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                未來十年我們看什么?——談談儲能產業


                前言:現在市場上流行什么?流行談風口!什么是風口?很多的企業家越來越感到困惑,他們都在談著同一個詞:轉型!因為他們所做的產業幾乎全面面臨著產能過剩和越來越殘酷的市場競爭!

                面對這些企業,只有三個選擇(最后一個是關門大吉)。第一,將自己所做的產業變大。如果你生產的產品在市場上的占有率超過30%甚至更高的時候,如果這個產業只剩下幾家在玩的時候,你就有機會獲取超額利潤!并且還活得有滋有味,例如萬華化學的MDI(市場占有率超過50%),又例如越來越少企業玩的己二酸!可有實力和能力在中國這樣玩的企業畢竟是少數,更多的企業在這些巨無霸的擠壓下,活得越來越艱難。

                由于傳統商品“階級的日益固化”,從生產制造成本、產品的穩定性各方面去挑戰你所處行業的老大?這幾乎是一件不可能完成的任務。挑戰他們的唯一方式,就是抓住新的風口,用革命性的創新和新產品將這些“大象一樣的巨無霸“打翻在地。昔日大到令人恐懼的諾基亞、摩托羅拉和柯達等就是這樣被悲慘地到打得滿地找牙,短短幾年時間,從世界一流的企業變成不入流的小字輩。

                什么是當今,乃至未來十年的風口?個人覺得區塊鏈、新零售、AI人工智能、新能源以及物聯網應該是。而新能源的發展正成為全球的共識。

                21世紀我們所面臨的最大難題及困境可能就是能源。

                世界經濟的發展和人類社會的進步很大程度上是由兩次大的能源轉型推動的:以蒸汽機的發明和煤炭的大規模利用為主要標志的能源革命(有人稱之為第一次能源革命,是在18世紀末到19世紀),人類從薪柴時代邁入了煤炭時代。

                以發電機、內燃機等的發明與使用為標志的第二次能源革命發生在19世紀70年代到20世紀初,電力作為清潔、便利的二次能源從根本上改變了人類能源使用的方式。

                進入21世紀,以風電、氫能和太陽能為標志的新能源發展受到了空前重視。

                前兩次能源革命,替代能源的價格都是上升的。而在新一輪的能源轉型中,由于以風、光為主的新能源的生產邊際成本趨近于零,隨著技術進步和規?;瘞淼脑O備單位造價持續下降。我們相信新能源的使用價格將全面低于傳統化石能源價格的那一天就在不遠的將來。

                實際上,風電設備和光伏組件的價格在過去的五年里呈現大級別下降趨勢。有人預計到2030年,光伏發電成本可能低于0.2元人民幣/千瓦時,風電成本低于0.22元/千瓦時也不無可能。 

                然而,風力和太陽呈現出顯著的隨機性、間歇性和波動性的特點(風力變化和晝夜交替),導致其發電與用戶相對固定的用電需要難以匹配。

                如果可以在電力富余的時候將其存儲,在電力短缺的時候再釋放出來,以滿足供需之間實時平衡的需要該有多好(削峰填谷)。

                做企業的人都知道,我們企業用的電白天和晚上的價格是不同的,相差不只一倍。如果我們能將晚上的電儲存起來,用于白天生產的話,企業的運營成本將大幅下降!尤其對那些塑料加工企業、橡膠廠而言,電費占他們的生產成本不是一般地高。

                我們還知道,太陽能,是大家公認的取之不盡用之不竭,并且不需花錢購買的能源,而制約太陽能,也就是我們所說的光伏發展最大的障礙就是搜集效率和儲存能力,我們可以在人煙稀少的地方建大批大批太陽能搜集裝置,例如新疆、又例如內蒙等大片地區,可儲存是一個大問題;同樣的問題也困擾著風能。

                我們還發現對環境影響最小、最清潔的能源是氫能,因為氫氣在產生能量之后排出的就是水,對環境幾乎沒有任何影響。阻礙氫能大規模推廣應用的正是儲存材料;還有當今風頭火勢的電動汽車所用的動力電池也天天期盼著儲存密度的大級別提升。

                沒有儲能技術,新能源就難以滿足用戶的負荷需求,資源也得不到充分利用。

                可以說,儲能技術的突破與普及,將使能源跨越時空進行分配調節,對能源的生產和消費都有革命性意義。 有人宣稱“不發展儲能 新能源的前景也無從談起”!

                今天我們就來談談影響甚至左右新能源發展的關鍵材料——儲能。

                儲能包括儲電、儲熱和儲氫。而電力存儲技術又可分為物理、化學和電磁儲能三大技術類別。

                我們今天不談作為間接儲能方式的抽水蓄能(目前占全部裝機容量的97%以上)和壓縮空氣儲能,盡管物理儲能規模比較大、壽命長,但便攜性差。

                化學儲能、超導儲能、超級電容器、儲熱技術和氫儲能正在成為風口!未來十年,真有可能實現儲能技術的跨越式發展,規模從目前大部分百千瓦到兆瓦量級,實現向10兆瓦到100兆瓦的跨越;壽命將以倍數提高,成本正從降50%向80%以下跨越,甚至低于目前90%也不無可能。我們相信技術進步的魔力,過去的幾十年被一次次有力地證明了!

                先談談氫儲能,包括制氫、儲氫和用氫三個方面,制氫堿性電解槽是發展時間最長、技術最成熟的電解槽,但很多化工廠生產產品的工藝本身脫出大量氫氣,例如PDH,將這些富余氫氣綜合利用好很有價值。高壓儲氫是比較成熟的技術,用氫目前質子交換膜燃料電池占到全球88%,占主流,可惜主流技術都不為我們所掌握,手握技術的歐、美、加企業正在中國大肄跑馬圈地,撈錢。

                氫能的商業化主要集中在氫燃料電池汽車上。在燃料電池中,氫燃料電池是目前進展最快的技術,氫燃料電池的特點之一是通過化學能直接轉換為電能,中間不需要進行燃燒,反應產生的產物是水,可以再拿來繼續制氫,保證了循環使用,除了有一些氮氧化物的排放以外不會產生氣體如一氧化碳、二氧化碳等有害物質,保證了對環境的友好;另一誘人優點是能量密度非常高,理論上可達20000Wh/kg;第三個優點是應用于汽車上時加氫速度快(和燃油車類似,不到3分鐘即可加滿)。

                總體上看,用氫燃料電池的發電機組結構簡單、維修方便、啟動迅速、即開即停,以應用于削峰填谷場景中為例,在電網低負荷的谷電時可以利用多余的電進行電解水,生產氫和氧,在高峰時反應進行發電。但是目前氫燃料電池也存在著發電效率不高,由于反應催化劑是鉑,其成本昂貴的問題。

                從長遠的未來看,如果成本大級別下降(達目前的十分之一甚至更低),氫燃料電池是解決能源及環境問題的最佳解決方案,因此被市場當成了真正的風口。

                除了成本,氫能的有效利用還要面對安全性問題,高壓儲氫畢竟不是長久之計,有人將氫儲存成氫化鎂,也有人……。

                 我們來看看鋰電池,目前它是增長幅度最快的電化學儲能技術,鋰電池在技術和成本上有了顯著的突破,鋰電池成本在一步步下降,性能在提升中。制約發展的因素:目前成本還相對較高(至少應降70%以上),實際應用中循環壽命還無法挑戰傳統汽車,充電時間不夠短等。此外,限制鋰電池應用的另一個主要因素在于安全性。因此提升能量密度和功率密度、長壽命、低成本、高安全成為了儲能電池目前主要研究方向之一。

                如果講儲能是新能源發展的風口,相變存儲材料的開發必將成為皇冠上的明珠!

                相變儲熱正是利用相變材料在物態變化時,吸收或放出大量潛熱而進行儲能。根據相變形式不同可以分為固-固相變、固-液相變和氣液相變,而依據相變材料不同可以分為有機相變材料和無機相變材料,每種類型下還可細分不同類型。理想的相變材料應該具有以下性質:高焓值、導熱系數高、有合適的相變點、高比熱容、體積膨脹率小、無相分離和過冷現象、循環穩定性高、腐蝕性小、不然、無毒、低成本,目前暫時還沒有相變材料可以同時滿足上述所有條件。

                科學家和工程師們對相變材料的潛在應用很有興趣,比如當它們從固態變為液態的時候,可以吸收或釋放大量的熱能(反之亦然)。那么當前是否有將相變材料用于儲能領域的最新研究和相關進展呢?

                有美國科學家正在開發一種新型化學復合材料,它能夠吸收來自太陽或其它來源的熱能、將之存儲一段時間,然后在暴露于光的情況下、以受控的方式將能量釋放。

                這種相變材料由脂肪酸和有機化合物混制而成,有望在未來某天為發展中國家的人們儲存和提供能源。

                這項技術可以運用到類似太陽灶的設備上,在白天吸收太陽能,并在夜間釋放?;蛘哂糜谡{節建筑的熱量、打造“熱電池”、甚至在開車上班的路途中讓咖啡保持熱度。

                使用相變材料作為熱源的原理很簡單,比如冰塊從固態變為液態水的過程中,就需要吸收一定的熱量。這也是在某個異常溫暖的日子,雪也不會突然融化;以及為什么放在冰箱里的冰塊,比不銹鋼方塊更能冷卻飲料的原因之一。

                與蠟、脂肪酸、熔融鹽一樣,相變材料的難處在于如何處在一個合理的溫度下改變其相位、長時間保持液態、以及根據需要來釋放熱量。第二種材料需要厚隔離,第三種則需要可在輕微加熱、或者接觸催化劑時釋放能量的相變材料。

                這群科學家本質上還是引入了小分子來充當相變轉換時的光電觸發物(這里用的是十三脂肪酸、偶氮苯摻雜劑和十三酯組成的混合物)。

                這種混合材料可在被加熱時液化,但當暴露于紫外線之下的時候,即使冷卻下來,它依然可以是液態。這意味著大部分熱量都在鎖在了這種化合物中(每克約200 焦耳),這對有機相變材料來說已經很不錯了。而用另一束光,又可以觸發脂肪酸和相變材料的固化并釋放能量。研究人員稱,這種特性,讓它很適合作為一種按需釋放熱量的“化學熱電池”、能夠將熱量儲存 10 個小時以上、而且還有極大改進的空間。

                目前,盡管這種相變材料還處于概念驗證階段,但它已經能夠應對10 ℃(18 ℉)的溫度變化。其不僅能夠在太陽能炊具中發揮作用,也能夠用于干燥谷物、或回收工廠或車輛的廢熱,以供后續使用。

                我們看好儲能在新能源、發電、用電等應用端,看好鋰電池、氫能等在儲能上的應用。

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