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美国计划打造储能制造大国 这种想法可以实现吗?

[日期:2020-01-20]   来源:中国储能网   作者:   [字体: ]

虽然美国一些厂商在致力开发储能新技术方面处于全球世界领先地位,但他们的核心要素在很大程度上依赖于其他国家。在错失太阳能行业发展良机之后,美国政府希望建立一个国内储能供应链。那么这种想法可以实现吗?

美国很多储能厂商采用的却是国外厂商的电池,例如特斯拉公司生产的电动汽车和电池储能系统主要使用的是日本电池厂商松下公司的电池。而当储能厂商Fluence公司或NextEra公司在集成和部署其大型电池储能系统时,他们采用的是韩国LG-Chem或三星SDI等国外公司的电池。

美国大多数电池都来自海外厂商,特斯拉公司的Gigafactory电池工厂则是一个罕见的例外。

当这些电池供应商的电池产品供不应求,并导致全球电池市场供应紧张时,一些储能厂商采用中国电池生产商的电池产品。

但是美国能源部近日提出了另一个构想,即到2030年将构建一个国内储能生产和供应链。这被称为一个“巨大挑战”,并承诺投资数百万美元和大量资源来实现这一目标。

多年来,这些用于储能技术的基础研究、技术转让、劳动力培训的资金一直是美国储能行业的心愿。但是,对于储能供应链所需行业计划的明确关注为其组合添加了新的元素。

具体而言,美国能源部希望到2030年构建一个独立于国外关键材料来源且安全可靠的国内制造业供应链。

全球贸易活动使世界各国能够获得其他国家更多的商品,或者可以获得价格更低的商品,这些商品通常上被认为是有益的,但商品供应依赖外国可能会带来一些问题。

韩国为促进储能部署而提供补贴导致全球2018年电池供应紧张,也对美国储能项目部署带来不利影响。而当美国政府对一些国家的商品征收更高的关税时,也会导致商品价格上涨。

美国能源部制定储能目标

美国能源部主管科学事务的副部长Paul Dabba在接受行业媒体采访时解释说,对于储能行业的支持主要有两个目标:国家安全(确保获取关键材料)和经济发展(确保相关工作岗位并创造价值)。

Dabbar说,“但我们的目标并不是将美国工业和制造行业与其他国家相隔离。例如石油和天然气行业就与国外相关行业紧密地联系在一起。”

虽然美国已经成为净出口国,但石油和天然气贸易并没有停止,而根据业务需求,美国将继续在国际范围内进口原油和精炼燃料。他表示,与其相反,希望美国避免在太阳能制造领域中出现这种“错失的机会”。

他说:“许多太阳能电池板的生产都是在海外厂商完成的,但是很多创新是在美国完成的。”

美国能源部设定了储能发展目标,而要实现这一目标,就需要摆脱对目前主导储能行业的其他国家锂离子电池产品的依赖。

取而代之的是,美国将在利用绿色环保技术方面加倍努力,而不是在生产商品上加倍努力。此外,美国能源部还可以支持利用当地可用资源的新兴技术。

很难评估美国政府是否有意愿执行长达10年的工业规划议程,但是现有技术可能会在这个时间框架内为美国本土储能行业奠定制造基础。

美国对锂离子电池和全球贸易的依赖

确定当今储能行业的供应链很容易。调研机构Wood Mackenzie公司表示,美国2019年第三季度部署的储能系统中99%以上是锂离子电池储能系统。

美国储能厂商对这些储能项目进行了工程设计和部署,但其储能系统的电池产品几乎完全来自海外工厂。特斯拉公司是一个罕见的例外,因为该公司采用其合作伙伴松下公司的技术在内华达州的超级工厂(Gigafactory)生产电池。

要确保美国储能系统供应的安全,就需要扩展本土生产能力,而为了实现这一目标,美国电池生产商仍然需要掌握原材料的供应,并将其加工成工业原料。

Wood Mackenzie公司金属和采矿咨询主管James Whiteside表示,美国确实生产了一些金属锂,但相对较高的生产成本使产量保持较低水平。美国的镍、锰、钴供应量很少,而这些金属是锂离子电池必需的原材料。

美国能源部的资助以及行业厂商的大量投资也无法改变这种供应状况。这为美国储能系统独立发展提供了一条主要途径:其目的是开发不依赖于其他国家资源的替代储能技术。

抽水蓄能的市场机会

锂离子电池在储能系统的主导地位并不会永远存在。其价格下降很大程度上归功于其他行业的发展,例如消费电子产品和电动汽车,这些因素提高了制造规模,并降低了电池成本。

在某些指标和应用中,其他储能技术可能会胜过锂离子电池。由于这个原因,许多初创公司已经推出了替代设计方案。许多企业已经倒闭,而其他的企业仍在证明自己的竞争力。

除了制造储能设备之外,美国能源部专注于开发和利用一些绿色节能的技术。

尽管近年来对电池生产的热情高涨,但真正的储能技术依赖于建筑业而不是制造业。例如抽水蓄能技术仍然提供绝大多数的储能容量。其面临的问题是,由于环境影响的复杂性、场地有限性,以及在预算范围内建设大型储能项目面临一些困难,抽水蓄能设施的开发长期以来一直停滞不前。

美国联邦政府为加快抽水蓄能开发的步伐而付出的努力(重点不会破坏河流生态系统的下游水库)可能获得回报。毕竟,现在这不是一个需要大量投资的行业。

Dabbar说:“当然还有改善抽水蓄能效率的方法。”他指出,这项技术已列入储能重大挑战清单。

与此类似,压缩空气储能技术已被证明是一种可行的储能技术,然而新的开发却停滞了。几家公司已尝试对该技术实现商业化,但收效甚微,但仍有一些公司仍在坚持开发。

加拿大初创储能厂商Hydrostor公司已完成了一项储能技术示范项目,该技术利用山洞或矿井中的水平衡压力。而英国初创储能厂商Highview Power公司采用液态空气压缩储能技术。该公司在英国运营了两个储能项目,并在美国开发部署了一个储能设施。

这两家公司的储能技术采用了发电厂、采矿和石油天然气其他行业的设备,这样可以最大限度地降低技术风险。这使得这些概念非常适合完全实现国产化。

美国在石油和天然气钻探方面拥有世界一流的专业技术,这种技术可以应用于储存清洁电力。

用于储能系统的其他类型电池

另一类储能初创厂商希望生产出完全避免采用金属锂的电池产品。与传统的锂离子电池相比,这些电池将采用更便宜、更丰富的生产材料。其中一些材料可以在美国本土采购。

Whiteside说,锌电池将会脱颖而出。金属锌价格便宜,并且美国的产量在其全球名列前茅。阿拉斯加州Red Dog矿山开采的金属锌比世界上其他任何地方都多,而且生产成本很低。

还有一些企业一直都在开发和研究锌电池。其中最重要的是,Fluidic Energy公司开发了一种锌空气电池,并得到了美国能源部高级研究计划局(ARPA-E)的资助。该公司表现出色,被亿万富翁Patrick Soon-Shiong收购,现在以NantEnergy公司运营。Fluidic Energy公司已经在全球范围内安装了3,000块锌电池,应用在北卡罗来纳州Great Smoky部署的微电网。

其他开发锌电池的厂商还包括开发锌混合阴极电池的Eos公司和加拿大电池厂商e-Zn公司,以及液流电池合资企业ViZn Energy公司。

Whiteside表示,还有一些液流电池制造商开发钒液流电池。美国可以获得足够的金属钒,而钒是铀矿开采和回收废料的副产品。另外,初创储能厂商ESS公司采用铁作为电池的核心成分。

美国能源部认为液流电池的电池材料可以在美国本土获得。例如,马萨诸塞州的初创厂商Form Energy公司开发的水系硫液流电池开发获得了美国能源部高级能源研究计划署(ARPA-E)的资助。

这些电池技术目前都没有达到足以使其成为锂离子电池竞争对手的能力。但是,也确实为美国的储能供应链创造了一种在科学上可行的途径。

技术发展表明,锂离子电池已经成为大规模生产的商品,但美国需要在储能行业提高自给自足的程度,即使不会完全取代国外制造业,也需要培育美国储能制造行业,并扩展其储能资源种类。





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