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彭博新能源经济:复盘电动汽车电池降价史,新拐点已来?

2020-06-02 浏览次数:2,112 次 新智驾

BloombergNEF(彭博新能源经济)的数据显示,2010 年时一块 1 kWh 的锂电池组(仅能驱动车辆行驶 3-4 英里)售价超过 1000 美元。经过快 10 年的发展,其价格已经跌到了 156 美元,降幅真心不小。在专家看来,锂电池还会继续“掉价”,只是其降幅未来十年可能会逐步收窄。多位业内资深人士预测称,到 2025 年左右 1 kWh 的锂电池组价格将跌破 100 美元。

对整个行业来说,锂电池大降价绝对算是良性循环,那些性能更好价格也更便宜的电池不但扩大了市场规模,还吸引了大量投资,为未来锂电池进一步提升性能与降低成本铺了路。对世界经济来说廉价电池也相当重要,它们是人类摆脱燃煤与燃油经济的强力推手。

近些年来,电池与电动车成了替代传统内燃机车最有前途的技术。曾几何时,昂贵的电池让电动车在价格上根本无法与传统燃油车抗衡,但随着电池售价不断降低,专家预计 100 美元/kWh 将让电动车(非豪华车)迎来成本拐点。售价优势再加上更低的维护与能源成本,最在乎自己钱包的用户们当然会逐步倒向电动车,而后就是电动车普及时代的来临。

对可再生能源来说,电池也是关键的支柱技术之一。过去十年里,全球都在建设太阳能与风能项目,但这些清洁能源却有个大问题——它们无法 24 小时持续供电,而用户用电可不会分时段。

这样的情况下,我们就要求助于电池了,可惜高昂的电池价格又让这清洁能源用起来有些经济负担太重(至少现在在商业上行不通)。当然,也不是说电池储能这种解决方案当下毫无意义。在许多电厂,它们被用来应付电网供需的短期波动。不过,由于装机容量有限,许多清洁能源还是无法直接存储起来。

因此,未来十年内继续拉低电池价格也是环保的题中应有之意。

过去十年里电池价格确实大幅降低,未来我们该如何延续这一趋势吗?智能电网的需求是一大驱动因素,不过要说最有利的推手还得是特斯拉。在世界向清洁能源转变的过程中,特斯拉扮演了重要角色。除了是一家电动车公司,它们还是电池公司,未来甚至会完成太阳能发电、电能存储与电动车的全链垂直整合。

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廉价动力电池:电动车一统江湖的催化剂


新智驾注:锂电池平均售价

想要知道电池的真正成本其实并不容易,因为市场上许多公司会拟定协议价,数量多,相应的折扣力度也大。作为业内知名的研究与咨询机构,BloombergNEF 与电池行业有着千丝万缕的联系。

“我们会利用好与价值链上每个节点间的关系。” BloombergNEF 主编 James Frith 说道。“除了终端用户,我们还会接触制造商与其他业内人士。当然,那些电动车市场的巨头与中美欧韩的一级供应商也是重点关注对象。”

事实上,电池价格下滑的起点并非 2010 年。2003 年,也就是特斯拉成立那年,笔记本与手机市场火爆异常,锂电池需求量因而同步暴增。当时,就有大量公司投入巨资搞研发,目的就是在提升电池性能的同时降低成本。

后来成了特斯拉 CTO 的电气工程师 JD Straubel 当时就意识到,电池性能已经相当不错,如果能有一定的价格优势,就能组合起来驱动车辆了。他将这个想法推荐给了 Elon Musk,后者马上投资特斯拉。十年以后,特斯拉与松下在内华达建起了巨大的超级工厂(Gigafactory),年产量达 50 GWh。现在,特斯拉是世界上最大的锂电池制造商兼终端用户。

特斯拉创立初期,电池还相当昂贵,它们只能走高端路线,售卖价格高达六位数的 Roadster 电动跑车。随着电池价格的逐步下滑,特斯拉产品线也在不断下探,现在 Model 3 售价已经不到 4 万美元了。

“Model S 在 Roadster 诞生五年后拿过了接力棒,其电池技术、基础化学及封装方式有了近四成的提升。”Straubel 在 2014 年时说道。“这些进步直接转化成了 Model S 300 英里(约合 482 千米)的惊人续航能力。要知道,它的 85 kWh 电池包实际上比 Roadster 还小呢。”

现在手机与笔记本电脑的销量依然远超电动车,但与电池只有几千毫安的消费电子相比,电动车电池组要大上几千倍(40-100 kWh),因而锂电池的需求量增幅相当巨大,也助推了其降价脚步。现在,就连电网也开始瞄上这一神器了。

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电池如何成为电网新宠?


南澳 Hornsdale 风力电厂巨型电池系统

2017 年时,特斯拉完成了南澳 Hornsdale 风力电厂巨型电池系统的安装与调试,其存储容量高达 129 MWh,相当于 2000 台 Model 3 或 1000 万台手机。向特斯拉订购这套储能系统的法国可再生能源公司 Neoen 认为这套系统非常成功,它们计划再次将其扩容五成。

虽然容量高达 129 MWh,但如果按照其输出功率 100 MV 来算,这家伙也只能支撑一个多小时。不过,这一个小时也是弥足珍贵。

一般来说,电网为了保证服务的连续性,需要依靠“高峰期电厂”(大多是火电厂)来缓解用电压力,而这个备用电厂一年可能也就运营几个小时,效费比实在是太低。不过,如果没有高峰期电厂,在有需求时临时抱佛脚买电,电价是平时的 50 倍。

有了 Hornsdale 的储能系统,当地公共事业单位终于摆脱了买天价电的日子。Neoen 还表示,这套储能系统已经为当地用户节省了数千万美元,受停电影响的几率也小了很多。

除了省钱,储能系统对环保也意义重大。未来,我们就能在白天存储太阳能,然后晚上释放出来。如果储能系统足够大,当地政府甚至能在冬天用上夏天储备的电能。当然,现在的技术主要是为用电需求的短期波动而生,不过专注于长期储能的液流电池技术已经在开发中。

虽然 Hornsdale 的储能系统已经是世界最大,但与真正的电力需求相比依然是毛毛雨。就拿美国来说,其日用电量为 10 TWh,是这套储能系统存储电量的 7 万倍。不过,我们依然相信未来几年储能系统市场会有大发展。从特斯拉的最新财报来看,它们已经拿到了多个储能系统订单,而且装机容量比 Hornsdale 还要大。

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激增的需求反而是降价推手


锂电池价格走势

产品造的越多,单价自然就越低,在经济学中也正好有学习率的定义。去年,BloombergNEF 就预测称,电池的学习率约为 18%,也就是说全球电池产量每翻一番,电池价格就会下降 18%。

当然,BloombergNEF 得出这一结论的前提是电动车与储能系统市场持续增长,它们认为 2023 年电池每 kWh 成本就将低于 100 美元。

驱动电池降价的因素很多,其中之一就是量产带来的规模化效益。“全球电池工厂规模在持续扩大,已经从 2010 年的 1-2 GWh 提升到现在的 30 GWh。”Frith 解释道。

大规模量产也让电池制造商们有了更强的溢价能力,它们能从供应商那里拿到更多折扣,毕竟规模优势也让供应商们有效降低了成本。

在 2014 年的一次演讲中,Straubel 就解释了超级工厂大规模量产对电池价格带来的影响。

“特斯拉已经上溯到了电池制造的上游领域。我们不但要控制正极和附近的绕卷,还要关注涂层、材料合成甚至原材料来源。如果处理得当,我们就能利用强大的议价权推动全产业链价格的降低。”

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能量密度在不断提高

在电池降价中,技术进步也扮演了重要角色。Frith 就指出,随着技术的进步,不同的化学组合让电池能量密度持续提高。这不但意味着化学反应部分成本的家底,还让电池物理形态得以改变,它们会变得更轻更小,从而拉低其他部件的成本。

上一个十年中,NMC 111 是最为普及的电池技术,其中镍、镁和钴的比例大致相同。现在,大家则普遍在向 NMC 811 升级,镍的占比是镁与钴的 8 倍。与钴相比,镍这种材料可是便宜多了。除此之外,NMC 811 配方的能量密度也有所提升。

不过,NMC 811 也有缺点,那就是它不够稳定,因此在安全性方面需要提高。好在,近些年来制造商已经知道如何克服这一缺点。同时,电池市场越大,制造商在研发上的投入力度就越大,新技术突破也就越多。

在一众电池制造商中,特斯拉依然是头号玩家。最近路透社就爆料称,特斯拉正在与中国巨头宁德时代合作开发新型电池,其中低钴电池每 kWh 成本能降到 100 美元,而无钴版本则能拉低到每 kWh 80 美元。最重要的是,新型电池寿命可达百万英里。关于新型电池的相关细节,下个月的电池日 Elon Musk 将一一揭晓。

对于电池,通用也有自己的新配方。此前消息显示,2023 年通用将换装全新的 Ultium 平台,到时电池价格也将降到每 kWh 100 美元。

“通用与 LG 联合研发的新电池用到了 NMCA 配方。与雪佛兰 Bolt 的电池相比,钴用量降低了七成。”

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转向电池环保意义重大


虽然逐步淘汰燃油车能直接降低碳排放,但电能来源的不同和电池制造工艺差别可能也会带来巨大的碳排放差异。那么,电池真的对环保意义重大吗?

BloombergNEF 认为答案是肯定的。

“即使你用的电来自世界上最污染的电厂,也比传统燃油车更环保。”Frith 解释道。“如果电动车充的电来自可再生能源电厂,它们对环境的污染就更加微乎其微了。”

如果电网也能大规模普及储能电池系统,我们的整个能源系统清洁度更是能再上一个台阶。

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政策也是电池降价推手

从现有情况来看,世界各国都在用慷慨的补贴支持电动车市场的发展。相信未来有一天,即使没了补贴,电池价格的下滑也能让电动车竞争力十足。

眼下,我们已经看到了良好的趋势。以特斯拉为例,即使联邦政府的补贴已经退坡,美国用户对其电动车的需求依然相当强劲。未来新型电池复议后,特斯拉的电动车在价格方面竞争力会再上台阶。也许再过几年它们比同级别的燃油车还便宜。到时,想必世界向可持续能源转变的趋势就真的不可逆转了。

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