料电池快递车辆运行试验。
4结论
1)美国高度重视氢能及燃料电池产业的发展,视氢能为未来不可或缺的、仅次于电能的重要二次能源,在未来的工业、交通运输、电网储能、供热发电等领域都将占有相当的比重。
2)美国在燃料电池领域开展了长期、深入、全面的技术研发以及工业验证实验。美国从20世纪70年代就开展了氢能相关领域的研究工作,在制氢、储氢、输氢、燃料电池、储能、相关安全环保事项、相关标准等领域技术储备雄厚。在燃料电池发电、燃料电池叉车、燃料电池商用车、燃料电池巴士、燃料电池载重货车等领域进行了长期的工业验证实验。
3)美国商业化推广燃料电池态度是积极的,方式是慎重而稳妥的。在有充分的技术储备后,美国政府仅利用少量的补贴进行了市场引导用于商业初期验证实验,实践证明这部分技术已经具备市场竞争力,有望看到未来美国在燃料电池领域取得更长足的进步,获得更多更广泛的应用。
4)燃料电池技术是保障国家能源安全重要的技术手段。氢能可有效整合多种化石能源和可再生能源,加大可再生能源部署、提高能源自给率、有效降低原油消耗,为 社会 提供一种环保、高效的能源,对保障国家能源安全具有重要意义。
5)氢能是可以安全部署和利用的。几万台氢燃料电池叉车十几年的安全运行经验,十几台氢燃料电池巴士上百万公里的运行试验,证明了氢气是可以被安全、高效利用的。
6)固定地点或固定线路、高运营负荷的的燃料电池应用场景更适用于氢能产业的初步推广。对比美国和日本的实践,美国的模式是1个加氢站服务1个物流中心数十台、数百台燃料电池叉车,制氢售氢企业和燃料电池用户的初始投资不高,而数十台满负荷运行的燃料电池叉车就可以平衡1个35兆帕加氢站的投资收益,制氢售氢企业和燃料电池应用企业的投资回报合理,产品在没有补贴的情况下得到迅速推广;而日本在本州岛大量建设加氢站,由于初期氢燃料电池乘用车售价较高、数量不足,平均每个站1天只服务几台车,制氢售氢企业处于全面亏损状态,同时由于加氢站的密度不够、使用不便,用户没有经济收益,一般用户也不愿意选择氢燃料电池乘用车替代燃油乘用车。燃料电池乘用车的继续推广需要制氢售氢企业坚定战略方向,等待燃料电池成本下降,燃料电池乘用车得到普及。
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NREL开发的新型光伏电池远远超过了之前32%的世界纪录TPV效率。这种新设备是为与麻省理工学院(MIT)联合演示电储能概念而开发的,在 《自然》杂志 的一篇文章中进行了描述。
由NREL / MIT团队开发的设备由两个光吸收层组成,由高反射率的金镜层和散热器支撑。散热器可防止电池变得过热,从而导致效率损失。 经麻省理工学院Alina LaPotin许可改编的人物
该创纪录效率装置旨在从加热到2,400 C的物体收集能量,最高效率达到41.1%( 1%),在相关温度范围内平均效率为36.2%。
“高效率对于TPV系统的工程和经济可行性至关重要,而这个新的41%创纪录的效率是使这种热能电网存储概念成为现实的一大步,”该论文的NREL作者Dan Friedman说。
值得注意的是,效率为40%的TPV设备可以比传统蒸汽轮机(例如煤炭或核电厂中使用的蒸汽轮机)更有效地将热量转化为电能。TPV具有降低成本,响应时间更快,与各种系统尺寸(从瓦特到千兆瓦)兼容的潜力,并且由于移动部件更少,维护成本更低。
TPV电池还经过优化,可在高于2,000 C的热源下运行,这对于传统蒸汽轮机来说太热了。天然气和氢气可以在这些温度下燃烧,但也许最重要的是,已经设想了低成本,大规模的热能存储系统在这些温度下运行。
热能网格存储系统作为电池运行,吸收电力并将其转换为高温热量进行存储(想想一个巨大的烤面包机)。然后,TPV在需要时将热量转换回电力,提供低成本,按需清洁能源。该团队创建的TPV设备 - 曾经在与麻省理工学院的大型联合项目中展示 - 可能代表了使清洁能源存储低成本和可扩展性的关键里程碑。
效率为41%的TPV器件是一种串联电池,这是一种光伏器件,由两个相互堆叠的光吸收层组成,每个层都经过优化以吸收略微不同波长的光。与过去的TPV设计相比,该团队通过使用经过优化以吸收更高能量红外光的高性能电池实现了这一创纪录的效率。此设计建立在NREL团队先前的工作之上。
导致高效率的另一个关键设计特征是电池背面的高反射金镜。大部分发射的红外光具有比细胞活性层可以吸收的波长更长(能量较低)的波长。该背面反射器将93%的未吸收光反射回发射器,在那里重新吸收和重新发射,从而提高系统的整体效率。进一步提高背向反射器的反射率可以推动未来的TPV效率接近或超过50%。
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4月29日,LG化学披露2021年第一季度业绩,公司 一季度销售额86.7亿美元,同比增长43.4%;营业利润12.7亿美元,同比增长584% 。
LG化学表示,这是季度营业利润自公司成立以来首次突破12亿美元,大幅度超过2020年第三季度创下的8.1亿美元的纪录,销售额也超过2020年第四季度创下的80亿美元的纪录。
关于第一季度业绩,LG化学CFO车东锡表示,“在外部环境不确定的情况下,通过业务重组和对新增长引擎的持续投资,奠定了利润增长的坚实基础”。他还强调,“ LG化学将培育正极材料、CNT等电池材料业务作为增长引擎 ,积极投资回收再利用、生物材料等具有未来前景的ESG领域,促进与外部各利益相关方的积极合作,从而实现全面发展”。
LG化学之前发布的2020年度业绩报告显示,该年公司销售额254.7亿美元,同比增长9.9%;营业利润19.9亿美元,同比增长185.1%。LG化学2021年目标销售额为316亿美元,将同比增长24.1%。
计划到2023年达到260GWh产能
值得注意的是,随着动力电池销量的增加,LG化学的全资子公司LG Energy Solution(以下简称“LG新能源”)不断提高产量和降低成本,盈利能力得以提升: 一季度销售额与营业利润双双突破季度新高,销售额实现38.2亿美元,营业利润实现3.1亿美元 。
LG新能源预计第二季度电动 汽车 的销量增长将带动 汽车 电池和圆柱型电池的业绩增长,通过尽早实现增建生产线和降低成本,继续努力提高盈利能力。
在韩国《The Electronic Times》近日举办的“2021电池日”上,LG新能源电动 汽车 开发中心负责人崔胜东(Choi Seung-don)表示,公司 计划在2025年年底实现锂硫电池商业化,并在2025年至2027年间实现全固态电池商业化 。其中,“锂硫电池可能比全固态电池更早实现商业化”。这是LG能源解决方案首次详细披露下一代电池开发进展和商业化计划。
此外,LG新能源计划到2023年达到260GWh产能,“这将是全球最高产能”。
崔胜东还详细介绍了公司针对电动 汽车 电池领域的发展战略:
电池联盟注意到,LG新能源正在推进全固态电池和锂硫电池的研发,那这两种电池有哪些不同?LG新能源花大力气投资这两种电池的理由是什么呢?
研发全固态电池和锂硫电池
固态电池在能量密度、安全性、成本等方面均优于锂电池,被认为是液态电池的下一代技术 ,吸引着各方争相投资。不过,当前液态锂离子电池是全球车用动力电池首选,固态电池要想做到完全量产,还需要克服很多难题。
和固态电池相比,锂硫电池对于大多数人来说,还是一个相对陌生的事物。
公开资料显示, 锂硫电池是一种以硫为正极、锂为负极的锂电池。 一般情况下,该电池的能量密度是锂离子电池的1.5倍。同时,硫储量丰富、价格低廉,回收时比金属更方便、效益更高。
锂硫电池的最大优点是轻,不仅适用于飞行器,还是城市空中交通(UAM)的很好选择。
成本及性能优势是LG新能源考虑将锂硫电池用于电动 汽车 的主要原因。
早在去年9月,LG化学就宣布,搭载锂硫电池的太阳能无人机高空试飞成功,以22km的飞行高度在韩国国产无人机的平流层飞行中创下 历史 最高记录。
同年12月,LG化学验证锂硫电池长效性能,搭载该电池的无人机滞空时间达13小时11分钟,其中在12-22km高的平流层飞行7小时。
不过,对于LG将研发能量密度大于410Wh/kg的车用锂硫电池的传闻,宁德时代之前表示,虽然公司已有相应技术储备,但 锂硫电池存在一些技术劣势,如循环寿命较差,体积能量密度低 ,就目前技术状态来看不太适合用于对体积能量密度要求高的应用场景。
新消息不断
去年12月,LG新能源正式从LG化学拆分成立,该公司 计划到2021年末前,将电池年产量从2020年的120GWh增加到156GWh,提高30%。
而今年以来,关于LG新能源的消息不断:
今年年初,据外媒报道, LG新能源计划于今年年底前首次公开发行股票(IPO),并在今年年底上市 。
LG新能源方面对此回应称,待相关事项确定后,公司将正式发布公告。若LG新能源能按期在2021年内上市,有望成为2021年韩国市场最大的一笔IPO。
业界人士普遍认为, LG新能源的企业价值至少为50万亿韩元(约合人民币2953亿元)。鉴于蓄电池产业呈现超高速增长态势,其企业价值可能高达100万亿韩元。
4月15日,LG新能源成为全球电池行业中首个同时加入RE100和EV100的企业。 LG新能源承诺在2030年前,在全球所有生产经营场所将100%使用可再生能源电力、并将LG新能源的运营车辆全部更换成新能源车型。此举将是LG新能源全球可持续经营发展的又一里程碑,奠定企业ESG经营的坚实基础。 4月16日,LG新能源董事会发布公告称,公司决定出资1.06万亿韩元(约合人民币62亿元),用于建设与通用 汽车 平分股权的Ultium Cells公司的第二家合资工厂。 据预测,兴建第二电池厂合计投资2.7万亿韩元。LG方面将从今年至2023年,分批投资1.06万亿韩元。
LG新能源方面3月表示,这家耗资23亿美元的电池厂将在田纳西州建造。它的规模将与在俄亥俄州建立的首家LG-GM合资电池厂Ultium Cells的规模相似。年产能为35GWh,工厂计划于2022年开始运营。
LG新能源的目标是,到2025年,除与通用 汽车 的合资企业外,投资超过5万亿韩元(292亿人民币),确保仅在美国的电池产能就达到70GWh。
此外,还有知情人士透露, LG新能源计划在2023年开始为特斯拉生产其先进的4680电芯 ,并正在考虑在美国和欧洲建设生产基地。
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撰文:胡静文 编辑:徐鸿鹄 排版:王晓峰
引
科 学界有两大公认的旷世奇才,一个是达·芬奇,另一个就是尼古拉·特斯拉。
尼古拉·特斯拉被认为是电力商业化的重要推动者之一,并因设计了现代交流电系统而广为人知。他对于电气技术现代化也有着卓越的贡献。
美国当前两家不同领域的新势力 汽车 和卡车厂商都使用了他的名字和姓氏,一个是我们熟知的“特斯拉”(2003年,为了纪念偶像特斯拉,埃隆·马斯克以他的名字命名了特斯拉 汽车 ),一个是专注新动力驱动的重型卡车厂商“尼古拉”。
有趣的是,特斯拉 汽车 也开发了纯电动重卡Tesla Semi,续航里程800km,今年上市。尼古拉·特斯拉若是今日还活着,肯定好奇是怎么自己跟自己互掐的(特斯拉自言自语到:"本是同根生,相煎何太急",还好老子只是单姓单名,要是自己出生在西班牙,那岂不更热闹了?)。
就在这两天,CNH Industrial, 博世和韩华联合在尼古拉投资超过4.8亿美元——这一标志性事件在第一时间便得到了氢能源 汽车 行业人员的高度关注。
三家企业纷纷看好尼古拉,氢燃料电池卡车投资的背后,会有哪些深刻的洞察呢?而我们的故事,就从这里开始。
壹
尼古拉备受追捧
2019 年9月5日,亚利桑那州凤凰城,尼古拉公司(Nikola Corporation)很自豪地宣布了参与前几轮融资的两位重量级战略投资者:德国博世集团和韩国韩华集团。它们各自投资至少1亿美元,总计2.3亿美元。
博世的投资证实了其对氢技术和氢能基础设施发展的承诺。韩华则是Nikola的独家太阳能电池板供应商(Q CELLS),产生对可再生氢气生产至关重要的清洁电力。
尼古拉正在美国和欧洲建立可再生氢生态系统,愿景是100%来自可再生能源。尼古拉已经在美国建造并运营着最大的氢燃料加工站- 每天可以分配和储存超过1,000千克的氢气。凭借博世和韩华的投资,尼古拉正在积极推动燃料电池技术和氢燃料生态系统,以满足或超越化石燃料的经济性。
——尼古拉首席执行官Trevor Milton难掩兴奋之情
贰
CNH的橄榄枝
本 周早些时候,尼古拉还宣布了其另外一个主要投资者CNH Industrial——作为其10亿美元D轮融资计划的一部分,这家欧洲公司向尼古拉这家创新的凤凰城氢电卡车制造商投资了2.5亿美元。
尼古拉预计在D轮融资中筹集超过10亿美元,向新投资者和商业伙伴(包括CNH Industrial)授予约25%的所有权,但尼古拉发言人拒绝透露任何其他D轮投资者的名字。
CNH Industrial将获得2.5亿美元的Nikola战略股权,包括1亿美元的现金和1.5亿美元的服务,如产品开发,制造工程和其他技术援助,以及供应某些关键部件。加快Nikola TWO和Nikola TRE的生产时间表。
Nikola ONE,符合NAFTA标准的适用于北美市场8级卧铺重卡
Nikola TWO,符合NAFTA标准的适用于北美市场8级驾驶室卡车
Nikola TRE,一辆符合欧洲标准的平头重型卡车
CNH Industrial打算与Nikola公司建立战略性和独家重型卡车合作伙伴关系,在北美和欧洲的重型卡车上生产和销售燃料电池技术,以加速行业向零排放和碳中和的目标转型。
Nikola将为CNH Industrial的欧洲合资企业提供技术,包括领先的燃料电池技术,电驱轴,逆变器,独立悬架,车载氢燃料存储,无线软件更新功能,信息 娱乐 ,车辆控制,车对站通信协议,电力电子设备以及加氢站及网络的建设等。其中许多技术来自Nikola的供应商,包括Robert Bosch和Wabco Holdings Inc ..等。
反之,IVECO和FPT Industrial,分别是CNH Industrial旗下的商用车和动力总成品牌,将负责提供工程和制造专业知识,使Nikola的燃料电池和电池电动卡车实现产业化。
尼古拉首批投放的重卡产品亮点很足:搭载独特氢燃料电池并实现零排放。
该美国公司的商业模式也极具颠覆性:开创了领导行业的“全押”租赁费率,其中包括车辆,服务,维护和燃料成本等,可以使得重卡的长期总体拥有成本(TCO)等于或低于同级柴油车型。
尼古拉首席执行官特Trevor Milton说:
Gartner咨询公司 汽车 与智能移动高级研究总监Mike Ramsey表示:
叁
业界看法积极
行 业普遍认为,燃料电池技术是液化天然气(LNG)动力发动机的下一步——因为它可以建立在现有加天然气网络的基础上,并且根据需要在当地现场生产氢气。
二十多年来,FPT Industrial一直处于驱动替代解决方案的最前沿。迄今已生产50,000台天然气动力发动机。而IVECO则是欧洲天然气领域的绝对领导者,其中28,000辆卡车和公共 汽车 由FPT的发动机提供动力。 对于FPT Industrial和IVECO而言,除了成功引入新的动力总成技术外,向燃料电池的转变还将在欧洲加天然气网络的开发和扩展中发挥重要作用。遵循类似的路径,它们的亲密合作伙伴——Nikola也正积极开发在北美和欧洲所需的加氢站基础设施及网络的建设。 战略性近期项目里程碑包括用于北美市场的Nikola TWO燃料电池动力8级卡车的工业化,以及将IVECO S-Way卡车技术集成到电池供电的Nikola TRE驾驶室模型中,使其适用于北美和欧洲市场。
从长远来看,欧洲合资企业将涵盖2022年第四季度推出的电池电动 汽车 (BEV)和燃料电池电动 汽车 (FCEV)。Nikola计划利用IVECO的欧洲销售,服务和保修渠道加速进入欧洲市场。
CNH工业公司首席执行官Hubertus Mühlhäuser说。
Nikola Corporation首席执行官Trevor Milton表示:
CNH工业公司商业和特种车辆总裁格里特·马克思补充道。
燃料电池和氢能协会表示,CNH产业投资“证明了燃料电池运输领域取得的巨大进步。” FCHEA总裁Morry Markowitz评论说:
值得关注的是,欧洲新闻发布会将由Nikola Corporation,FPT Industrial和IVECO于今年晚些时候联合主办,以更详细地解释合作伙伴关系。
肆
氢能改变世界?
到 底氢的使用在什么领域有意义,在哪些领域没有,关于未来能源世界的争论越来越多地揭示了Power-To-X技术,从缺乏可再生能源的存储可能性,通过网络发展节省潜力到电动 汽车 的替代品- 氢气。
波士顿咨询集团(BCG)的专家在最近的一项研究中表示:“绿色氢气除了其真正发展的潜力以外,目前还存在危险的炒作。”
因此研究作者认为,对氢能这项非常有前景的技术不应投入数十亿美元用于建立氢能 社会 的愿景,投资应该专注于具有经济意义的应用领域,它们首先是工业、重型货车以及航空、航运领域。
BCG专家预测,如果政治和工业集中在这些领域,那么2050年绿色氢气市场可能会增长到1万亿美元。
如果使用绿色氢气是可行的方案之一,那么就不可能与其他技术方案之间进行简单的比较。因为这种比较是一个融合效率,可用性和灵活性相互作用的综合问题,我们应该拒绝任何限制应用的可能性,因为绿色氢气本身也是多功能的,所以才会引起更多人关注。
与此同时,越来越多的大公司开始涉足Power-To-X世界:
长期被忽视的Power-To-X技术行业正在加快速度,未来充满期待...
参
背景资料:
尼古拉·特斯拉
尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla,1856年7月10日—1943年1月7日),塞尔维亚裔美籍发明家、物理学家、机械工程师、电气工程师。
1856年7月10日,特斯拉生于南斯拉夫克罗地亚的斯米良。1895年,他替美国尼加拉瓜发电站制造发电机组,该发电站至今仍是世界著名水电站之一。1897年,他使马可尼的无线电通信理论成为现实。1898年,他制造出世界上第一艘无线电遥控船,无线电遥控技术取得专利。1899年,他发明了X光(X-Ray)摄影技术。其他发明包括:收音机、雷达、传真机、真空管、霓虹灯管、飞弹导航、星球防御系统等。以他名字而命名了磁密度单位(1Tesla=10000Gause),表明他在磁学上的贡献。
虽然他一生致力不断研究,并取得约1000 项专利发明,但这并没有使他腰缠万贯,特斯拉长年经济拮据。1943年1月7日,特斯拉在纽约旅馆死于心脏衰竭,享年86岁。
尼古拉(Nikola Corporation)公司
美国尼古拉 汽车 公司是一家研发生产新型电动重卡的企业,Nikola Corporation设计和制造氢电动车,电动 汽车 动力传动系统, 汽车 零部件,储能系统和加氢站。该公司预售超过14,000辆卡车。尼古拉首席执行官特雷弗米尔顿是一位其富有远见的领导人。该公司是私营企业,总部设在亚利桑那州. 2016年他们向外界展示了其氢燃料电池重卡——尼古拉1(Nikola One),随后更新升级推出了尼古拉2(Nikola Two),这两款重卡都是适用于北美市场的车型,并且完整的实车已经发布。2018年尼古拉又在官网发布了一款适用于欧洲市场的平头重卡车型——尼古拉3(Nikola Tre)。
美国尼古拉公司的燃料电池卡车将于2022年推出,尼古拉希望成为重型卡车界的苹果,将装有堪比“iPhone”的氢燃料电池驱动系统的重型卡车带到路上。与柴油卡车和纯电气概念相比,氢技术具有多项优势。通过与CNH Industrial N.V.的战略和独家合作,实现了相应的资本和技术的融合提供了保证。
CNH Industrial 凯斯纽荷兰工业公司
CNH Industrial N.V.是全球最大的资本货物公司之一,在荷兰注册,总部设在英国伦敦。它由投资公司Exor进行财务控制,而Exor则由Agnelli家族控制。该公司在纽约证券交易所和Borsa Italiana上市:它是FTSE MIB指数的成分股。
股价:37C (FRA) 9.27 +0.09 (+0.96%)
首席执行官:Hubertus M. Mühlhäuser (2018 年9 月–)
总部:英国伦敦,荷兰阿姆斯特丹。
收入:274 亿美元
子公司:依维柯,纽荷兰农业机械,Fiat Powertrain Technologies
韩华集团Hanwha(韩语:한화,朝鲜汉字:韩火),原名韩国火药,成立于1952年,是韩国的大型财团之一,财富世界500强企业,总部位于韩国首尔。韩华集团业务领域涉及化工、能源、建筑、金融保险和零售等领域,旗下拥有韩华化学、韩华建设、韩华生命保险等56家关联公司和69个海外网点,并拥有韩国职业棒球韩华鹰球队。
完
特邀撰稿:胡静文
2008年毕业于德国斯图加特大学 汽车 与发动机硕士专业,毕业后在斯图加特周边 汽车 工程技术咨询行业工作,参与了戴姆勒,保时捷等多家德国车企大客户的研发项目。同时,作为中国市场负责人,他筹建了中国分公司,发展中国车企新客户以及项目管理。
目前就职于斯图加特某 德国世界顶尖一级 汽车 供应商 动力总成前瞻研发部门,负责技术战略转型和新能源系统构架以及技术方案集成等