中國(guó)粉體網(wǎng)訊 電池對(duì)于手機(jī),，屬于有他沒他都能過年的那種,。但對(duì)于電動(dòng)車和光伏，卻是致命的約束,，根本繞不過去的那一種,。可以說,，對(duì)電池的焦慮,，落后的電池技術(shù)對(duì)各種前沿應(yīng)用的制約，是新能源革命最大的障礙,。
電池技術(shù)進(jìn)步到什么程度,，新能源革命就推進(jìn)到哪一步，一通百通,，是未來新能源革命的第一推動(dòng)力,。
01 為什么一定是固態(tài)電池？
電動(dòng)車要實(shí)現(xiàn)對(duì)燃油車的取代,，從根本上要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)突破,，第一個(gè)是擺脫對(duì)補(bǔ)貼的依賴,，第二個(gè)是從經(jīng)濟(jì)性上追平燃油車。
中國(guó)對(duì)新能源汽車的補(bǔ)貼預(yù)計(jì)在最近兩年就會(huì)退出,，目前看上半場(chǎng)戰(zhàn)役已經(jīng)結(jié)束,，在特斯拉(NASDAQ:TSLA)的帶領(lǐng)下，各大廠商基本做好了斷奶的準(zhǔn)備,。
下半場(chǎng)核心的經(jīng)濟(jì)性問題就浮出水面,，那就是制約電動(dòng)車吊打燃油車的里程焦慮。而這個(gè)問題,，歸根結(jié)底出在電池上,。
我們以當(dāng)前市場(chǎng)主流的兩款電動(dòng)車為例，看看問題出在哪,。
這是兩款今年上市的新車,，一款是國(guó)內(nèi)的電動(dòng)車龍頭，比亞迪的漢EV,，另一款是世界電動(dòng)車龍頭,，特斯拉的model 3。
首先給大家普及幾個(gè)大體的概念,。我們知道,，一般家用的乘用車，通常油箱容量在55L左右,，按照百公里8L的耗油量,，大概可以跑600公里出頭。電動(dòng)車廠商為了實(shí)現(xiàn)對(duì)燃油車的無縫替代,，基礎(chǔ)目標(biāo)也是充一次電,，跑600公里。
為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)600公里的續(xù)航里程,，電動(dòng)車廠商就必須在電池上下功夫,。
理論上你可以堆足夠多的電池來實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，但我們知道,，電池本身也有重量,，而且還不輕，所以廠商就必須要在長(zhǎng)里程,、車重以及電池效率之間找一個(gè)平衡,。這個(gè)平衡點(diǎn)，就是我們說的電池成組效率,。
這是一個(gè)典型的動(dòng)力電池系統(tǒng)的構(gòu)成圖,。可以發(fā)現(xiàn)，電池片模塊（也就是我們常說的電芯）只占其中的一部分,，除此之外,，還有各種雜七雜八的配件，比如冷卻系統(tǒng),、絕緣層,、接線盒、連接端子等等,。
電池系統(tǒng)容量的核心是電芯,，電芯的能量密度由wh/kg來衡量，就是每公斤的電芯,，能夠產(chǎn)生多大功率的能量,，kwh是我們?nèi)粘Ｕf的度電，那么單體電芯能量密度170wh/kg代表的意義就是,，每公斤的電芯,，可以產(chǎn)生0.17度的能量。
我們用電池系統(tǒng)能量密度來衡量一輛電動(dòng)車實(shí)際的能源效率,。電池系統(tǒng)除了電芯之外,，內(nèi)部包含的這些電池管理系統(tǒng)，熱管理系統(tǒng),，高低壓回路等占據(jù)了電池系統(tǒng)的部分重量和內(nèi)部空間,，所以電池系統(tǒng)的能量密度都比單體電芯能量密度低。
電池系統(tǒng)能量密度與單體電芯能量密度的比值就是電池成組效率,，是衡量一個(gè)電池系統(tǒng)效率的核心指標(biāo)。
比如我們上面的這兩款車：
比亞迪的漢EV,，電芯能量密度是170wh/kg,，組成電池組之后電池的系統(tǒng)能量密度就降到了140wh/kg，成組效率為82.53%,；特斯拉最新的model 3 長(zhǎng)續(xù)航版,，電芯采用松下的21700電池，電芯能量密度比比亞迪漢EV采用的磷酸鐵鋰刀片電池近乎高一倍,。
但特斯拉選擇的這種三元鋰電池,，相對(duì)比亞迪的刀片電池，更容易發(fā)熱,，需要更多的散熱設(shè)備,，電池管理系統(tǒng)也更復(fù)雜，因此組合起來的電池系統(tǒng)能量密度快速降到161wh/kg,，成組效率只有53.67%,。
這兩款車型，代表了當(dāng)前電動(dòng)車的主流配置，主要指標(biāo)很接近,。
他們的續(xù)航里程都在600公里以上,，總功率大約在77kwh，也就是77度電,，電池系統(tǒng)都很重,，比亞迪漢EV549kg，半噸多,，特斯拉model 3 長(zhǎng)續(xù)航版477kg,，基本占到全車重量的四分之一。無論從節(jié)能還是從挖潛的角度出發(fā),，電池技術(shù)都必須要有大的革新,。
那么動(dòng)力電池技術(shù)需要做到多大的改進(jìn)，才能真正踏上替代燃油車的門檻呢,？
目前市場(chǎng)公認(rèn)的答案是,，現(xiàn)有電動(dòng)車的電池系統(tǒng)能量密度翻一倍半，從普遍的160wh/kg,，到400wh/kg,，才是電動(dòng)車徹底取代燃油車的開始。這個(gè)指標(biāo)意味著600km的續(xù)航,，80度電,，總重大約200kg。現(xiàn)在這個(gè)重量大約是450-550kg之間,。
400wh/kg,，是一個(gè)非常剛性的指標(biāo)。一個(gè)產(chǎn)品最終推廣開來必須要做到適者生存,，核心就是成本，講再多的理想和未來,，也比不過現(xiàn)實(shí)的便宜真香,，電動(dòng)車如果邁不過性價(jià)比經(jīng)濟(jì)性這條線,，就永遠(yuǎn)只能是個(gè)小眾的玩具,。
如果奔著400wh/kg這個(gè)指標(biāo)去，你就會(huì)發(fā)現(xiàn),，現(xiàn)在的動(dòng)力電池市場(chǎng),，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)談不上競(jìng)爭(zhēng)格局已經(jīng)清晰,，大家基本都在同一個(gè)起跑線上。
上圖是我們從光大的報(bào)告《固態(tài)電池：搶占下一代鋰電技術(shù)制高點(diǎn)》中截取的圖,，勾勒了現(xiàn)在的電池技術(shù)發(fā)展路徑,。
不管你是哪種方案,，理論的最高能量密度就是天塹,，天資如此，你再努力也沒用,。
我們當(dāng)下主流的電池，無論是磷酸鐵鋰電池,，還是三元鋰離子電池,，都是液態(tài)電解液的鋰離子電池，理論的最高能量密度就是350wh/kg,，如果再加上各種電池管理系統(tǒng)，能夠做到全系統(tǒng)300wh/kg,，基本上就是極限。
這就好比你把弓箭做到了極致,，最后面對(duì)火槍還是被秒殺，無他,，這是代際的碾壓。
故而,，最終要解決電池的能量密度問題，消滅里程焦慮,，最后的方案一定是固態(tài)電池。
固態(tài)電池,，大家都還在研發(fā)的路上。那么我們能實(shí)現(xiàn)這個(gè)指標(biāo)么,？
能。恩格斯說過,，“社會(huì)一旦有技術(shù)上的需要,，則這種需要就會(huì)比十所大學(xué)更能把科學(xué)推向前進(jìn)”。需求是最好的動(dòng)力,。電動(dòng)車相比燃油車,，有更大的空間和潛力。
我們看電池領(lǐng)域,，過去10年發(fā)生了什么。
根據(jù)BloombergNEF的數(shù)據(jù),，在過去的10年里,，電芯的能量密度基本提高了兩倍,。這也說明了,，在強(qiáng)大的需求推動(dòng)下,，產(chǎn)業(yè)界的進(jìn)步有多快。
數(shù)月前，特斯拉將model 3的入門版從29.18萬元一下降到了24.99萬元,，降了4萬還多。我們看好電動(dòng)車取代燃油車的過程,，但是這款入門車型采用的是寧德時(shí)代的磷酸鐵鋰電池,，電池系統(tǒng)能量密度不會(huì)比比亞迪的刀片電池好多少,，也就是140-160wh/kg左右,。
相對(duì)于原來降價(jià)前產(chǎn)品的三元鋰電池配置,，model 3的電池安全性略有提升,，但系統(tǒng)能量密度還有所下降，對(duì)現(xiàn)有的這些電動(dòng)車廠商比亞迪,、小鵬等等有沖擊，也會(huì)下探到傳統(tǒng)的B級(jí)車帕薩特,、雅閣、凱美瑞的市場(chǎng)，對(duì)他們產(chǎn)生一定的壓制左右,。
但總體來說，如果電池系統(tǒng)的能量密度沒有大的提升,，不能突破400wh/kg這個(gè)門檻,，還都屬于戰(zhàn)術(shù)性的改進(jìn),，格局上不會(huì)有太大的變化,。
02 光伏的第二約束
我們知道，光伏這個(gè)行業(yè)遵循摩爾定律,，每年的發(fā)電成本都會(huì)成比例下降,。2020年已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了平價(jià)上網(wǎng),，也就是價(jià)格跟煤電打平，后續(xù)發(fā)電成本還會(huì)繼續(xù)下降,，最后極限就是能源價(jià)格接近為零。
用“傻瓜扯扯淡”的說法，光伏要想實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)能源的平推,，要突破兩個(gè)限制：一個(gè)是擺脫補(bǔ)貼約束，這一個(gè)伴隨著平價(jià)上網(wǎng),，已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)，第二個(gè)是擺脫并網(wǎng)約束，這個(gè)是將來要實(shí)現(xiàn)的。
光伏作為一種新的能源形式,，優(yōu)點(diǎn)肉眼可見,，節(jié)能環(huán)保資源可再生,，取之不竭用之不盡，所以一開始各個(gè)國(guó)家都給了大量的補(bǔ)貼,，但這種補(bǔ)貼不是長(zhǎng)遠(yuǎn)之計(jì)。
羊毛出在羊身上,，新能源的成本還是需要全社會(huì)來承擔(dān)，如果不能擺脫這種補(bǔ)貼的約束,，光伏只能作為一種時(shí)尚，偶爾出現(xiàn)在政績(jī)報(bào)告上,，作為一種點(diǎn)綴,。
要想擺脫補(bǔ)貼，光伏的價(jià)格必須下降到足以與傳統(tǒng)能源競(jìng)爭(zhēng),。隨著中國(guó)制造在光伏技術(shù)上的快速迭代,，成本下降很快，終于到2020年,，成本已經(jīng)接近煤電,，可以甩掉補(bǔ)貼直接上網(wǎng)了。第一個(gè)約束就這么解決了。
但是如果第二個(gè)約束,，也就是并網(wǎng)約束不能突破，光伏的推廣還是要被限制在一定范圍內(nèi),。為什么呢？這是由光伏發(fā)電的特點(diǎn)決定的,。
上面這張圖就是著名的鴨子曲線,，圖上標(biāo)出了美國(guó)加利福尼亞州每年3月31日這一天的用電凈負(fù)荷。加利福利亞我們知道,，陽光明媚,，風(fēng)景秀麗,，光照時(shí)間長(zhǎng)，特別適合光伏發(fā)電,，加上又是硅谷所在地,，對(duì)新能源的接受程度高,，光伏發(fā)電的占比接近30%。
一天里,，中午光照最強(qiáng)，但是用電卻不多,，所以電網(wǎng)負(fù)荷最低，而到了晚上,，光伏歇菜，用電量卻飆升,，電網(wǎng)負(fù)荷也快速躍升,，就出現(xiàn)了圖中這根長(zhǎng)長(zhǎng)的鴨頸。
由于中國(guó)的加入,，太陽能組件的價(jià)格逐年下降，加州光伏發(fā)電的占比也越來越高，從2012年以來,，中間用電凈負(fù)荷的這個(gè)鴨肚腩也越來越大，整體像一只鴨子,，所以叫鴨子曲線,。
這條曲線反應(yīng)了光伏發(fā)電面臨的第二個(gè)約束，并網(wǎng)發(fā)電,。光伏發(fā)電畢竟受自然條件約束,，白天有太陽，發(fā)電就多,，晚上就停擺,，但我們用電卻反過來，白天少,，晚上多,。
要解決這個(gè)問題，現(xiàn)在我們采取的是煤電或者天然氣發(fā)電調(diào)峰的方式來補(bǔ)償,。白天的時(shí)候這些調(diào)峰機(jī)組停機(jī),，晚上的時(shí)候才開機(jī)。
這就涉及到一個(gè)電網(wǎng)消納比例的問題,，整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng),，光伏發(fā)電的占比有一個(gè)極限，這個(gè)上限基本上在30%-40%左右,，具體取決于電網(wǎng)的調(diào)峰水平和日常的光照條件,。
那么我們能完全突破這個(gè)約束么？能,。
這個(gè)圖來自于興業(yè)證券電力設(shè)備研究員朱玥的報(bào)告：《成長(zhǎng)鋒芒,，中國(guó)力量》。光伏發(fā)電要想突破這個(gè)30%-40%的上限,，就需要配置儲(chǔ)能設(shè)施,，在中午發(fā)電高峰期把電力儲(chǔ)存起來，到晚上用電高峰期把電放出來,，這樣就可以徹底淘汰掉煤和天然氣,，只用光伏全天候滿足整個(gè)電網(wǎng)的需求。
為了突破第二個(gè)約束,，光伏發(fā)電需要達(dá)到配置了儲(chǔ)能設(shè)施之后的光伏+儲(chǔ)能發(fā)電的系統(tǒng)成本低于現(xiàn)有的煤電,，才能甩開并網(wǎng)約束,，真正進(jìn)入哲學(xué)上說的“自由王國(guó)”，改變電網(wǎng),，也徹底改變這個(gè)世界,。
光伏并網(wǎng)對(duì)儲(chǔ)能的最核心的要求就是，絕對(duì)價(jià)格足夠低,，這個(gè)價(jià)格指的是全成本,。我們看興業(yè)證券整理的光伏儲(chǔ)能電站中標(biāo)項(xiàng)目報(bào)價(jià)情況，如下圖：
現(xiàn)在光伏儲(chǔ)能電池最低的中標(biāo)價(jià)格為0.86元/wh,，加上電池管理系統(tǒng)（BMS）,，逆變器（PCS）之后的電池系統(tǒng)最低中標(biāo)價(jià)為1.49元/wh，包括土建,、系統(tǒng)集成在內(nèi)的全光伏儲(chǔ)能電站,，最低為1.94元/wh。
而這個(gè)1.94元,，就是光伏儲(chǔ)能的全成本,。1.94元/wh，一度電是kwh,，換算成度電建設(shè)成本就是1940元/kwh，假設(shè)可以實(shí)現(xiàn)10000次的充放電循環(huán),，不考慮資金成本,，攤到每度電上的儲(chǔ)能成本就是0.194元。
但是實(shí)際上,，我們現(xiàn)有的儲(chǔ)能電站,，很難做到1萬次的充放電循環(huán)壽命，普遍在5000次左右,，那攤到每度電上的成本就是將近0.4元,，這個(gè)價(jià)格大約相當(dāng)于現(xiàn)有火電的價(jià)格，長(zhǎng)期看需要有下降的空間,。
那么儲(chǔ)能的成本需要降到什么的價(jià)格才會(huì)實(shí)現(xiàn)突破呢,？目前市場(chǎng)普遍的共識(shí)是，10000次的循環(huán)壽命,，1元/wh的全建設(shè)成本,。
按照這個(gè)指標(biāo)計(jì)算，單度電的儲(chǔ)能成本就是0.1元,，在這個(gè)價(jià)格下,，儲(chǔ)能電站可以脫離任何的補(bǔ)貼或者峰谷電價(jià)差價(jià)而獨(dú)立生存。在這個(gè)價(jià)格下,，需要光伏發(fā)電成本從0.4元/kwh降到0.3元/kwh,。這樣光伏+儲(chǔ)能的度電成本將為0.3+0.1=0.4元/kwh,，價(jià)格約等于現(xiàn)有的煤電，從而徹底擺脫并網(wǎng)約束,。
儲(chǔ)能的成本還有繼續(xù)下降的空間么,？有，而且可能比動(dòng)力電池下降的速度還快,。
首先,，因?yàn)閯?dòng)力電池的價(jià)格下降的很快，而儲(chǔ)能電池可以完全借鑒動(dòng)力電池的技術(shù),，實(shí)際上很多的光伏儲(chǔ)能裝置,，直接用的就是二手的汽車動(dòng)力電池。如上圖BloombergNEF的數(shù)據(jù),，動(dòng)力電池從2010年的每千瓦時(shí)1160美元,，已經(jīng)下降到2019年的156美元，9年時(shí)間,，價(jià)格下降了將近87%,。
其次，光伏儲(chǔ)能需要的電池比動(dòng)力電池要求要低,，選擇范圍廣,。相對(duì)動(dòng)力電池對(duì)重量體積價(jià)格效率的極致追求，光伏儲(chǔ)能電池只需要滿足循環(huán)壽命足夠長(zhǎng),，度電全成本低就可以了,，對(duì)于動(dòng)力電池要求的體積小，重量輕,，儲(chǔ)能電站并沒有嚴(yán)格的約束,，因此選擇范圍更大，實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破的概率也越大,。
光伏行業(yè)有自己的摩爾定律,，那就是發(fā)電容量每增加一倍，新增裝機(jī)的電價(jià)減少16%,。從儲(chǔ)能技術(shù)的角度上來講,，隨著電池技術(shù)的進(jìn)步，光伏儲(chǔ)能的總?cè)萘棵吭黾右槐�,，單次充放電循環(huán)的成本也會(huì)按照一定的比例下降,。在未來的十年，我們大概率上會(huì)看到儲(chǔ)能成本的快速下降,。
03 各領(lǐng)風(fēng)騷三五年
后面我們會(huì)看到一個(gè)互相促進(jìn)螺旋上升的過程,，而電池的需求量將會(huì)呈現(xiàn)指數(shù)性的增長(zhǎng)。
根據(jù)牛頓第一定律,，“任何物體都要保持勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài),，直到外力迫使它改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為止”,，在這個(gè)循環(huán)中，外力或者說第一驅(qū)動(dòng)力就是光伏技術(shù)進(jìn)步所帶來的光伏發(fā)電成本的快速下降,。
光伏發(fā)電成本快速下降,，倒逼電價(jià)穩(wěn)步降低，電力需求提升,，電動(dòng)車性價(jià)比持續(xù)提升,，倒逼動(dòng)力電池進(jìn)步，動(dòng)力電池降本增效,，儲(chǔ)能電池性價(jià)比提升,，各種應(yīng)用場(chǎng)景紛紛進(jìn)入盈虧平衡點(diǎn)，又提升了電力的需求,。這是一個(gè)正向的完整的循環(huán),。
作為投資者，最希望見到的場(chǎng)景當(dāng)然是量?jī)r(jià)齊升,，我看到很多電力設(shè)備研究員,，都在講電價(jià)提升的邏輯，對(duì)未來的電價(jià),、補(bǔ)貼做了非常樂觀的估計(jì),，但這種假設(shè)本質(zhì)上都是站不住腳的，我們并不認(rèn)可,。
因?yàn)榇蠊I(yè)生產(chǎn)的核心就是降本提效,，規(guī)模效應(yīng)之下，成本降低,，價(jià)格下降,，利潤(rùn)雖薄,，可餅攤得大,。
在工業(yè)上，任何講長(zhǎng)期漲價(jià)的邏輯都是有瑕疵的,。比如我們對(duì)贛鋒鋰業(yè)(SZ:002460)這類資源性的公司的長(zhǎng)期成長(zhǎng)性是有懷疑的,，因?yàn)橐粋�(gè)行業(yè)要想長(zhǎng)期持久的增長(zhǎng)，原材料一定不能成為一個(gè)約束,。為什么半導(dǎo)體行業(yè)是在硅的基礎(chǔ)上做大的,，就是因?yàn)樯匙拥教幎加校淮嬖谌魏蜗∪钡目赡堋?/p>
我們花了這么多時(shí)間來思考未來能源革命的路徑,，但是預(yù)言歸預(yù)言，投資歸投資，即使你看對(duì)了方向,，也不一定選對(duì)了股票，選對(duì)了股票也不一定能從一而終,。
確實(shí)，光伏帶來的新能源革命會(huì)徹底改變這個(gè)社會(huì),，但這種高技術(shù)行業(yè),，按照易方達(dá)的基金經(jīng)理蕭楠的說法，商業(yè)模式非常不友好,。
這種商業(yè)模式屬于“自我燃燒,，燃燒自己，照亮別人,。這樣的公司很累,，他們要花很多錢去投固定資產(chǎn)，去投研發(fā),，他們把所有節(jié)省出來的效率都送給了自己的客戶,，因?yàn)槿绻贿@樣做，自己就面臨著淘汰,，被客戶拋棄,。”
新技術(shù)方向的競(jìng)爭(zhēng)的異乎的殘酷,，往往是各領(lǐng)風(fēng)騷三五年,。
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/Betty）
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