王朝陽院士談電池儲能：核心是頻繁使用而非大電池

　假如我們能夠采用50度電的小電池裝在車上，然后每充一次電可以行駛350公里，基本上可以滿足日常通勤的需求。同時要電池具備10分鐘快速充電的能力，可以通過快速補能很輕松地滿足遠距離出行需求，1000公里基本上充兩次電、每次10分鐘，對消費者不會造成太大的影響。但對消費者來講，電池成本降低了3倍，對整個社會來講，原材料的消耗降低了3倍。每輛車子的生產(chǎn)過程當中產(chǎn)生的碳排量也降低了3倍，這個是非常巧妙的一個應(yīng)用場景。這也是電池儲能經(jīng)濟學(xué)的一個典型的應(yīng)用，就是強調(diào)增加使用頻率。

　　——王朝陽  美國國家發(fā)明家科學(xué)院院士，賓夕法尼亞州立大學(xué)講席教授、電池與儲能技術(shù)研究院院長

　?。ㄒ韵聻橥醭栐?2月17日“財經(jīng)年會2023：預(yù)測與戰(zhàn)略”上的發(fā)言實錄）

　　今天我想從電子儲能的角度和大家探討一下雙碳背景下電池化轉(zhuǎn)型的可持續(xù)發(fā)展，并分享一些新的思路。

　　在政策方面大家都比較熟悉，這就是2020年之后，國際社會對碳綜合行動力度迅速加強，全球氣侯治理體系進入了《巴黎協(xié)定》為核心的落地階段，這是執(zhí)行階段，中國政府做出了2030年碳達峰，2060年碳中和的莊嚴承諾。

　　01

　　交通電動化的共識與挑戰(zhàn)

　　要實現(xiàn)這些目標，交通的電動化和可再生能源大規(guī)模應(yīng)用是重中之重，我個人認為，要做好三件事情，我們就可以穩(wěn)健的實現(xiàn)雙碳目標：第一在交通領(lǐng)域當中全面的去碳化，這里面動力電池是關(guān)鍵技術(shù)。

　　第二個要在電網(wǎng)當中盡可能更全面使用風能、太陽能(7.050, 0.00, 0.00%)等可再生能源。至少要讓可再生能源發(fā)電可占比超過80%以上，因為這些可再生能源都是間接性的，所以使用技術(shù)在這里起了關(guān)鍵作用。

　　第三個事就是在大幅度增加電氣化的比重，向以鋰為基礎(chǔ)進行轉(zhuǎn)型。

　　簡單的概括一下，第一件事就是交通領(lǐng)域全面去碳化，第二個發(fā)電過程全面去碳化，第三個全面經(jīng)濟大幅度向電氣化轉(zhuǎn)移，基本上就可以達到全面經(jīng)濟的去碳化。

　　交通電動化已經(jīng)是全球的共識，根據(jù)國際能源署交通領(lǐng)域的碳排放是占到全國碳排放總量的27%，其中路面的交通占大整個交通領(lǐng)域碳排放的75%以上，中國已經(jīng)是全球最大的新能源汽車市場。去年中國的汽車銷量達到350萬輛，已經(jīng)是遠遠走在全球的最前列。2022年預(yù)計銷量突破600萬，所以這些銷量市場的需求的爆增，導(dǎo)致了動力電池需求爆增。

　　我們在2015年的時候全球動力電池的裝機量只有15G瓦時，但是2022年前三季度達到了325個G瓦時，預(yù)計2025今年T瓦時時代，再加上電儲能的需求，將會給我們經(jīng)濟和社會帶來哪一些新挑戰(zhàn)呢？這是需要思考的問題。

　　有一些挑戰(zhàn)實際上我們已經(jīng)看到，比如說電池價格的飛漲，過去一年碳酸鋰從不到5萬塊錢一噸飆升到了50萬一噸以上，這樣電池成本顯著增加，這個趨勢對于中國發(fā)展新能源市場不利。

　　在中國尤其是三四線城市，下沉的市場價格是消費者首先考慮的一大因素，所以我們必須要考慮到如何讓電動汽車價廉物美。

　　第二個要考慮的就是有沒有足夠的原材料滿足未來電池和儲能的生產(chǎn)需要，動力電池還需要鎳等，所以電池原材料的可持續(xù)供應(yīng)同樣是至關(guān)重要的。

　　第三個我們應(yīng)該考慮到電池生產(chǎn)過程中，實質(zhì)上是有碳排放的，所以怎么減少碳排放，這些因素的考慮都會讓我們能夠?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的電動化轉(zhuǎn)型。

　　02

　　電池儲能經(jīng)濟學(xué)

　　這里我就想結(jié)合我的專長跟大家分享一下電池儲能技術(shù)特點，希望能夠幫助到大家能夠避開產(chǎn)業(yè)化投資過程當中的誤區(qū)，并希望能夠啟發(fā)我們尋找適合電池儲能經(jīng)濟學(xué)獨立的產(chǎn)業(yè)模型，電池儲能經(jīng)濟學(xué)是一個什么概念呢？

　　我們先看看電池，電池實際上只是電能源的儲存載體。它的作用實際上跟燃油車的油箱一樣，只不過是比較昂貴的油箱。人們對電池本身是沒有什么興趣，主要是對電池當中儲存的電能量感興趣。所以這也是一個巨大的特點，我們也可以把電池比作一個倉庫，里面的貨物周轉(zhuǎn)的越快，也就是說電能源的使用頻率越高，倉庫的經(jīng)濟價值就越大。所以電池本身大小不是最重要，關(guān)鍵是里面的能源能否被反復(fù)高頻率的使用，達到價值最大化。

　　打一個比方，我們說房子是拿來住的，電池實際上是拿來頻繁使用。一定要達到頻繁使用，我舉幾個例子進一步闡述這個道理。

　　第一個例子就是怎么樣解決電動汽車的續(xù)航里程。續(xù)航里程一直是制約電動汽車推廣的關(guān)鍵難題，普遍的做法是要提升續(xù)航里程，就要增大電池的能量，利用大電池裝機到汽車上。這幾年很多企業(yè)都退出續(xù)航里程能夠達到1000公里的汽車，我們可以想象一下1000公里續(xù)航實際上是需要大電池，這跟電池多先進沒有太大的關(guān)系。150度大電池本身成本就在那兒，至少要15萬，甚至現(xiàn)在要超過20萬。一旦我們用大電池來解決續(xù)航的話，成本居高不下。

　　第二個就是150度電的電池包肯定要消耗大量的原材料，包括鎳等緊缺的金屬。

　　第三個大電池在制作過程中會產(chǎn)生大量的碳。

　　第四個我們可以看到一輛汽車實際上使用周期大概只有15到20萬公里。所以一次充電續(xù)航假如說1000公里，這個電池也就只使用150次就被退役了，這個會造成資源上巨大的浪費。

　　所以采用大容量，大的電池包來消除電動汽車續(xù)航里程的方法，實際上是不可持續(xù)發(fā)展的。

　　我們有沒有新的更巧妙的方法呢？我想在這里提一種我們一直在研究的，然后比較新的路徑供大家參考：假如我們能夠采用50度電的小電池裝在車上，然后每充一次電可以行駛350公里，基本上可以滿足日常通勤的需求。同時要電池具備10分鐘快速充電的能力，可以通過快速的補能很輕松的滿足遠距離出行的需求，1000公里基本上充兩次電、每次10分鐘，對消費者不會造成太大的影響。但對消費者來講，電池成本降低了3倍，對整個社會來講，原材料的消耗降低了3倍。每輛車子的生產(chǎn)過程當中產(chǎn)生的碳排量也降低了3倍，這個是非常巧妙的一個應(yīng)用場景。這也是電池儲能經(jīng)濟學(xué)的一個典型的應(yīng)用，就是強調(diào)增加頻繁使用，或者說使用的頻率。

　　這種十分鐘充電的小電池只需要3000千瓦的充電樁完全可以匹配現(xiàn)有在建的，利用快充電池還可以同時提高充電樁的利用率。目前最好的充電樁大概一小時只能服務(wù)一輛車子，未來用10分鐘充電的電車的話，可以提高到每小時服務(wù)6輛車。這樣就可以徹底解決這幾年國慶期間經(jīng)常碰到充電1小時，排隊4小時的現(xiàn)象。

　　由此可見，安全的快充技術(shù)是推動汽車電動化可持續(xù)發(fā)展的第一技術(shù)，亟需國家大力投入，在國際上我們在大踏步的引入快充技術(shù)，用最低的成本，最小的原材料消耗，達到電動汽車。

　　第二個例子，我想講的就是，能夠儲存4小時左右的系統(tǒng)。這種儲能系統(tǒng)，這個是電網(wǎng)24小時不間斷的依賴可再生能源的關(guān)鍵技術(shù)。未來的場景是怎么樣的？

　　在白天我們有太陽能、風能的時候，不但可以產(chǎn)電讓我們使用這些可再生能源，同時有多余的可以存到10小時儲能系統(tǒng)。然后晚上把它拿出來用，這樣的話，全天候的依賴可再生能源的發(fā)電，這是非常美好的一個前景。

　　這樣的儲能系統(tǒng)大概需求估算的是20個T瓦時，除了電動汽車需求那么多的電池之外，我們還可以再建一個獨立的20T瓦時的，但是對環(huán)境是不是有更多的解決方法呢？其中用到V2G車網(wǎng)的技術(shù)，因為我們大家都知道電動汽車只有5%到10%的時間是在使用，大部分時間，90%到95%時間都是閑置的狀況。隨著全國電動汽車保有量大幅度增大，我們將會自然的形成一個巨大的分布式的儲能系統(tǒng)，到2050年會達到25T瓦時，假如說有辦法把這么大閑置的儲能系統(tǒng)利用起來，利用V2G就是車網(wǎng)的互動技術(shù)來實現(xiàn)電力產(chǎn)電100%，而同時不需要再消耗原材料制造更多的儲能集裝箱，這將是非常完美的一個解決方案。

　　所以說怎么樣做好車網(wǎng)互動的商業(yè)模型，可以讓我們從閑置的電池當中提取巨大的產(chǎn)能，目前動力電池使用率很高的，從電池儲能經(jīng)濟學(xué)角度來講有很大的空間可以提高使用的儲存率。

　　第三個例子，我想講的大概是100小時的常識儲能系統(tǒng)，基本上是一周能夠儲存一次的樣子。這個技術(shù)也是保證電力來自于可再生能源，至少80%電力來自于可再生能源很大的關(guān)鍵，也是目前科學(xué)和行業(yè)當中最大的一個點。

　　因為在這種場景當中，它的能源的周轉(zhuǎn)頻率不高，所以大家普遍的想法是要把儲能成本做到極低，非常低。比如說一個瓦時0.1元，做到這一下這樣才有市場競爭力。當然，你可以想象從科學(xué)的角度來講難度是非常大的。但是，我們假如說能結(jié)合其他的學(xué)科，從使用側(cè)來考慮能夠找到一些商業(yè)模式，也就是說它大部分的工作提供一周能夠儲存能量，但是在這一周當中假如說有一些普通收入的商業(yè)模式，把收入增加1倍以上，它帶來的經(jīng)濟型就可以允許成本更高一點的儲能系統(tǒng)。比如說在0.2到0.3元每瓦時成本區(qū)間，在這個區(qū)間當中馬上就會有好幾種成熟的儲能技術(shù)出現(xiàn)。我們就可以工程化，需要等待科學(xué)上的重大突破，常識儲能的建設(shè)周期是很長的，所以贏得時間就是金錢。

　　這三個例子都體現(xiàn)了電池儲能經(jīng)濟學(xué)的核心頻繁使用，這個是最大的一個技術(shù)特點。把這個特點跟應(yīng)用場景商業(yè)和市場創(chuàng)新模式假如說有機的結(jié)合起來，我相信應(yīng)該非常有可能催生一些新的急劇競爭力的儲能解決方法。

　　最后我想用三個R值總結(jié)一下我的觀點，節(jié)約、重復(fù)使用、回收。因為我們只有做到原材料的可持續(xù)供應(yīng)，成本的不斷下降，以及高頻率的使用儲能系統(tǒng)，才能真正實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的電氣化轉(zhuǎn)型。希望社會各界能夠共同努力，攜手共贏。