電池對(duì)于手機(jī)，屬于有他沒(méi)他都能過(guò)年的那種。但對(duì)于電動(dòng)車(chē)和光伏，卻是致命的約束，根本繞不過(guò)去的那一種?？梢哉f(shuō)，對(duì)電池的焦慮，落后的電池技術(shù)對(duì)各種前沿應(yīng)用的制約，是新能源革命最大的障礙。

電池技術(shù)進(jìn)步到什么程度，新能源革命就推進(jìn)到哪一步，一通百通，是未來(lái)新能源革命的第一推動(dòng)力。

01

為什么一定是固態(tài)電池?

電動(dòng)車(chē)要實(shí)現(xiàn)對(duì)燃油車(chē)的取代，從根本上要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)突破，第一個(gè)是擺脫對(duì)補(bǔ)貼的依賴(lài)，第二個(gè)是從經(jīng)濟(jì)性上追平燃油車(chē)。

中國(guó)對(duì)新能源汽車(chē)的補(bǔ)貼預(yù)計(jì)在最近兩年就會(huì)退出，目前看上半場(chǎng)戰(zhàn)役已經(jīng)結(jié)束，在特斯拉(NASDAQ:TSLA)的帶領(lǐng)下，各大廠商基本做好了斷奶的準(zhǔn)備。

下半場(chǎng)核心的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題就浮出水面，那就是制約電動(dòng)車(chē)吊打燃油車(chē)的里程焦慮。而這個(gè)問(wèn)題，歸根結(jié)底出在電池上。

我們以當(dāng)前市場(chǎng)主流的兩款電動(dòng)車(chē)為例，看看問(wèn)題出在哪。

這是兩款今年上市的新車(chē)，一款是國(guó)內(nèi)的電動(dòng)車(chē)龍頭，比亞迪的漢EV，另一款是世界電動(dòng)車(chē)龍頭，特斯拉的model 3。

首先給大家普及幾個(gè)大體的概念。我們知道，一般家用的乘用車(chē)，通常油箱容量在55L左右，按照百公里8L的耗油量，大概可以跑600公里出頭。電動(dòng)車(chē)廠商為了實(shí)現(xiàn)對(duì)燃油車(chē)的無(wú)縫替代，基礎(chǔ)目標(biāo)也是充一次電，跑600公里。

為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)600公里的續(xù)航里程，電動(dòng)車(chē)廠商就必須在電池上下功夫。

理論上你可以堆足夠多的電池來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，但我們知道，電池本身也有重量，而且還不輕，所以廠商就必須要在長(zhǎng)里程、車(chē)重以及電池效率之間找一個(gè)平衡。這個(gè)平衡點(diǎn)，就是我們說(shuō)的電池成組效率。

這是一個(gè)典型的動(dòng)力電池系統(tǒng)的構(gòu)成圖?？梢园l(fā)現(xiàn)，電池片模塊(也就是我們常說(shuō)的電芯)只占其中的一部分，除此之外，還有各種雜七雜八的配件，比如冷卻系統(tǒng)、絕緣層、接線盒、連接端子等等。

電池系統(tǒng)容量的核心是電芯，電芯的能量密度由wh/kg來(lái)衡量，就是每公斤的電芯，能夠產(chǎn)生多大功率的能量，kwh是我們?nèi)粘Ｕf(shuō)的度電，那么單體電芯能量密度170wh/kg代表的意義就是，每公斤的電芯，可以產(chǎn)生0.17度的能量。

我們用電池系統(tǒng)能量密度來(lái)衡量一輛電動(dòng)車(chē)實(shí)際的能源效率。電池系統(tǒng)除了電芯之外，內(nèi)部包含的這些電池管理系統(tǒng)，熱管理系統(tǒng)，高低壓回路等占據(jù)了電池系統(tǒng)的部分重量和內(nèi)部空間，所以電池系統(tǒng)的能量密度都比單體電芯能量密度低。

電池系統(tǒng)能量密度與單體電芯能量密度的比值就是電池成組效率，是衡量一個(gè)電池系統(tǒng)效率的核心指標(biāo)。

比如我們上面的這兩款車(chē)：

比亞迪的漢EV，電芯能量密度是170wh/kg，組成電池組之后電池的系統(tǒng)能量密度就降到了140wh/kg，成組效率為82.53%;特斯拉最新的model 3 長(zhǎng)續(xù)航版，電芯采用松下的21700電池，電芯能量密度比比亞迪漢EV采用的磷酸鐵鋰刀片電池近乎高一倍。

但特斯拉選擇的這種三元鋰電池，相對(duì)比亞迪的刀片電池，更容易發(fā)熱，需要更多的散熱設(shè)備，電池管理系統(tǒng)也更復(fù)雜，因此組合起來(lái)的電池系統(tǒng)能量密度快速降到161wh/kg，成組效率只有53.67%。

這兩款車(chē)型，代表了當(dāng)前電動(dòng)車(chē)的主流配置，主要指標(biāo)很接近。

他們的續(xù)航里程都在600公里以上，總功率大約在77kwh，也就是77度電，電池系統(tǒng)都很重，比亞迪漢EV549kg，半噸多，特斯拉model 3 長(zhǎng)續(xù)航版477kg，基本占到全車(chē)重量的四分之一。無(wú)論從節(jié)能還是從挖潛的角度出發(fā)，電池技術(shù)都必須要有大的革新。

那么動(dòng)力電池技術(shù)需要做到多大的改進(jìn)，才能真正踏上替代燃油車(chē)的門(mén)檻呢?

目前市場(chǎng)公認(rèn)的答案是，現(xiàn)有電動(dòng)車(chē)的電池系統(tǒng)能量密度翻一倍半，從普遍的160wh/kg，到400wh/kg，才是電動(dòng)車(chē)徹底取代燃油車(chē)的開(kāi)始。這個(gè)指標(biāo)意味著600km的續(xù)航，80度電，總重大約200kg?，F(xiàn)在這個(gè)重量大約是450-550kg之間。

400wh/kg，是一個(gè)非常剛性的指標(biāo)。一個(gè)產(chǎn)品最終推廣開(kāi)來(lái)必須要做到適者生存，核心就是成本，講再多的理想和未來(lái)，也比不過(guò)現(xiàn)實(shí)的便宜真香，電動(dòng)車(chē)如果邁不過(guò)性?xún)r(jià)比經(jīng)濟(jì)性這條線，就永遠(yuǎn)只能是個(gè)小眾的玩具。

如果奔著400wh/kg這個(gè)指標(biāo)去，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在的動(dòng)力電池市場(chǎng)，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)談不上競(jìng)爭(zhēng)格局已經(jīng)清晰，大家基本都在同一個(gè)起跑線上。

上圖是我們從光大的報(bào)告《固態(tài)電池：搶占下一代鋰電技術(shù)制高點(diǎn)》中截取的圖，勾勒了現(xiàn)在的電池技術(shù)發(fā)展路徑。

不管你是哪種方案，理論的最高能量密度就是天塹，天資如此，你再努力也沒(méi)用。

我們當(dāng)下主流的電池，無(wú)論是磷酸鐵鋰電池，還是三元鋰離子電池，都是液態(tài)電解液的鋰離子電池，理論的最高能量密度就是350wh/kg，如果再加上各種電池管理系統(tǒng)，能夠做到全系統(tǒng)300wh/kg，基本上就是極限。

這就好比你把弓箭做到了極致，最后面對(duì)火槍還是被秒殺，無(wú)他，這是代際的碾壓。

故而，最終要解決電池的能量密度問(wèn)題，消滅里程焦慮，最后的方案一定是固態(tài)電池。

固態(tài)電池，大家都還在研發(fā)的路上。那么我們能實(shí)現(xiàn)這個(gè)指標(biāo)么?

能。恩格斯說(shuō)過(guò)，“社會(huì)一旦有技術(shù)上的需要，則這種需要就會(huì)比十所大學(xué)更能把科學(xué)推向前進(jìn)”。需求是最好的動(dòng)力。電動(dòng)車(chē)相比燃油車(chē)，有更大的空間和潛力。

我們看電池領(lǐng)域，過(guò)去10年發(fā)生了什么。

根據(jù)BloombergNEF的數(shù)據(jù)，在過(guò)去的10年里，電芯的能量密度基本提高了兩倍。這也說(shuō)明了，在強(qiáng)大的需求推動(dòng)下，產(chǎn)業(yè)界的進(jìn)步有多快。

數(shù)月前，特斯拉將model 3的入門(mén)版從29.18萬(wàn)元一下降到了24.99萬(wàn)元，降了4萬(wàn)還多。我們看好電動(dòng)車(chē)取代燃油車(chē)的過(guò)程，但是這款入門(mén)車(chē)型采用的是寧德時(shí)代的磷酸鐵鋰電池，電池系統(tǒng)能量密度不會(huì)比比亞迪的刀片電池好多少，也就是140-160wh/kg左右。

相對(duì)于原來(lái)降價(jià)前產(chǎn)品的三元鋰電池配置，model 3的電池安全性略有提升，但系統(tǒng)能量密度還有所下降，對(duì)現(xiàn)有的這些電動(dòng)車(chē)廠商比亞迪、小鵬等等有沖擊，也會(huì)下探到傳統(tǒng)的B級(jí)車(chē)帕薩特、雅閣、凱美瑞的市場(chǎng)，對(duì)他們產(chǎn)生一定的壓制左右。

但總體來(lái)說(shuō)，如果電池系統(tǒng)的能量密度沒(méi)有大的提升，不能突破400wh/kg這個(gè)門(mén)檻，還都屬于戰(zhàn)術(shù)性的改進(jìn)，格局上不會(huì)有太大的變化。

02

光伏的第二約束

我們知道，光伏這個(gè)行業(yè)遵循摩爾定律，每年的發(fā)電成本都會(huì)成比例下降。2020年已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了平價(jià)上網(wǎng)，也就是價(jià)格跟煤電打平，后續(xù)發(fā)電成本還會(huì)繼續(xù)下降，最后極限就是能源價(jià)格接近為零。

用“傻瓜扯扯淡”的說(shuō)法，光伏要想實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)能源的平推，要突破兩個(gè)限制：一個(gè)是擺脫補(bǔ)貼約束，這一個(gè)伴隨著平價(jià)上網(wǎng)，已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)，第二個(gè)是擺脫并網(wǎng)約束，這個(gè)是將來(lái)要實(shí)現(xiàn)的。

光伏作為一種新的能源形式，優(yōu)點(diǎn)肉眼可見(jiàn)，節(jié)能環(huán)保資源可再生，取之不竭用之不盡，所以一開(kāi)始各個(gè)國(guó)家都給了大量的補(bǔ)貼，但這種補(bǔ)貼不是長(zhǎng)遠(yuǎn)之計(jì)。

羊毛出在羊身上，新能源的成本還是需要全社會(huì)來(lái)承擔(dān)，如果不能擺脫這種補(bǔ)貼的約束，光伏只能作為一種時(shí)尚，偶爾出現(xiàn)在政績(jī)報(bào)告上，作為一種點(diǎn)綴。

要想擺脫補(bǔ)貼，光伏的價(jià)格必須下降到足以與傳統(tǒng)能源競(jìng)爭(zhēng)。隨著中國(guó)制造在光伏技術(shù)上的快速迭代，成本下降很快，終于到2020年，成本已經(jīng)接近煤電，可以甩掉補(bǔ)貼直接上網(wǎng)了。第一個(gè)約束就這么解決了。

但是如果第二個(gè)約束，也就是并網(wǎng)約束不能突破，光伏的推廣還是要被限制在一定范圍內(nèi)。為什么呢?這是由光伏發(fā)電的特點(diǎn)決定的。

上面這張圖就是著名的鴨子曲線，圖上標(biāo)出了美國(guó)加利福尼亞州每年3月31日這一天的用電凈負(fù)荷。加利福利亞我們知道，陽(yáng)光明媚，風(fēng)景秀麗，光照時(shí)間長(zhǎng)，特別適合光伏發(fā)電，加上又是硅谷所在地，對(duì)新能源的接受程度高，光伏發(fā)電的占比接近30%。

一天里，中午光照最強(qiáng)，但是用電卻不多，所以電網(wǎng)負(fù)荷最低，而到了晚上，光伏歇菜，用電量卻飆升，電網(wǎng)負(fù)荷也快速躍升，就出現(xiàn)了圖中這根長(zhǎng)長(zhǎng)的鴨頸。

由于中國(guó)的加入，太陽(yáng)能組件的價(jià)格逐年下降，加州光伏發(fā)電的占比也越來(lái)越高，從2012年以來(lái)，中間用電凈負(fù)荷的這個(gè)鴨肚腩也越來(lái)越大，整體像一只鴨子，所以叫鴨子曲線。

這條曲線反應(yīng)了光伏發(fā)電面臨的第二個(gè)約束，并網(wǎng)發(fā)電。光伏發(fā)電畢竟受自然條件約束，白天有太陽(yáng)，發(fā)電就多，晚上就停擺，但我們用電卻反過(guò)來(lái)，白天少，晚上多。

要解決這個(gè)問(wèn)題，現(xiàn)在我們采取的是煤電或者天然氣發(fā)電調(diào)峰的方式來(lái)補(bǔ)償。白天的時(shí)候這些調(diào)峰機(jī)組停機(jī)，晚上的時(shí)候才開(kāi)機(jī)。

這就涉及到一個(gè)電網(wǎng)消納比例的問(wèn)題，整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)，光伏發(fā)電的占比有一個(gè)極限，這個(gè)上限基本上在30%-40%左右，具體取決于電網(wǎng)的調(diào)峰水平和日常的光照條件。

那么我們能完全突破這個(gè)約束么?能。

這個(gè)圖來(lái)自于興業(yè)證券電力設(shè)備研究員朱玥的報(bào)告：《成長(zhǎng)鋒芒，中國(guó)力量》。光伏發(fā)電要想突破這個(gè)30%-40%的上限，就需要配置儲(chǔ)能設(shè)施，在中午發(fā)電高峰期把電力儲(chǔ)存起來(lái)，到晚上用電高峰期把電放出來(lái)，這樣就可以徹底淘汰掉煤和天然氣，只用光伏全天候滿(mǎn)足整個(gè)電網(wǎng)的需求。

為了突破第二個(gè)約束，光伏發(fā)電需要達(dá)到配置了儲(chǔ)能設(shè)施之后的光伏+儲(chǔ)能發(fā)電的系統(tǒng)成本低于現(xiàn)有的煤電，才能甩開(kāi)并網(wǎng)約束，真正進(jìn)入哲學(xué)上說(shuō)的“自由王國(guó)”，改變電網(wǎng)，也徹底改變這個(gè)世界。

光伏并網(wǎng)對(duì)儲(chǔ)能的最核心的要求就是，絕對(duì)價(jià)格足夠低，這個(gè)價(jià)格指的是全成本。我們看興業(yè)證券整理的光伏儲(chǔ)能電站中標(biāo)項(xiàng)目報(bào)價(jià)情況，如下圖：

現(xiàn)在光伏儲(chǔ)能電池最低的中標(biāo)價(jià)格為0.86元/wh，加上電池管理系統(tǒng)(BMS)，逆變器(PCS)之后的電池系統(tǒng)最低中標(biāo)價(jià)為1.49元/wh，包括土建、系統(tǒng)集成在內(nèi)的全光伏儲(chǔ)能電站，最低為1.94元/wh。

而這個(gè)1.94元，就是光伏儲(chǔ)能的全成本。1.94元/wh，一度電是kwh，換算成度電建設(shè)成本就是1940元/kwh，假設(shè)可以實(shí)現(xiàn)10000次的充放電循環(huán)，不考慮資金成本，攤到每度電上的儲(chǔ)能成本就是0.194元。

但是實(shí)際上，我們現(xiàn)有的儲(chǔ)能電站，很難做到1萬(wàn)次的充放電循環(huán)壽命，普遍在5000次左右，那攤到每度電上的成本就是將近0.4元，這個(gè)價(jià)格大約相當(dāng)于現(xiàn)有火電的價(jià)格，長(zhǎng)期看需要有下降的空間。

那么儲(chǔ)能的成本需要降到什么的價(jià)格才會(huì)實(shí)現(xiàn)突破呢?目前市場(chǎng)普遍的共識(shí)是，10000次的循環(huán)壽命，1元/wh的全建設(shè)成本。

按照這個(gè)指標(biāo)計(jì)算，單度電的儲(chǔ)能成本就是0.1元，在這個(gè)價(jià)格下，儲(chǔ)能電站可以脫離任何的補(bǔ)貼或者峰谷電價(jià)差價(jià)而獨(dú)立生存。在這個(gè)價(jià)格下，需要光伏發(fā)電成本從0.4元/kwh降到0.3元/kwh。這樣光伏+儲(chǔ)能的度電成本將為0.3+0.1=0.4元/kwh，價(jià)格約等于現(xiàn)有的煤電，從而徹底擺脫并網(wǎng)約束。

儲(chǔ)能的成本還有繼續(xù)下降的空間么?有，而且可能比動(dòng)力電池下降的速度還快。

首先，因?yàn)閯?dòng)力電池的價(jià)格下降的很快，而儲(chǔ)能電池可以完全借鑒動(dòng)力電池的技術(shù)，實(shí)際上很多的光伏儲(chǔ)能裝置，直接用的就是二手的汽車(chē)動(dòng)力電池。如上圖BloombergNEF的數(shù)據(jù)，動(dòng)力電池從2010年的每千瓦時(shí)1160美元，已經(jīng)下降到2019年的156美元，9年時(shí)間，價(jià)格下降了將近87%。

其次，光伏儲(chǔ)能需要的電池比動(dòng)力電池要求要低，選擇范圍廣。相對(duì)動(dòng)力電池對(duì)重量體積價(jià)格效率的極致追求，光伏儲(chǔ)能電池只需要滿(mǎn)足循環(huán)壽命足夠長(zhǎng)，度電全成本低就可以了，對(duì)于動(dòng)力電池要求的體積小，重量輕，儲(chǔ)能電站并沒(méi)有嚴(yán)格的約束，因此選擇范圍更大，實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破的概率也越大。

光伏行業(yè)有自己的摩爾定律，那就是發(fā)電容量每增加一倍，新增裝機(jī)的電價(jià)減少16%。從儲(chǔ)能技術(shù)的角度上來(lái)講，隨著電池技術(shù)的進(jìn)步，光伏儲(chǔ)能的總?cè)萘棵吭黾右槐?，單次充放電循環(huán)的成本也會(huì)按照一定的比例下降。在未來(lái)的十年，我們大概率上會(huì)看到儲(chǔ)能成本的快速下降。

03

各領(lǐng)風(fēng)騷三五年

后面我們會(huì)看到一個(gè)互相促進(jìn)螺旋上升的過(guò)程，而電池的需求量將會(huì)呈現(xiàn)指數(shù)性的增長(zhǎng)。

根據(jù)牛頓第一定律，“任何物體都要保持勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止?fàn)顟B(tài)，直到外力迫使它改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為止”，在這個(gè)循環(huán)中，外力或者說(shuō)第一驅(qū)動(dòng)力就是光伏技術(shù)進(jìn)步所帶來(lái)的光伏發(fā)電成本的快速下降。

光伏發(fā)電成本快速下降，倒逼電價(jià)穩(wěn)步降低，電力需求提升，電動(dòng)車(chē)性?xún)r(jià)比持續(xù)提升，倒逼動(dòng)力電池進(jìn)步，動(dòng)力電池降本增效，儲(chǔ)能電池性?xún)r(jià)比提升，各種應(yīng)用場(chǎng)景紛紛進(jìn)入盈虧平衡點(diǎn)，又提升了電力的需求。這是一個(gè)正向的完整的循環(huán)。

作為投資者，最希望見(jiàn)到的場(chǎng)景當(dāng)然是量?jī)r(jià)齊升，我看到很多電力設(shè)備研究員，都在講電價(jià)提升的邏輯，對(duì)未來(lái)的電價(jià)、補(bǔ)貼做了非常樂(lè)觀的估計(jì)，但這種假設(shè)本質(zhì)上都是站不住腳的，我們并不認(rèn)可。

因?yàn)榇蠊I(yè)生產(chǎn)的核心就是降本提效，規(guī)模效應(yīng)之下，成本降低，價(jià)格下降，利潤(rùn)雖薄，可餅攤得大。

在工業(yè)上，任何講長(zhǎng)期漲價(jià)的邏輯都是有瑕疵的。比如我們對(duì)贛鋒鋰業(yè)(SZ:002460)這類(lèi)資源性的公司的長(zhǎng)期成長(zhǎng)性是有懷疑的，因?yàn)橐粋€(gè)行業(yè)要想長(zhǎng)期持久的增長(zhǎng)，原材料一定不能成為一個(gè)約束。為什么半導(dǎo)體行業(yè)是在硅的基礎(chǔ)上做大的，就是因?yàn)樯匙拥教幎加?，不存在任何稀缺的可能?/p>

我們花了這么多時(shí)間來(lái)思考未來(lái)能源革命的路徑，但是預(yù)言歸預(yù)言，投資歸投資，即使你看對(duì)了方向，也不一定選對(duì)了股票，選對(duì)了股票也不一定能從一而終。

確實(shí)，光伏帶來(lái)的新能源革命會(huì)徹底改變這個(gè)社會(huì)，但這種高技術(shù)行業(yè)，按照易方達(dá)的基金經(jīng)理蕭楠的說(shuō)法，商業(yè)模式非常不友好。

這種商業(yè)模式屬于“自我燃燒，燃燒自己，照亮別人。這樣的公司很累，他們要花很多錢(qián)去投固定資產(chǎn)，去投研發(fā)，他們把所有節(jié)省出來(lái)的效率都送給了自己的客戶(hù)，因?yàn)槿绻贿@樣做，自己就面臨著淘汰，被客戶(hù)拋棄。”

新技術(shù)方向的競(jìng)爭(zhēng)的異乎的殘酷，往往是各領(lǐng)風(fēng)騷三五年。

本網(wǎng)轉(zhuǎn)載自其它媒體的文章及圖片，目的在于弘揚(yáng)石油化工精神，傳遞更多石油化工信息，宣傳國(guó)家石油化工政策，推廣石油化工企業(yè)品牌和產(chǎn)品，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)，在此我們謹(jǐn)向原作者和原媒體致以敬意。如果您認(rèn)為本站文章及圖片侵犯了您的版權(quán)，請(qǐng)與我們聯(lián)系，我們將第一時(shí)間刪除。