掌握碳中和储能商机!一次搞懂锂电池、固态电池、燃料电池

联合国在1997年12月通过京都议定书将大气中的温室气体含量稳定在一个适当的水平,以保护地球的生态系统统。从那之后,碳排量就逐渐成为评估环境成本的一项重要指标。2015年12月,各国在《巴黎协议》中承诺,在2050~2100年实现全球“碳中和”目标。

什么是碳中和呢?

碳中和是“从环境中消除的碳排超过所排放的碳”。通常通过使用低碳能源取代化石燃料、植树造林、节能减排等形式,来达到相对“零排放”。目前为止全世界已经有超过50个国家声明在本世纪中叶达到碳中和,超过一百个国家在政策中提及,2050年是大部分国家设置的目标年。

分析碳中和商机,首先要来了解主要碳排产业,目前全球最大的碳排放产业是电力产业,其碳排放量占全球碳排放量比重高达四成,而再生能源发电的比重近几年来虽然持续增加,也约略占三成左右,如扣除水力发电、地热发电等,以风电及太阳能为主的再生能源占比又仅有一成,富邦证券表示,未来持续增加风电与太阳能发电仍将是主要的发展趋势。

车辆的二氧化碳排放占全球碳排放量比重超过二成,因此未来电动汽车取代内燃机汽车的趋势,将会加快进行,另外包含制造业的工厂与建筑业等占全球碳排放量也达到二成,因此将被迫更新其生产设备,降低排放量,中国大陆及其他第三世界等地区,必需要淘汰高污染高排碳的产能,构建更具性能且符合环保碳排规范的产能取代,否则其出口将会被先进国家课以碳税。

从前面分析主要碳排来源,就可以知道为什么再生能源和电动汽车会成为近年来的重要产业发展趋势,然而电动汽车虽然不排放CO2,但若使用的电力是火力发电,则会增加发电厂的碳排量,因此电力来源由火力发电转为再生能源,再使用电动汽车才能真正达到减碳的效果。

富邦证券表示,由于再生能源如太阳能与风电都是属于间歇性发电,受到日照时间与季节性风力强弱的影响,必须通过储能系统,将再生能源发电做妥适的存储应用,故储能系统将在碳中和发展趋势中,扮演着重要的关键角色。

近年来光电、风电产业快速崛起,因绿色能源发电具间歇性特质,尚需储能系统搭配,才能避免再生能源受到天气因素的波动影响供电,确保长期供电稳定,储能系统市场规模因此快速增长,2018年全球储能系统放电量5971百万瓦时,预估至2024年,全球储能系统规模年复合增长率超过七成。

富邦证券指出,现阶段全球储能系统主要可分为三大类,机械能储能、电化学储能(锂离子电池)及化学储能(燃料电池)三大类,其中以电化学储能为目前的市场主流,而化学储能为近年备受市场期待的另一种储能系统。

锂离子电池

目前全世界车厂所生产的电动汽车,其储能电池的应用种类,以“锂离子电池”为市场应用主流,而再生能源储能系统方面,也大部分同样采用“锂离子电池”,作为协助电网进行电力调节的辅助设备,例如特斯拉在各地构建超级充电站,就会利用到锂电池储能系统。

锂电池材料中以正极材料最为重要,一般都是以锂合金氧化物所构成,也是常听到的三元锂电池就是以镍钴锰等三种材料组成正极的锂电池,另外常听到的磷酸锂铁,也是正极材料的一种。负极材料目前多以石墨为主,未来会往硅负极来发展电解质现阶段都是液态(胶状),目前业界正积极开发固态电解质的锂电池,作为下一时代锂电池的发展方向。

固态电池

锂电池为“液态电池”,其电解液为胶状电解质,而液态电池性能容易受温度高低影响,并有电解液外漏爆炸的风险,当前普遍使用的有机电解液存在爆炸等安全隐忧,已成为限制锂离子电池发展的瓶颈,而固态电解质的重量较轻,只有液态锂电池的一半、充电速度比锂离子电池快,只要10~15分钟,而且没有腐蚀性的问题,寿命较长。

目前日本丰田、韩国三星、中国宁德时代、美国的Quantum Scape(QS),德国的Solid Power与台湾辉能等公司业已打开固态电池产业化进程,目前预估最快2023 ~2025年间,有可能量产车用固态电池。

燃料电池

燃料电池为一种将燃料(通常是氢气)与氧化剂产生的化学能通过化学反应转换成电能的储能系统,通常又称为氢能源,利用氢燃料的氧化作用,产生电力,没有排碳,只有排水,若是将太阳光电或风力发电的电力来生产机制氢气,生产机制后的氢气可作为燃料电池的燃料来源。

借由氢能载体集成各式再生能源,能平衡各类再生能源供电缺口或不稳定。富邦证券表示,现阶段包含美国、日本、韩国、欧盟、澳洲及中国大陆都积极发展燃料电池,企业界与日韩车厂也都努力开发各式产品应用。

富邦证券表示,2050年是大部分国家设置的碳中和的目标年,降低碳排放量的碳中和商机,已经成为未来十年的重大商机,因此使用何种电池能达到安全又具性能的绿色能源发电储能系统,将会是未来产业发展的重点,也值得投资人持续关注。

(首图来源:富邦证券)

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