制造鈉離子電池的創(chuàng)新公司——阿奎昂能源公司（Aquion Energy）在3月宣布該公司的電池已經(jīng)成功，首個工廠將在2013年投產(chǎn)。麻省理工學院教授唐納德·山德維（Donald Sadoway）的“液態(tài)金屬電池”公司（Liquid Metal Battery）也獲得了來自包括比爾·蓋茨等在內(nèi)的1500萬美元投資——這兩家新興公司都以突破性的、新一代電池技術為核心競爭力，并因在大規(guī)模電力儲能方面的應用潛力被普遍看好。
同時，以A123系統(tǒng)公司（A123 Systems，以下稱“A123”）為代表的一大批昔日的明星企業(yè)——鋰電池公司們，正在努力開發(fā)大規(guī)模電力儲能業(yè)務，希圖借此熬到電動車市場快速增長的美好未來。就在10月16日，A123公司宣布申請破產(chǎn)保護，江森自控（Johnson Controls）將收購其汽車電池業(yè)務，而A123繼續(xù)在電網(wǎng)和后備電力電池領域開展業(yè)務。
新能源領域的創(chuàng)新，需要的不僅在未來具有足夠潛力的新技術，還有資金注入、對市場的敏銳判斷以及工程制造上的充足經(jīng)驗。這幾個因素，通用電氣幾乎全部具備，它能否成為最先探出生路的先鋒，像摩西一樣帶領這批新型電池企業(yè)沖破電動交通領域的蕭條？
通用電氣位于紐約斯克內(nèi)克塔迪的、生產(chǎn)鈉鹽電池Durathon的工廠
先進電池制造商的新目標
從去年年底開始，美國政府努力打造的整個電動汽車電池產(chǎn)業(yè)都遭受挫折。曾得到奧巴馬政府2.5億美元貸款的明星公司A123剛剛申請破產(chǎn)保護，它一共籌集到將近10億美金，而目前資產(chǎn)4.598億美元，債務3.76億美元；另一家獲得1.2億美元基金的電池制造商恩那德爾公司（EnerDel）的母公司恩那1號（Ener1）進入了破產(chǎn)保護期。
電動和混合動力車的銷售欠佳，導致在電池這塊并不大的市場中，卻有太多的競爭者，產(chǎn)能和市場需求相比嚴重過剩。這有點像一個難以突破的惡性循環(huán)：電動車市場發(fā)展緩慢的很大一部分原因是因為價格過高，而其高價的主要原因在于昂貴的電池——成本至少是1萬美元；但另一方面，市場需求量不夠的話，電池的產(chǎn)能就上不去，電池的成本自然就降不下來。而且，這樣的情況在短期內(nèi)不會有實質(zhì)性好轉(zhuǎn)，“由于美國政府的投入，全球電池生產(chǎn)能力至少到2015年都會超過實際需求。”德意志銀行的分析師丹恩·噶爾維斯（Dan Galves）說。
在這樣的背景下，制造業(yè)巨頭通用電氣為他們的新電池——鈉鹽電池Durathon定制的市場路線便顯得更為正確——為電信行業(yè)提供備用電源，以及公共電力的電網(wǎng)級應用，雖然通用電氣研發(fā)Durathon的初衷和A123們一樣，是為了將之應用于混合動力交通。
2001年，通用電氣運輸部門接到一項任務：讓柴油動力火車頭的能效更高，如回收剎車時的熱能，以及減少排放。在研究了鎳氫電池、鋰電池、鉛酸電池等當時較為成熟的電池技術后，通用電氣的科學家團隊將目光鎖定在了鈉金屬鹵化物電池技術。隨著研發(fā)的日趨成熟，通用電氣卻敏銳地發(fā)現(xiàn)電池應用于混合動力交通的時機并不成熟，他們必須另尋出路。由于該電池的能量性非常突出，其市場最終被確定在了能源領域——這是通用電氣之前從未涉及的領域。當2009年5月，通用電氣董事長兼首席執(zhí)行官杰夫·伊梅爾特（Jeffrey Immelt）宣布通用電氣將建立新的電池業(yè)務時，說，“我們不僅僅是發(fā)明了一種新電池，更是創(chuàng)造了一項新業(yè)務”。
很快，掙扎中的電池廠商們也意識到必須開拓交通之外的新業(yè)務，增加產(chǎn)能、降低成本、度過瓶頸，熬到電動車市場繁榮的未來。A123公司今年6月宣布其最新技術可讓鋰電池在更高和更低溫度下正常作業(yè)，非常適于用于微電網(wǎng)和通訊備用電源。
作為全世界最大力推動電動和混合動力交通的兩個國家之一，中國的電池制造商也面臨和美國企業(yè)同樣的情況，轉(zhuǎn)型自然不落人后。比亞迪已經(jīng)在去年11月和中國南方電網(wǎng)攜手完成了中國最大、同時也是中國第一座兆瓦級的鐵電池儲能電站的建設以及并網(wǎng)工作。
如果說鐵電池、鋰電池制造商們是為了求生而不得不另辟自留地，通用電氣是及時懸崖勒馬、棄暗投明；那些一開始就明確瞄準儲能市場的新興電池制造商則是志在必得，比如阿奎昂能源公司和液態(tài)金屬電池公司。
成立于2007年的阿奎昂能源公司以獨創(chuàng)的鈉離子電池技術而獲得了巨額的投資。杰伊·惠特克（Jay Whitacre）是卡內(nèi)基-梅隆大學（Carnegie Mellon University）材料科學與工程教授，他開發(fā)了阿奎昂公司的技術，并創(chuàng)辦了這家公司，他說，“我們希望自己新穎的電池技術可以讓全球14億沒有通電的人用上電，而且無需接通電網(wǎng)。”
去年，比爾·蓋茨在其一篇名為“我們需要一個電池奇跡”的博客中如此評價山德維創(chuàng)辦的“液態(tài)金屬電池”公司——“在過去150多年的時間里，利用風與太陽獲取能量的技術已經(jīng)取得了長足發(fā)展，但是沒有一個技術能將這樣的能量存儲起來。值得欣慰的是，（液態(tài)金屬電池）將極大的提升電池的效率并提供大規(guī)模的電力存儲方案。”
唐納德·山德維教授和材料加工中心研究聯(lián)盟的大衛(wèi)·布拉德韋爾在實驗室里觀察一塊小型測試電池。電池內(nèi)部中心是一塊高度絕緣的金屬圓筒，它可以將電池加熱到700℃（攝影：Patrick Gillooly）
工業(yè)儲能領域的機會
通信電源領域到目前為止都是閥控密封式鉛酸蓄電池的主要市場之一，市場占有率達到90%以上，主要用于通信基站和中心機房的后備電源，總的采購金額約占電信固定資產(chǎn)投資的2%~3%。這塊市場不僅已經(jīng)非常成熟，并且近幾年移動互聯(lián)網(wǎng)的興起讓通信行業(yè)再次迎來激增，這自然會帶動電池需求的快速增長。據(jù)比亞迪估計，其價值大約為100億美元，該公司已經(jīng)與中國三大通信商都簽訂了戰(zhàn)略協(xié)議。
而新一代電池技術在能量功效、環(huán)境安全、循環(huán)壽命、體積等性能上都遠遠超過傳統(tǒng)的鉛酸電池。以通用電氣的鈉鹽電池Durathon為例，它以對環(huán)境友好的鹽和鎳為主要原材料，比會產(chǎn)生二次污染的鉛酸電池環(huán)保得多。鉛酸電池單位重量的能量密度很低，只有30瓦時/公斤，而鈉鹽電池為120瓦時/公斤，鋰電池大致是80~90瓦時/公斤。循環(huán)使用壽命是考量指標電池的重要指標之一，這也是為何鉛酸電池雖便宜，但到目前為止也無法用于電力并網(wǎng)的原因——頻繁地深度放電會損害它們的性能，在某些應用環(huán)境中，鉛酸電池可能僅維持6個月。而通用電氣官方數(shù)據(jù)表示Durathon電池至少可以深度放電3500次，每日充放電的情況下可以使用10年，循環(huán)使用壽命幾乎比鉛酸電池長了10倍。更重要的是，在-20℃至60℃的使用環(huán)境下，Durathon電池的性能都不受影響，光這一點就讓傳統(tǒng)鉛酸電池難以望其項背。
但鉛酸電池的優(yōu)勢在于其低廉的價格。目前，鋰離子電池的價格大致是600美元/千瓦時；Durathon電池到2015年可能會實現(xiàn)500美元/千瓦時的價格。但通用電氣全球研發(fā)中心儲能研發(fā)平臺負責人菲爾德·格蘭（Merfeld Glen）認為，Durathon電池具有循環(huán)壽命更長、能量密度更高、不需要空調(diào)可以減少燃料等優(yōu)勢，從長遠來看，Durathon電池更具經(jīng)濟效益。且加之全球環(huán)保政策的日趨嚴格，鉛酸電池不具長遠發(fā)展的未來。
另一個讓這些電池企業(yè)垂涎的市場是公共電力的儲能應用。隨著清潔能源、智能電網(wǎng)以及解決第三世界國家用電需求的興起，電力并網(wǎng)、離網(wǎng)電力、電網(wǎng)調(diào)峰等的應用要求越來越凸顯。
電力并網(wǎng)是指將清潔能源，如風電、太陽能產(chǎn)生的間隙性、波動性電力，添加到大電網(wǎng)中，從而廣泛整合各種資源的電力，以保證電力供應的穩(wěn)定性。電力公司使用存儲的能量，滿足使用高峰期間的電力需求的做法稱為電網(wǎng)調(diào)峰，有助于保持電網(wǎng)的可靠性和效率，并降低電價。這些應用需要幾十到幾百千兆瓦時的儲存值。歐洲儲能協(xié)會（EASE）副會長杰里斯·瑞德斯戈爾德（Jillis Raadschelders）在去年表示，到2030年，儲能市場的規(guī)模累計將達5000億歐元。
當今最常見的電網(wǎng)存儲技術是抽水蓄電，占近90%的公用電力儲能。然而，這受到地質(zhì)和空間的限制，而且抽水蓄電系統(tǒng)需要多年時間，花費數(shù)百萬美元才能建成。近幾年，電力公司開始考慮電池，因為它們幾個月就可以交付，而且在理論上可以放置在任何地方。
但目前為止，并沒有現(xiàn)成的電池可以較好地滿足所有電網(wǎng)級儲能的要求，因為電力機構(gòu)需要的是廉價且持久耐用的方法，而現(xiàn)有電池的成本效益都遠遠高于抽水蓄電。哈雷西·卡瑪斯（Haresh Kamath）是電力研究院（Electric Power Research Institute）能量儲存項目經(jīng)理，他說，“有一些電力公司目前開始使用鉛酸電池和鈉硫電池，用于電網(wǎng)存儲。鉛酸電池便宜，但只有500至1000個循環(huán)，算下來，價格還是太貴；而鈉硫電池則很昂貴，每千瓦時達1000美元。”
離網(wǎng)電力（或稱“微電網(wǎng)”）則是解決像印度這類第三世界國家、還未通電地區(qū)用電需求的最佳手段。這些偏遠地區(qū)大多使用柴油發(fā)電機供電，但是，石油價格高，太陽能電池板價格低，因此，某些情況下，安裝太陽能更便宜。為了存儲白天發(fā)的電供夜間使用，這些社區(qū)就需要電池系統(tǒng)。而此類電池系統(tǒng)要能夠處理任何級別的用電，從幾十千瓦時到幾兆瓦時。
這些便是通用電氣為其鈉鹽電池尋找到的“未被滿足的市場需求”，“隨著時間的推移，電力成本將下降，因為通用電氣的新電池即將賦予電力部門同時使用多種不同技術的能力”，其CEO伊梅爾特在工廠的開幕式上說。通用電氣認為自己的電池非常適合被用于微電網(wǎng)或小電網(wǎng)，支持其脫離主干電網(wǎng)運作并提供電網(wǎng)質(zhì)量的電力。
當然，發(fā)現(xiàn)這個空白需求的不止他們一家。阿奎昂能源的電池設計同樣是為了此類電網(wǎng)應用，其創(chuàng)始人惠特克說，“我們的電池已被證明非常適合離網(wǎng)太陽能和風能支持，也適合調(diào)峰，雖然這是兩種非常不同的應用。”Khosla Ventures的一位投資人認為，大規(guī)模的電力存儲技術將是未來電網(wǎng)基礎設施最為關鍵的一部分，先進電池技術可以充分滿足這個需求，所以，該公司和比爾·蓋茨一起投資了“液態(tài)金屬電池”公司。
盡管電池制造商們大舉進入儲能領域的號角剛剛吹響，但與市場發(fā)育不完善、客戶單一的電動車市場相比，工業(yè)電力儲能的前景還是給了他們信心。伊梅爾特說：“我們預計這項新業(yè)務（指能源儲存業(yè)務）將能在幾年后產(chǎn)生10億美元的年收入。我們會繼續(xù)將這項電池技術的運用范圍從電信擴展到新的領域，如電力并網(wǎng)、不間斷能源的應用和動力產(chǎn)業(yè)。”
通用電氣全球研發(fā)中心儲能研發(fā)平臺負責人菲爾德·格蘭
利用時間差
鈉鹽電池技術是一項起源于1980年代的技術。當時正處石油危機，鈉金屬鹵化物電池被寄望代替化石能源使用于交通工具；但后來石油價格大跌，還沒等這項技術足夠成熟，全世界就失去了尋找代替品的的興趣。通用電氣在本世紀初再次拾起這項技術，并最終在2007年收購了英國公司Beta R&D，這家公司在1980年代率先開發(fā)出了鹵化鈉電池。“我們的實驗室通過仔細研究材料和對電池的設計進行了精細調(diào)整，改進了這個技術。”通用電氣能源儲存業(yè)務的技術領導者山卓·霍勒（Sandor Hollo）說。
鈉鹽電池以容易得到的鹽和鎳為主要原材料，和鋰離子電池相比，更具成本優(yōu)勢。同時，得益于通用電氣在電力電子管理上積累的成熟經(jīng)驗，Durathon電池獨特的智能電池管理系統(tǒng)讓其在復雜環(huán)境下也能呈現(xiàn)出穩(wěn)定的表現(xiàn)性。再加之，作為制造業(yè)巨頭，通用電氣在設計先進的制造流程上經(jīng)驗充分。伊梅爾特說，“雖然其成分很簡單，但從設計和科學的角度來看，非常先進。這項新電池技術包含了30項專利。”2011年秋，工廠開建；今年7月，在該工廠正式投入商業(yè)化量產(chǎn)的同時，通用電氣又追加了7000萬美元投資，至此，已經(jīng)投入了1.7億美元在該工廠；加之研發(fā)階段投入的1.5億美元，Durathon電池項目歷時10年、耗費巨資，足以證明通用電氣對Durathon電池的野心。
盡管頗具潛力，但阿奎昂能量和液態(tài)金屬電池公司離商業(yè)化量產(chǎn)都還有相當?shù)鼐嚯x；并且，他們能否克服工程制造上的生疏，順利實現(xiàn)從實驗室研發(fā)到大規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)化還是未知。A123公司的電池雖然早開始量產(chǎn)，但鑒于他們今年3月出現(xiàn)的“電池召回事件”以及剛剛破產(chǎn)——對如何開展電網(wǎng)和后備電力業(yè)務，他們還一無所知——其在對市場的敏銳判斷、成熟的制造經(jīng)驗上還有相當長一段路要走。
與之相比，通用電氣的Durathon電池已經(jīng)度過了這些階段。單從時間點上來說，它已經(jīng)領先了對手許多。這個時間差是否足夠Durathon電池在目標市場攻城略地？
Megatron Federal公司向通用電氣購買的6000塊電池將于2013年交付，它們將被裝備在尼日利亞的一些電信發(fā)射塔上配合柴油發(fā)電機組使用。“柴油發(fā)電機單獨使用時，能效并不高，所以，通常都需要安裝多于實際使用量的柴油發(fā)電機組，而配合電池使用則可以使柴油發(fā)電機以最高的效率運行，可以節(jié)約20%~50%的燃料，從而更加經(jīng)濟和環(huán)保節(jié)。”格蘭如此解釋第一批電池的作用。“你在燃料上節(jié)約了53%，維修費上節(jié)約了45%，可節(jié)省60%的柴油發(fā)電機組更換費用”，Megatron Federal的電信部門經(jīng)理布蘭登·哈克斯（Brandon Harcus）說，“我們在尼日利亞的應用，節(jié)約的成本是巨大的，每個電話塔使用20年，大約節(jié)省130萬美元。你使用的燃料少得多、產(chǎn)生的二氧化碳也少得多。”
但這樣的使用模式以及效果目前依然只是估算，并且，是否具有可復制性，還有待考證。
通用電氣的鈉鹽電池Durathon
最重要的是，不管是通信行業(yè)電源，還是電網(wǎng)級應用，其使用成本才是關鍵決定因素。“電信、電力企業(yè)并不是真的對價格敏感度低，相反，這是競爭非常激烈的市場，這塊市場的客戶的注意力集中在運營成本的改善。”通用電氣的發(fā)言人說。
阿奎恩能源預計自己生產(chǎn)的電池的價格可以達到每千瓦時300美元以下，遠低于目前鋰離子電池的價格；并且，宣稱其電池可充電5000次。約翰·米勒（John Miller）是電化學電容器專家，也是咨詢公司JME公司總裁，他說，阿奎恩公司的電池可能是最便宜的，“阿奎恩公司的技術正在到達抽蓄電的成本范圍，這非常有希望用于電網(wǎng)存儲。”但阿奎恩公司的創(chuàng)始人惠特克認為，要真正用于并網(wǎng)，價格還需要降低——必須降到200美元/千瓦時，生產(chǎn)能力達到千兆瓦的規(guī)模，“我們離這個目標還很遠。”
不管是300美元/千瓦時、還是200美元/千瓦時的價格，都遠遠低于Durathon電池的預估價格——據(jù)通用電氣稱，待到2015年，其工廠年產(chǎn)量達到1千兆瓦時，其電池的價格約為500美元/千瓦時。對于這個巨大的價格差異，格蘭解釋說，“我們的成本是系統(tǒng)整體方案的價格，而不是單獨的電池的價格。”至于阿奎恩電池的5000次循環(huán)壽命，格蘭認為，“實驗室的測試情況和實際使用條件往往差別巨大，無法直接成正比，一般來說，都會選擇最適合電池運行的環(huán)境做測試，但如果放到復雜環(huán)境、極低或者極高溫度下，你會發(fā)現(xiàn)結(jié)果有天壤之別。而Durathon電池的優(yōu)勢在于：我們一開始就是為了對應復雜工作環(huán)境、大溫差環(huán)境而設計電池的，所以，我們給出數(shù)值非常接近在真實應用中的情況”。
任何一項新技術都必須面臨的挑戰(zhàn)是：如何向客戶證明自己是成熟、可靠的技術。
“這些技術還處于非常早期階段的技術，我們不知道它能做什么，” 卡瑪斯說，“原則上說，它們看起來非常有前途，所以這個行業(yè)有很多人對此感到興奮，但是，這些承諾是否能兌現(xiàn)，還有待觀察。”只有真槍實彈的電網(wǎng)級測試才能向這些電力公司證明其價值。阿奎恩能源在去年就將自己的一個1000伏的模塊會運送到荷蘭電工材料協(xié)會（KEMA）進行電網(wǎng)級的測試。通用電氣也將在今年的第四季度部署他們第一個兆瓦級電池儲能系統(tǒng)。
雖然德奇證券（Wunderlich Securities）分析師西奧多·奧尼爾（Theodore O’Neill）認為，電網(wǎng)的電池業(yè)務迄今只是一些一次性的示范項目，屬于不可重復的業(yè)務，“其需求不會形成這么大的規(guī)模，滿足公司現(xiàn)已建成的規(guī)模。”對此，通用電氣的觀點是，“這是一塊新興的市場，我們認為它已經(jīng)通過了技術論證階段。監(jiān)管變化和技術發(fā)展（性能更優(yōu)越、成本更低廉）的結(jié)合能讓電池儲能系統(tǒng)帶來具有吸引力的投資回報。”
但至少有一點，是其他公司所不具備——客戶需要與上游公司綁定多年，以履行零件的保修義務，像A123這樣的公司，其不穩(wěn)定的財務和表現(xiàn)可能會嚇跑他們；但通用電氣的巨大的體量和成熟的制造經(jīng)驗是給客戶的定心丸。
并且，通用電氣能為客戶提供的是包括先進電池在內(nèi)的能源儲存整體解決方案。“在公共電力領域，我們能提供基于經(jīng)過驗證的部件的整套集成系統(tǒng)。通用電氣在這個領域內(nèi)已有的、各種活躍的商業(yè)合作都表現(xiàn)出了深厚的行業(yè)知識。”通用電氣的發(fā)言人稱。沒錯，他們不僅僅是賣電池的——這可能是其競爭對手最難以超越的一點。
