美國很多儲能廠(chǎng)商采用的卻是國外廠(chǎng)商的電池，例如特斯拉公司生產(chǎn)的電動(dòng)汽車(chē)和電池儲能系統主要使用的是日本電池廠(chǎng)商松下公司的電池。而當儲能廠(chǎng)商Fluence公司或NextEra公司在集成和部署其大型電池儲能系統時(shí)，他們采用的是韓國LG-Chem或三星SDI等國外公司的電池。
美國大多數電池都來(lái)自海外廠(chǎng)商，特斯拉公司的Gigafactory電池工廠(chǎng)則是一個(gè)罕見(jiàn)的例外。
當這些電池供應商的電池產(chǎn)品供不應求，并導致全球電池市場(chǎng)供應緊張時(shí)，一些儲能廠(chǎng)商采用中國電池生產(chǎn)商的電池產(chǎn)品。
但是美國能源部近日提出了另一個(gè)構想，即到2030年將構建一個(gè)國內儲能生產(chǎn)和供應鏈。這被稱(chēng)為一個(gè)“巨大挑戰”，并承諾投資數百萬(wàn)美元和大量資源來(lái)實(shí)現這一目標。
多年來(lái)，這些用于儲能技術(shù)的基礎研究、技術(shù)轉讓、勞動(dòng)力培訓的資金一直是美國儲能行業(yè)的心愿。但是，對于儲能供應鏈所需行業(yè)計劃的明確關(guān)注為其組合添加了新的元素。
具體而言，美國能源部希望到2030年構建一個(gè)獨立于國外關(guān)鍵材料來(lái)源且安全可靠的國內制造業(yè)供應鏈。
全球貿易活動(dòng)使世界各國能夠獲得其他國家更多的商品，或者可以獲得價(jià)格更低的商品，這些商品通常上被認為是有益的，但商品供應依賴(lài)外國可能會(huì )帶來(lái)一些問(wèn)題。
韓國為促進(jìn)儲能部署而提供補貼導致全球2018年電池供應緊張，也對美國儲能項目部署帶來(lái)不利影響。而當美國政府對一些國家的商品征收更高的關(guān)稅時(shí)，也會(huì )導致商品價(jià)格上漲。
美國能源部制定儲能目標
美國能源部主管科學(xué)事務(wù)的副部長(cháng)Paul Dabba在接受行業(yè)媒體采訪(fǎng)時(shí)解釋說(shuō)，對于儲能行業(yè)的支持主要有兩個(gè)目標：國家安全(確保獲取關(guān)鍵材料)和經(jīng)濟發(fā)展(確保相關(guān)工作崗位并創(chuàng )造價(jià)值)。
Dabbar說(shuō)，“但我們的目標并不是將美國工業(yè)和制造行業(yè)與其他國家相隔離。例如石油和天然氣行業(yè)就與國外相關(guān)行業(yè)緊密地聯(lián)系在一起。”
雖然美國已經(jīng)成為凈出口國，但石油和天然氣貿易并沒(méi)有停止，而根據業(yè)務(wù)需求，美國將繼續在國際范圍內進(jìn)口原油和精煉燃料。他表示，與其相反，希望美國避免在太陽(yáng)能制造領(lǐng)域中出現這種“錯失的機會(huì )”。
他說(shuō)：“許多太陽(yáng)能電池板的生產(chǎn)都是在海外廠(chǎng)商完成的，但是很多創(chuàng )新是在美國完成的。”
美國能源部設定了儲能發(fā)展目標，而要實(shí)現這一目標，就需要擺脫對目前主導儲能行業(yè)的其他國家鋰離子電池產(chǎn)品的依賴(lài)。
取而代之的是，美國將在利用綠色環(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，美國能源部還可以支持利用當地可用資源的新興技術(shù)。
很難評估美國政府是否有意愿執行長(cháng)達10年的工業(yè)規劃議程，但是現有技術(shù)可能會(huì )在這個(gè)時(shí)間框架內為美國本土儲能行業(yè)奠定制造基礎。
美國對鋰離子電池和全球貿易的依賴(lài)
確定當今儲能行業(yè)的供應鏈很容易。調研機構Wood Mackenzie公司表示，美國2019年第三季度部署的儲能系統中99%以上是鋰離子電池儲能系統。
美國儲能廠(chǎng)商對這些儲能項目進(jìn)行了工程設計和部署，但其儲能系統的電池產(chǎn)品幾乎完全來(lái)自海外工廠(chǎng)。特斯拉公司是一個(gè)罕見(jiàn)的例外，因為該公司采用其合作伙伴松下公司的技術(shù)在內華達州的超級工廠(chǎng)(Gigafactory)生產(chǎn)電池。
要確保美國儲能系統供應的安全，就需要擴展本土生產(chǎn)能力，而為了實(shí)現這一目標，美國電池生產(chǎn)商仍然需要掌握原材料的供應，并將其加工成工業(yè)原料。
Wood Mackenzie公司金屬和采礦咨詢(xún)主管James Whiteside表示，美國確實(shí)生產(chǎn)了一些金屬鋰，但相對較高的生產(chǎn)成本使產(chǎn)量保持較低水平。美國的鎳、錳、鈷供應量很少，而這些金屬是鋰離子電池必需的原材料。
美國能源部的資助以及行業(yè)廠(chǎng)商的大量投資也無(wú)法改變這種供應狀況。這為美國儲能系統獨立發(fā)展提供了一條主要途徑：其目的是開(kāi)發(fā)不依賴(lài)于其他國家資源的替代儲能技術(shù)。
抽水蓄能的市場(chǎng)機會(huì )
鋰離子電池在儲能系統的主導地位并不會(huì )永遠存在。其價(jià)格下降很大程度上歸功于其他行業(yè)的發(fā)展，例如消費電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車(chē)，這些因素提高了制造規模，并降低了電池成本。
在某些指標和應用中，其他儲能技術(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)推出了替代設計方案。許多企業(yè)已經(jīng)倒閉，而其他的企業(yè)仍在證明自己的競爭力。
除了制造儲能設備之外，美國能源部專(zhuān)注于開(kāi)發(fā)和利用一些綠色節能的技術(shù)。
盡管近年來(lái)對電池生產(chǎn)的熱情高漲，但真正的儲能技術(shù)依賴(lài)于建筑業(yè)而不是制造業(yè)。例如抽水蓄能技術(shù)仍然提供絕大多數的儲能容量。其面臨的問(wèn)題是，由于環(huán)境影響的復雜性、場(chǎng)地有限性，以及在預算范圍內建設大型儲能項目面臨一些困難，抽水蓄能設施的開(kāi)發(fā)長(cháng)期以來(lái)一直停滯不前。
美國聯(lián)邦政府為加快抽水蓄能開(kāi)發(fā)的步伐而付出的努力(重點(diǎn)不會(huì )破壞河流生態(tài)系統的下游水庫)可能獲得回報。畢竟，現在這不是一個(gè)需要大量投資的行業(yè)。
Dabbar說(shuō)：“當然還有改善抽水蓄能效率的方法。”他指出，這項技術(shù)已列入儲能重大挑戰清單。
與此類(lèi)似，壓縮空氣儲能技術(shù)已被證明是一種可行的儲能技術(shù)，然而新的開(kāi)發(fā)卻停滯了。幾家公司已嘗試對該技術(shù)實(shí)現商業(yè)化，但收效甚微，但仍有一些公司仍在堅持開(kāi)發(fā)。
加拿大初創(chuàng )儲能廠(chǎng)商Hydrostor公司已完成了一項儲能技術(shù)示范項目，該技術(shù)利用山洞或礦井中的水平衡壓力。而英國初創(chuàng )儲能廠(chǎng)商Highview Power公司采用液態(tài)空氣壓縮儲能技術(shù)。該公司在英國運營(yíng)了兩個(gè)儲能項目，并在美國開(kāi)發(fā)部署了一個(gè)儲能設施。
這兩家公司的儲能技術(shù)采用了發(fā)電廠(chǎng)、采礦和石油天然氣其他行業(yè)的設備，這樣可以最大限度地降低技術(shù)風(fēng)險。這使得這些概念非常適合完全實(shí)現國產(chǎn)化。
美國在石油和天然氣鉆探方面擁有世界一流的專(zhuān)業(yè)技術(shù)，這種技術(shù)可以應用于儲存清潔電力。
用于儲能系統的其他類(lèi)型電池
另一類(lèi)儲能初創(chuàng )廠(chǎng)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本土采購。
Whiteside說(shuō)，鋅電池將會(huì )脫穎而出。金屬鋅價(jià)格便宜，并且美國的產(chǎn)量在其全球名列前茅。阿拉斯加州Red Dog礦山開(kāi)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(kāi)發(fā)和研究鋅電池。其中最重要的是，Fluidic Energy公司開(kāi)發(fā)了一種鋅空氣電池，并得到了美國能源部高級研究計劃局(ARPA-E)的資助。該公司表現出色，被億萬(wàn)富翁Patrick Soon-Shiong收購，現在以NantEnergy公司運營(yíng)。Fluidic Energy公司已經(jīng)在全球范圍內安裝了3,000塊鋅電池，應用在北卡羅來(lái)納州Great Smoky部署的微電網(wǎng)。
其他開(kāi)發(fā)鋅電池的廠(chǎng)商還包括開(kāi)發(fā)鋅混合陰極電池的Eos公司和加拿大電池廠(chǎng)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(kāi)發(fā)釩液流電池。美國可以獲得足夠的金屬釩，而釩是鈾礦開(kāi)采和回收廢料的副產(chǎn)品。另外，初創(chuàng )儲能廠(chǎng)商ESS公司采用鐵作為電池的核心成分。
美國能源部認為液流電池的電池材料可以在美國本土獲得。例如，馬薩諸塞州的初創(chuàng )廠(chǎng)商Form Energy公司開(kāi)發(fā)的水系硫液流電池開(kāi)發(fā)獲得了美國能源部高級能源研究計劃署(ARPA-E)的資助。
這些電池技術(shù)目前都沒(méi)有達到足以使其成為鋰離子電池競爭對手的能力。但是，也確實(shí)為美國的儲能供應鏈創(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)成為大規模生產(chǎn)的商品，但美國需要在儲能行業(yè)提高自給自足的程度，即使不會(huì )完全取代國外制造業(yè)，也需要培育美國儲能制造行業(yè)，并擴展其儲能資源種類(lèi)。
