美國(guó)很多儲(chǔ)能廠商采用的卻是國(guó)外廠商的電池，例如特斯拉公司生產(chǎn)的電動(dòng)汽車和電池儲(chǔ)能系統(tǒng)主要使用的是日本電池廠商松下公司的電池。而當(dāng)儲(chǔ)能廠商Fluence公司或NextEra公司在集成和部署其大型電池儲(chǔ)能系統(tǒng)時(shí)，他們采用的是韓國(guó)LG-Chem或三星SDI等國(guó)外公司的電池。
美國(guó)大多數(shù)電池都來(lái)自海外廠商，特斯拉公司的Gigafactory電池工廠則是一個(gè)罕見的例外。
當(dāng)這些電池供應(yīng)商的電池產(chǎn)品供不應(yīng)求，并導(dǎo)致全球電池市場(chǎng)供應(yīng)緊張時(shí)，一些儲(chǔ)能廠商采用中國(guó)電池生產(chǎn)商的電池產(chǎn)品。
但是美國(guó)能源部近日提出了另一個(gè)構(gòu)想，即到2030年將構(gòu)建一個(gè)國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能生產(chǎn)和供應(yīng)鏈。這被稱為一個(gè)“巨大挑戰(zhàn)”，并承諾投資數(shù)百萬(wàn)美元和大量資源來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。
多年來(lái)，這些用于儲(chǔ)能技術(shù)的基礎(chǔ)研究、技術(shù)轉(zhuǎn)讓、勞動(dòng)力培訓(xùn)的資金一直是美國(guó)儲(chǔ)能行業(yè)的心愿。但是，對(duì)于儲(chǔ)能供應(yīng)鏈所需行業(yè)計(jì)劃的明確關(guān)注為其組合添加了新的元素。
具體而言，美國(guó)能源部希望到2030年構(gòu)建一個(gè)獨(dú)立于國(guó)外關(guān)鍵材料來(lái)源且安全可靠的國(guó)內(nèi)制造業(yè)供應(yīng)鏈。
全球貿(mào)易活動(dòng)使世界各國(guó)能夠獲得其他國(guó)家更多的商品，或者可以獲得價(jià)格更低的商品，這些商品通常上被認(rèn)為是有益的，但商品供應(yīng)依賴外國(guó)可能會(huì)帶來(lái)一些問題。
韓國(guó)為促進(jìn)儲(chǔ)能部署而提供補(bǔ)貼導(dǎo)致全球2018年電池供應(yīng)緊張，也對(duì)美國(guó)儲(chǔ)能項(xiàng)目部署帶來(lái)不利影響。而當(dāng)美國(guó)政府對(duì)一些國(guó)家的商品征收更高的關(guān)稅時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致商品價(jià)格上漲。
美國(guó)能源部制定儲(chǔ)能目標(biāo)
美國(guó)能源部主管科學(xué)事務(wù)的副部長(zhǎng)Paul Dabba在接受行業(yè)媒體采訪時(shí)解釋說(shuō)，對(duì)于儲(chǔ)能行業(yè)的支持主要有兩個(gè)目標(biāo)：國(guó)家安全(確保獲取關(guān)鍵材料)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展(確保相關(guān)工作崗位并創(chuàng)造價(jià)值)。
Dabbar說(shuō)，“但我們的目標(biāo)并不是將美國(guó)工業(yè)和制造行業(yè)與其他國(guó)家相隔離。例如石油和天然氣行業(yè)就與國(guó)外相關(guān)行業(yè)緊密地聯(lián)系在一起。”
雖然美國(guó)已經(jīng)成為凈出口國(guó)，但石油和天然氣貿(mào)易并沒有停止，而根據(jù)業(yè)務(wù)需求，美國(guó)將繼續(xù)在國(guó)際范圍內(nèi)進(jìn)口原油和精煉燃料。他表示，與其相反，希望美國(guó)避免在太陽(yáng)能制造領(lǐng)域中出現(xiàn)這種“錯(cuò)失的機(jī)會(huì)”。
他說(shuō)：“許多太陽(yáng)能電池板的生產(chǎn)都是在海外廠商完成的，但是很多創(chuàng)新是在美國(guó)完成的。”
美國(guó)能源部設(shè)定了儲(chǔ)能發(fā)展目標(biāo)，而要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，就需要擺脫對(duì)目前主導(dǎo)儲(chǔ)能行業(yè)的其他國(guó)家鋰離子電池產(chǎn)品的依賴。
取而代之的是，美國(guó)將在利用綠色環(huán)保技術(shù)方面加倍努力，而不是在生產(chǎn)商品上加倍努力。此外，美國(guó)能源部還可以支持利用當(dāng)?shù)乜捎觅Y源的新興技術(shù)。
很難評(píng)估美國(guó)政府是否有意愿執(zhí)行長(zhǎng)達(dá)10年的工業(yè)規(guī)劃議程，但是現(xiàn)有技術(shù)可能會(huì)在這個(gè)時(shí)間框架內(nèi)為美國(guó)本土儲(chǔ)能行業(yè)奠定制造基礎(chǔ)。
美國(guó)對(duì)鋰離子電池和全球貿(mào)易的依賴
確定當(dāng)今儲(chǔ)能行業(yè)的供應(yīng)鏈很容易。調(diào)研機(jī)構(gòu)Wood Mackenzie公司表示，美國(guó)2019年第三季度部署的儲(chǔ)能系統(tǒng)中99%以上是鋰離子電池儲(chǔ)能系統(tǒng)。
美國(guó)儲(chǔ)能廠商對(duì)這些儲(chǔ)能項(xiàng)目進(jìn)行了工程設(shè)計(jì)和部署，但其儲(chǔ)能系統(tǒng)的電池產(chǎn)品幾乎完全來(lái)自海外工廠。特斯拉公司是一個(gè)罕見的例外，因?yàn)樵摴静捎闷浜献骰锇樗上鹿镜募夹g(shù)在內(nèi)華達(dá)州的超級(jí)工廠(Gigafactory)生產(chǎn)電池。
要確保美國(guó)儲(chǔ)能系統(tǒng)供應(yīng)的安全，就需要擴(kuò)展本土生產(chǎn)能力，而為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，美國(guó)電池生產(chǎn)商仍然需要掌握原材料的供應(yīng)，并將其加工成工業(yè)原料。
Wood Mackenzie公司金屬和采礦咨詢主管James Whiteside表示，美國(guó)確實(shí)生產(chǎn)了一些金屬鋰，但相對(duì)較高的生產(chǎn)成本使產(chǎn)量保持較低水平。美國(guó)的鎳、錳、鈷供應(yīng)量很少，而這些金屬是鋰離子電池必需的原材料。
美國(guó)能源部的資助以及行業(yè)廠商的大量投資也無(wú)法改變這種供應(yīng)狀況。這為美國(guó)儲(chǔ)能系統(tǒng)獨(dú)立發(fā)展提供了一條主要途徑：其目的是開發(fā)不依賴于其他國(guó)家資源的替代儲(chǔ)能技術(shù)。
抽水蓄能的市場(chǎng)機(jī)會(huì)
鋰離子電池在儲(chǔ)能系統(tǒng)的主導(dǎo)地位并不會(huì)永遠(yuǎn)存在。其價(jià)格下降很大程度上歸功于其他行業(yè)的發(fā)展，例如消費(fèi)電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車，這些因素提高了制造規(guī)模，并降低了電池成本。
在某些指標(biāo)和應(yīng)用中，其他儲(chǔ)能技術(shù)可能會(huì)勝過(guò)鋰離子電池。由于這個(gè)原因，許多初創(chuàng)公司已經(jīng)推出了替代設(shè)計(jì)方案。許多企業(yè)已經(jīng)倒閉，而其他的企業(yè)仍在證明自己的競(jìng)爭(zhēng)力。
除了制造儲(chǔ)能設(shè)備之外，美國(guó)能源部專注于開發(fā)和利用一些綠色節(jié)能的技術(shù)。
盡管近年來(lái)對(duì)電池生產(chǎn)的熱情高漲，但真正的儲(chǔ)能技術(shù)依賴于建筑業(yè)而不是制造業(yè)。例如抽水蓄能技術(shù)仍然提供絕大多數(shù)的儲(chǔ)能容量。其面臨的問題是，由于環(huán)境影響的復(fù)雜性、場(chǎng)地有限性，以及在預(yù)算范圍內(nèi)建設(shè)大型儲(chǔ)能項(xiàng)目面臨一些困難，抽水蓄能設(shè)施的開發(fā)長(zhǎng)期以來(lái)一直停滯不前。
美國(guó)聯(lián)邦政府為加快抽水蓄能開發(fā)的步伐而付出的努力(重點(diǎn)不會(huì)破壞河流生態(tài)系統(tǒng)的下游水庫(kù))可能獲得回報(bào)。畢竟，現(xiàn)在這不是一個(gè)需要大量投資的行業(yè)。
Dabbar說(shuō)：“當(dāng)然還有改善抽水蓄能效率的方法。”他指出，這項(xiàng)技術(shù)已列入儲(chǔ)能重大挑戰(zhàn)清單。
與此類似，壓縮空氣儲(chǔ)能技術(shù)已被證明是一種可行的儲(chǔ)能技術(shù)，然而新的開發(fā)卻停滯了。幾家公司已嘗試對(duì)該技術(shù)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，但收效甚微，但仍有一些公司仍在堅(jiān)持開發(fā)。
加拿大初創(chuàng)儲(chǔ)能廠商Hydrostor公司已完成了一項(xiàng)儲(chǔ)能技術(shù)示范項(xiàng)目，該技術(shù)利用山洞或礦井中的水平衡壓力。而英國(guó)初創(chuàng)儲(chǔ)能廠商Highview Power公司采用液態(tài)空氣壓縮儲(chǔ)能技術(shù)。該公司在英國(guó)運(yùn)營(yíng)了兩個(gè)儲(chǔ)能項(xiàng)目，并在美國(guó)開發(fā)部署了一個(gè)儲(chǔ)能設(shè)施。
這兩家公司的儲(chǔ)能技術(shù)采用了發(fā)電廠、采礦和石油天然氣其他行業(yè)的設(shè)備，這樣可以最大限度地降低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。這使得這些概念非常適合完全實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。
美國(guó)在石油和天然氣鉆探方面擁有世界一流的專業(yè)技術(shù)，這種技術(shù)可以應(yīng)用于儲(chǔ)存清潔電力。
用于儲(chǔ)能系統(tǒng)的其他類型電池
另一類儲(chǔ)能初創(chuàng)廠商希望生產(chǎn)出完全避免采用金屬鋰的電池產(chǎn)品。與傳統(tǒng)的鋰離子電池相比，這些電池將采用更便宜、更豐富的生產(chǎn)材料。其中一些材料可以在美國(guó)本土采購(gòu)。
Whiteside說(shuō)，鋅電池將會(huì)脫穎而出。金屬鋅價(jià)格便宜，并且美國(guó)的產(chǎn)量在其全球名列前茅。阿拉斯加州Red Dog礦山開采的金屬鋅比世界上其他任何地方都多，而且生產(chǎn)成本很低。
還有一些企業(yè)一直都在開發(fā)和研究鋅電池。其中最重要的是，F(xiàn)luidic Energy公司開發(fā)了一種鋅空氣電池，并得到了美國(guó)能源部高級(jí)研究計(jì)劃局(ARPA-E)的資助。該公司表現(xiàn)出色，被億萬(wàn)富翁Patrick Soon-Shiong收購(gòu)，現(xiàn)在以NantEnergy公司運(yùn)營(yíng)。Fluidic Energy公司已經(jīng)在全球范圍內(nèi)安裝了3,000塊鋅電池，應(yīng)用在北卡羅來(lái)納州Great Smoky部署的微電網(wǎng)。
其他開發(fā)鋅電池的廠商還包括開發(fā)鋅混合陰極電池的Eos公司和加拿大電池廠商e-Zn公司，以及液流電池合資企業(yè)ViZn Energy公司。
Whiteside表示，還有一些液流電池制造商開發(fā)釩液流電池。美國(guó)可以獲得足夠的金屬釩，而釩是鈾礦開采和回收廢料的副產(chǎn)品。另外，初創(chuàng)儲(chǔ)能廠商ESS公司采用鐵作為電池的核心成分。
美國(guó)能源部認(rèn)為液流電池的電池材料可以在美國(guó)本土獲得。例如，馬薩諸塞州的初創(chuàng)廠商Form Energy公司開發(fā)的水系硫液流電池開發(fā)獲得了美國(guó)能源部高級(jí)能源研究計(jì)劃署(ARPA-E)的資助。
這些電池技術(shù)目前都沒有達(dá)到足以使其成為鋰離子電池競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的能力。但是，也確實(shí)為美國(guó)的儲(chǔ)能供應(yīng)鏈創(chuàng)造了一種在科學(xué)上可行的途徑。
技術(shù)發(fā)展表明，鋰離子電池已經(jīng)成為大規(guī)模生產(chǎn)的商品，但美國(guó)需要在儲(chǔ)能行業(yè)提高自給自足的程度，即使不會(huì)完全取代國(guó)外制造業(yè)，也需要培育美國(guó)儲(chǔ)能制造行業(yè)，并擴(kuò)展其儲(chǔ)能資源種類。
