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2021-01-15

【儲能商機大迸發】Tesla 劍指綠能電網,中日韓逐鹿鋰電池規格寶座!

  聯合國於2015年通過氣候協議《巴黎協定》(Paris Agreement)後,美、中、日、韓已先後宣布碳中和時程,甚至企業界也相繼發表邁向碳中和經濟的宣言,令綠色能源科技再度受到重視;為彌補綠能發電不穩定而衍生的能源儲存系統(Energy Storage System,ESS),更成為市場焦點。如果說2020年是全球車市電動化元年,那麼2021年將會是儲能商機爆發年!

 

減碳需求催旺儲能商機

 

  為求降低碳排放量,歐盟推出一系列對抗氣候變遷的法例,當中包括2023年將會徵收「碳邊境稅」(Carbon Border Tax),對高碳排的進口商品課徵關稅,其他國家亦有意仿傚。如果企業不想辦法減低商品產生的碳排放量,將對出口貿易造成嚴重打擊。正因如此,太陽能、風能市場近期大幅成長,但是綠能發電卻易受自然環境變化影響,致使發電量極具波動性,對社會和經濟運作帶來困擾。

 

  2014年3月底發生的日全食天文現象,在德國幾乎觸發了斷電危機,只因太陽能已佔全國18%的供電量,幸好在整個歐洲電網的協調下,德國出動備用機組緊急供電,才可安然度過。此事件正好反映了綠能電網中必須設置儲能系統,否則便難以維持電網穩定性。

 

電池儲能優於抽水蓄能

 

  現時全球97%以上的儲能方案都是「抽水蓄能」:用水泵把水抽送到水庫,有需要時排水驅動渦輪機發電。可是,水庫儲能卻存有地理限制,如遇上旱季缺水,更是無所施其技。相比起來,電池儲能在使用上就靈活得多,電池可以擺放任何地方,又不受天氣影響,而且供電反應極快,能夠協助電網應對突發事故。

 

  2017年12月,澳洲燃煤電廠跳電,使到電力供應異常,位處1,000公里外的特斯拉(Tesla)電池儲能廠,在140毫秒內向中央電網輸送100百萬瓦(MW)電力,讓電網保持正常運作。由是之故,電池已被視為未來儲能市場的發展重心,當中以鋰離子電池技術的研發最受關注。根據加拿大能源材料供應商Targray的資料,鋰電池佔去全球儲能電池市場的98.8%份額。

 

鋰電池的價格持續下跌

 

  受惠於電動車日漸普及,鋰電池產量持續增加,使到其價格不斷下滑,帶動電池儲能市場興起。根據《彭博新能源金融》報道,2010年至2019年之間,鋰電池價格下調了87%,跌到每千瓦時(kWh)156美元(約1,217港元)左右,估計這個價格未來還會進一步下跌。

 

  研調機構TrendForce的綠能研究報告指出,在節能減排與綠能成本持續下降的大勢下,從傳統集中式電網邁向智慧分散式電網的配置,已是未來智慧城市的主流發展,而電動車也需要透過儲能系統來提高能源效率,因此全球大型電池儲能容量於2020年已攀升至3.2吉瓦時(GWh,即100萬千瓦時),預估2019至2024年間的年複合增長率可達到22%。

 

  能源諮詢公司伍德.麥肯錫(Wood Mackenzie)更估計,及至2030年,全球電網儲能電池容量可望增至741 GWh,當中多數為鋰電池儲能電;1 GWh的儲電量足以供給100萬戶家庭1小時的用電所需。

 

Tesla深耕儲能市場多年

 

  說起Tesla有生產電池,不少人以為只是製造電動車用電池,事實卻不然。原來,特斯拉除電動車外,旗下還有能源業務,涵蓋家用與商用市場。家用產品有太陽能屋頂Solar Roof、家用儲能電池Powerwall;商用產品則有大型儲能電池Megapack、中型儲能電池Powerpack。

 

  事實上,在電動車的光芒背後,特斯拉早已深耕電池儲能市場多年。2015年,Tesla發表Powerwall,能夠在白天儲存來自電網的電力,供家庭在晚上或緊急情況下使用;2016年,在美屬薩摩亞的塔烏島裝設逾5,300塊太陽能電池板與60套Powerpack,為600名島民供電;2017年,在南澳洲興建當時全球最大的電池儲能廠,不但幫助澳洲化解前述的斷電危機,更在數天內為公司賺取100萬澳元(約598萬港元)的利潤;2020年9 月,取得西歐的電力供應商牌照,並開始接洽德國客戶。

 

Tesla太陽能屋頂Solar Roof乍看之下就是一般屋瓦,其實內裡嵌入高效太陽能電池,能夠將日光轉換成電力,兼具美觀與實用。(圖片來源:Tesla官網)

特斯拉家用儲能電池Powerwall結合安裝在屋頂的Solar Roof,儲存白天產生的電能,既可在夜間為家居供電,又可替Tesla電動車充電。(圖片來源:Tesla官網)

特斯拉於2017年在南澳利用Powerpack構建全球最大的電池儲能系統,曾成功化解當地的電力危機。(圖片來源:Tesla官網)

 

特斯拉自行設廠開礦

 

  特斯拉既要銷售儲能電池系統,又要給電動車提供電池,於是決定自行開採鋰礦,並自設廠房生產鋰電池。2020年9月,特斯拉創辦人兼執行長伊隆·馬斯克(Elon Musk)在美國加州舉行的「Battery Day」活動上公布,Tesla已取得內華達州一幅10,000英畝土地的使用權,可從中提取鋰金屬,同時又會興建一座鋰煉廠,供應原料給德州電池工廠。

 

  馬斯克又豪言,2030年特斯拉鋰電池產能目標是年產3百萬兆瓦時(TWh,即10億千瓦時),這足足是2020年全中國鋰電池產能的10倍。如此巨大的產能,馬斯克自知單靠一己之力絕不能實現,所以四出拉攏電池廠商加入其供應鏈。

 

中日韓三方鋰電池爭霸

 

  本來Tesla的鋰電池供應商只有日本松下(Panasonic),及後招來了韓國LG Chem,近期又引進中國寧德時代(CATL)。參照調查機構SNE Research的電動車用電池用量統計,2020年1至11月,寧德時代市佔率達24.2%,成為市場龍頭;從LG Chem分拆出來的LG Energy Solution市佔為22.6%,緊隨其後;第三名則是佔19.2%市場份額的Panasonic。換言之,全球三大電池廠皆是特斯拉的電池供應商。因此,Tesla對鋰電池的採購取向,足以改寫中韓日三大廠商的市場排名。

 

  Panasonic鋰電池使用鎳鈷鋁(NCA)陰極化學物質,LG Chem採用鋰鎳錳鈷(NMC)氧化物,兩者同具高能量密度,雖然價格較高,惟電池續航力較強。至於寧德時代,則用上能量密度較低、價格較便宜的磷酸鐵鋰(LFP)來製造電池。

 

從LG Chem分拆出來的LG Energy Solution原是全球電動車用電池用量的榜首,2020年9 月至11月期間卻被寧德時代擠下,失去龍頭地位,但兩者的市佔率差距不足2%,只要LG成功研製出低鈷鋰電池,隨時有望翻盤。(圖片來源:翻攝LG Chem官方YouTube影片)

Panasonic在CES 2021上宣布,將會著手研發不使用「鈷」的鋰電池,希望把鈷含量從目前的不到5%降至零。(圖片來源:翻攝Panasonic官方YouTube影片)

鈷(Cobalt)為稀有金屬,被廣泛用於鋰電池(鈷酸鋰電池)中,因其價格居高不下,意味著電動車用電池不易降價,故此日韓電池廠均致力於降低產品的鈷含量。(圖片來源:維基百科)

 

新一代鋰電池規格之爭

 

  以往,LFP電池大多為中國廠商所用,歐美業者較少選用。但自2020年下半年起,特斯拉在成本考量下大量採用LFP電池,使到這類電池開始受到市場重視。據傳,福士汽車(Volkswagen)、平治母公司丹拿集團(Daimler AG)未來兩年生產的電動車,也會使用LFP電池;更有甚者,傳聞中的Apple Car也有可能看上LFP電池。

 

  如此一來,中國電池廠在市場競爭上漸佔上風,更造就了寧德時代的冒起,超越LG Energy Solution成為市場首位。為求逆轉形勢,韓國電池廠將會想盡辦法替NCM電池減低鈷含量,以壓低電池成本;Panasonic未來目標更是要把電池鈷含量降至零。面對日韓挑戰,中國電池廠當然不會坐以待斃,現正研發磷酸鋰鐵錳(LFMP)電池,以提升電池續航力。

 

  全球三大電池廠各自採用不同的鋰電池技術規格,一旦車廠採用某一家電池廠的產品後,供應鏈關係短期內也不會改變。隨著電動車銷量持續攀升,該廠的鋰電池產量亦會水漲船高,當所佔的市場份額夠大,其鋰電池技術便可躍居為主流規格。由此視之,中日韓的技術競賽勢必愈演愈烈,力爭新一代鋰電池規格的話語權。

 

寧德時代自2020年下半年起供應鋰電池給特斯拉,用作生產在中國市場銷售的Model 3電動車。目前該公司已拿下中國電動車用電池市場5成份額。(圖片來源:寧德時代官網) 

 

Tesla能源業務超越賣車?

 

  研調機構Lux Research預測,及至2035年,全球儲能市場的年收入可望達至5,460億美元(約42,588億港元),相等於2019年590億美元(約4,602億港元)的9倍有多。市場增長動力主要來自電動車,估計到2035年電動車用電池將佔去整個市場的四分之三份額。

 

  不過,馬斯克在展望2021年時,卻預言其太陽能與儲能業務的成長速度將會超過電動車;又強調當太陽能變得比化石燃料更便宜時,全球超過一半國家與美國大多數州份的太陽能發電價格,將會等同或低於現有價格。

 

  縱使馬斯克的言論一向有「誇大」之嫌,但從中亦可看出他對能源業務前景真的很有信心。自2017年起,Tesla儲能產品的銷售已連續3年成長超過50%,業積爆發性絕對值得期待。且看未來一年,究竟是電動車抑或儲能系統可以成長為特斯克「生金蛋的鵝」?

 

千瓦時(kilo-Watt-hour,kWh)是電力公司向用戶輸送電力的計費單位,俗稱「1度電」,相當於一部功率為1,000瓦的電器在使用1小時後所消耗的能量。例如一顆20瓦特(20W)的電燈泡,亮著200小時之後,耗電量為4kWh(即4度電)。(圖片來源:機電工程署網站)

 

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