Joe:「美國和中國未來要競爭的領域很多,航太、網路科技和電動車,都是重要的競賽項目。」
美中對抗近年愈趨激烈,各領域都互不相讓,美國總統Joe Biden甚至說,即便在電動車的生產上,美國也要提高產量、超越中國,根據統計,2020年電動車廠在中國賣出約130萬輛電動車,而美國僅32.8萬輛,Biden虛擬參觀電動巴士及電池製造工廠時表示,美國應提升電動車產量,以追趕、甚至超越中國,「我們有很多工作要做,我們應該成為世界上最重要的電動車供應者,現在,我們遠遠落後中國。」
Biden政府將花費1740億美元提升零碳排車輛的生產和銷售,以及擴展電動車充電站,當中包含1000億美元的消費者補貼、200億美元將至少20%校車電動化等,電動車製造商Proterra估算,美國在2025年生產的巴士會有50%為電動車。美國目前有超過47.5萬輛校車和6.5萬輛運輸巴士,絕大部分都是燃油車,Proterra是一家位於加州Burlingame的美國汽車和儲能公司,該公司設計和製造電動公車和充電系統,目前已提供美國數百輛的公共巴士。
Biden表示,所有美國製的巴士在2030年前,都將是零碳排的車輛,但目前還不確定這個目標是否能達成,中國正在發展清潔能源經濟,而且邁向碳中和的目標宏大,最近幾年,中國在能源領域已經具有相當大的優勢,能源專家擔心,中國發展新能源可能會像中東掌握石油一樣,到時候美國可能會因為資源而再次陷入外交糾纏的年代,美國在2010年代太陽能生產大戰中輸掉這場戰爭之後,中國向自己的面板生產投入數十億美元,現在前三大太陽能公司都是中國企業。隨著電池世代來臨,美國現在在製造電池方面也遠遠落後競爭對手。
美國政策雜誌《Politico》將電池比喻石油,表示電池將驅動即將到來的電動汽車浪潮,並使太陽能和風能更加可靠,這種優勢已經引發與數十年前中東在石油市場上的主導地位的比較,美國今天只有三家主要的電池工廠在營運,其中包括特斯拉在內華達州的超級工廠。根據分析公司Benchmark Mineral Intelligence數據,如果目前的趨勢繼續下去,到2030年美國電池工廠只增加到10個,包括南韓電池製造商SK Innovation計畫在喬治亞州造價26億美元的工廠,SK Innovation聲稱將創造2,600個工作機會。
美國的電池工廠數量微不足道,相比之下,到2030年,中國將有140家工廠,歐洲將有17家。但接下來,美國汽車製造商和電網對電池的需求將是天文數字,美國政府推動的電動車需求不算,光是私人企業,到2024年,美國市場將有200多種電動或混合動力汽車車款,電池也是電力公司的需求之冠,電力公司越來越仰賴類似的鋰離子電池來穩定電網。2025年之前將需要107GWh的固定電池穩定電網,足以驅動近270萬輛新的日產Leaf 電動汽車。分析師預計,從現在到2030年,美國需要再建至少20座電池廠才能滿足需求。
如果工廠的建造速度不夠快,汽車製造商將不得不推遲新車型的發布,導致Biden政府雄心勃勃的氣候和電動汽車目標難以實現。或者汽車製造商可以向海外尋找電池,首選目標就是中國,這也不是美國樂見的事,但是要興建電池工廠必須掌握礦業資源。為了為新的電池工廠做準備,美國立法者和工業界正在遊說,希望吸引關鍵金屬,例如鋰、鈷和所謂的稀土礦物質的開採和加工到美國本土,但是這些過程本身具有很大的污染風險。
代表礦業公司的組織已經表示,「電氣化的動力確實是建立在採礦業的基礎上。我們不應該讓中國人在這場比賽超越我們。我們需要重新利用這些機會,吸引美國資本。」
美國國務卿Blinken表示,「如果我們不趕上潮流,美國將失去以反映我們的利益和價值觀的方式塑造世界氣候未來的機會,並且我們將失去給美國人提供的無數工作。」
Biden政府的新能源雄心壯志喊得響亮,但實際推行上卻陷入兩難局面,若能源優勢為中國整碗端去,美國與中東幾十年來的糾纏故事將轉移陣地,且很難落幕。
https://technews.tw/2021/04/21/america-plan-to-battery-produce/
https://newtalk.tw/news/view/2021-04-21/566472
proterra公司 在 說說能源 Talk That Energy Facebook 的最佳解答
【電動車電池再利用】
#EV電池用來電網級儲能 #傳統車廠動起來
電動車(EV)內的鋰離子電池使用壽命約為八年,在電池失去20%的容量後就需進行更換,代表這些退役的EV電池仍有80%容量可以使用,若安裝於電網等級的儲能設備做循環利用,能降低相關產業的成本與碳排。雖然目前尚未獲得市場的大量關注,#但麥肯錫公司與麻省理工學院的新研究認為,隨著EV產業規模的擴充與新創公司的投入,這項應用是有經濟效益的。
▉主流車廠的目光
首先,MIT的研究表明,二次利用電池(second-life battery,以下簡稱二次電池)的商業化仍有些挑戰需要克服:技術面來看,從EV卸下的鋰離子電池若要重複使用,需進行大量測試和升級,以確保電池在新環境中的性能穩定;還需搭配經濟誘因,即穩定的電池供應、電池需求與資本,初生的二次電池市場才能取得成功。隨著EV市場規模擴大,主流車廠的電池研發部門也慢慢找到門路,例如:
1⃣通用汽車(GM)替新一代鋰離子動力電池組「Ultium」建立了循環供應鏈,將電池第二生命周期的應用納入Ultium電池組的設計裡。
2⃣日產汽車(Nissan)是2015年第一批在電網級儲能設備(連接電網的太陽能發電廠)中試用二次EV電池的車廠之一。過去電動車廠進行固定式儲能業務最知名的公司是Tesla,但其儲能設備使用的都是新電池,而非二次電池。
3⃣BMW也在2015年與太平洋瓦斯電力公司(PG&E)合作,進行18個月的供需測試,簡單來說,PG&E透過互連網向BMW送出將電網降載的信號,BMW會選擇若干EV停止充電,等降載結束,車輛再繼續充電。BMW也提供二次電池給PG&E做電網級太陽能的儲能利用。
4⃣德國的戴姆勒(Daimler AG)在2015年宣布,計劃在德國呂嫩市(Lunen)與一家回收公司共同建造13Mwh的二次電池存儲能裝置。戴姆勒的子公司Mercedes-Benz Energy去年則與中國最大EV製造商的北京電動汽車合作,興建了一個以退役EV電池建構的儲能系統。
5⃣美國電動卡車新創商Rivian與加州電動巴士製造商Proterra沒有直接涉足儲能,但從初始設計就讓EV電池易於報廢,使二次利用變得容易,也就是一種從源頭著手的循環經濟模式。
▉兩份報告的經濟效益研究
EV製造商並不是唯一關注二次電池的公司,越來越多的項目開發商(project developer)也開始利用二次電池的儲能功能來降低電網級儲能設備的成本。相較於早期用於家庭住宅等小型離網儲能設施,二次電池似乎已邁向一塊新大陸,準備用在連結電網的儲能系統上。
MIT研究員Ian Mathews 在《Applied Energy》期刊上發表的研究以及其他五位MIT同事得出的結論是:以電網級的太陽能備用儲能裝置,作為鋰離子電池第二生命週期的應用是有利潤的,由於角色並不吃重(備用),使用壽命可達十年或更長。
MIT的研究結果,是基於對一個「假想中」的2.5MW電網級太陽能電廠進行的嚴格模擬,假設該電場位於加州,考量下面三種情形:1. 只蓋電場、2.蓋電場 + 新電池做為儲能設備、3.蓋電場 + 以80%容量二次電池做為儲能設備。研究結果發現,若以新電池做為儲能設備(選項2)無法產生利潤,#可是若二次電池低於原始電池價格的60%,搭配良好的管理系統,二次電池與2.5MW太陽能項目的結合,就會是一項有利可圖的投資。
另一個來自麥肯錫公司的獨立研究則發現,到2020年代中期,#二次電池可比新電池減少30%到70%的成本;且到2030年,二次電池的年度供應量可望超過一億度,可滿足該年度全球儲能預測需求的一半。但麥肯錫和MIT的研究均指出,需解決若干技術面的挑戰,才能成功釋放二次電池的供應量,例如將不同型號EV的電池,統合到同一個儲存系統中,目前還有一些障礙要克服。
▉新創公司蓄勢待發
為了推動該領域的發展,總部位於加州的幾間新創公司RePurpose Energy、Smartville Energy和ReJoule分別從加州能源委員會電力投資計劃(EPIC)獲得200萬至300萬美元的補助,它們的使命是使EV電池能重複利用於低成本、永續的太陽能儲能系統中。
★RePurpose:快速體檢與安全性
這間誕生於加州大學戴維斯分校、由Jae Wan Park教授領導的新創,把重點放在準確、迅速地拆卸大部分由Nissan出產的EV電池,然後使用新的控制原件重新組裝。
根據RePurpose的計算,只要更換鋰電池組(battery)中退化最嚴重的電池芯(cell),二次電池可在電動車以外重複使用長達12年,但首先必須在系統中找到損壞的cell。RePurpose開發出可在約一分鐘內跑完檢測電池退化程度的方法,傳統的測試過程需要一整天。
另外,#安全性是影響投資二次電池產業的最大障礙之一。RePurpose開發了一種「非破壞性滅火系統」,可以偵測到即將發生故障的電池組,然後防止該電池過熱,過程不會損壞任何電子組件。減輕投資者的風險總是可以增加投資意願。
★Smartville:翻新不同型號電池的挑戰
Smartville不像RePurpose和產業的其他玩家一樣選擇加快電池測試過程,其專門設計的電源轉換器為保持電池系統的健康,反而放慢測試速度。由於電池的「健康檢查」需要在幾週內多次對電池進行充電放電,因此還可從測試過程獲得銷售電力服務的額外收入。此外,公司的控制原件與電力設計可以將來自不同車輛、不同品牌、不同型號的所有EV電池,連同電力耦合(power-coupling)格式全部整合到同一種模組設計中,再透過調節過程提高各別電池的均一化程度,因此解決EV電池組型號眾多的困境,這項技術對產業能否規模化而言非常重要。。
★ReJoule:從源頭下手
ReJoule採用一種技術,讓電池的第二生命在它仍於電動車中就已佈線。透過在新電池上安裝ReJoule的技術,可以優化電池系統的生命週期,使之壽命更長。一旦電池管理系統被植入電動車中,就可以即時(real-time)衡量電池的健康狀況,使電池從第一生命週期(EV)過渡到第二生命週期(儲能)的程序精簡許多,因為不需要額外的測試,也不需要將電池從EV中取出,再運送到特定的測試中心,測試完成後再將電池運輸到第二次使用的環境,過渡程序可以更順暢,達成產業的流線化。
因為電池所需礦物原料的開採、精煉,以及電池的模組化與製程,都需大量耗能,若能通過二次使用的電池緩解新電池的市場需求,就可以減排大量溫室氣體以及舒緩稀有礦產的需求。
▉資料來源
MIT報告(摘要):https://reurl.cc/1xV3q8
麥肯錫公司報告(摘要):https://reurl.cc/lVWgA9
新聞報導:https://reurl.cc/7X87mD、https://reurl.cc/pdNrAZ
圖片改自
Capgemini
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