深度解析移动能源 科技蓝海谁可一骑绝尘

2017-03-02 14:38:29来源:威易网作者:

谷歌的AlphaGo击败人类顶尖棋手,Facebook充当免费网络基站的无人机开始飞行,中国开始探讨发行电子货币……

未来已经降临。

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被技术加速改变的还有人类利用能源的方式和效率。

从中国炼丹术士发现火药,到土耳其人用大炮轰碎君士坦丁堡的城墙,足足过了600 年。但从爱因斯坦提出E=MC2,仅过了40 年,世界就见识到了原子弹的可怕力量。

如《人类简史》所说,16 世纪前,从没有人绕地球航行一周。今天,只要有中产阶级的收入,任何人都能够在48小时内轻松又安全地完成环球大业。

如今,高度移动互联的世界,将我们裹入了移动能源的新次元——几乎在户外移动的一切都需要能源的支撑,也有望成为新式能源的载体。

不夸张地讲,谁掌握了移动能源的密码,谁将影响历史的进程。

能源新次元

电影《火星救援》里,马特·达蒙用来取暖的放射性热电产生器便是移动能源的一种,其原理是将钸238辐射产生的热量转化为电力。但即便科技进步到制造出那样的热电产生器,“不论它有多安全,终究还是放射性物质,太空总署不想要这种东西离太空人太近”。

目前的移动能源技术,是指可移动的分布式发电技术,主要包括薄膜发电技术、燃料电池发电技术、压电效应发电技术、温差发电技术及生物动力发电技术等。这些技术与储能、控制、信息通信等技术的有机结合,形成移动能源系统,从而能够实现能源可移动、全天候、高效率的供应。

这些技术都是不折不扣的“黑科技”,研发难度大,因而实现突破的意义也极为巨大。

移动能源技术实现历史性突破的主要是薄膜发电技术和燃料电池发电技术,其他类型的技术,大多处于实验室阶段,目前尚不具备大规模商业化应用能力。

燃料电池领域,日本罗姆公司与Aquafairy公司联合开发的氢燃料电池,体积小巧且可常温工作,体积不到3cm3的片材与水反应可生成约为4.5L的氢。德国尤利希研究中心研发的一种高温燃料电池则可连续使用寿命超过7万小时。

薄膜技术领域,中国汉能、国电光伏和美国Solar Junction公司在铜铟镓硒(CIGS)、砷化镓(GaAs)两种主流技术方面取得了重要突破。

在CIGS技术上,汉能的柔性CIGS薄膜太阳能组件全面积量产转换效率为16.5%-17%,2020年可达到19.5%左右。在GaAs技术上,汉能的子公司Alta Devices创造了柔性双结非聚光GaAs 薄膜太阳能电池31.6% 的世界纪录;美国Solar Junction公司已开始应用于航天的四结GaAs太阳能电池的研发。目前在GaAs衬底上用稀释氮化物作为底电池,生产的高效率三结GaAs太阳能电池在太空环境的转换效率已超过31%。

这是个蓝海

新型科技实现突破的意义,首先体现在广阔的应用前景和巨大的商业价值上。

移动能源技术的发展,不仅使得汽车、轮船、飞机、卫星等可以实现更高效能的能源补充或替换,更是撬动了跨界嫁接的产业市场。

汉能控股集团副总裁、首席技术官丁建去年10月在第十六届中国光伏学术大会(CPVC16)上曾透露,“目前纯电池动力无人机最大的痛点就是航时仅有两个小时左右,用上砷化镓芯片后,可以延长航时三到四倍,对这个特殊领域是非常巨大的突破。”

当月,汉能展示了一款全太阳能动力概念车。其官方资料显示,概念车6平米的车体表面铺设了汉能美国子公司Alta Devices的砷化镓高效柔性薄膜电池,在日均等效发电4小时的情况下,可以驱动一辆1吨的汽车正常行驶80-100公里。

户外是太阳能产品的主要应用场景,通讯、娱乐、导航等电子设备在户外对于电能的需求已经形成刚需市场。据统计,到2020年,电子产品的可开发市场规模累计将达到37GW,仅中国市场各类移动能源产品潜在市场总规模便可达6万亿元。

从我国太阳能产业发展历史来看,移动能源产品一直在发展,基于晶硅技术和早期柔性太阳能发电技术的产品早已上市。但囿于晶硅电池重、硬等物理特性,难以和民用产品深度嫁接;早期的柔性太阳能电池也极其昂贵,主要用于无人机等高端设备上,难以形成规模化的市场。

存在刚需的市场空白,潜力难以估量。“很多民用产品厂商找汉能MiaSolé,希望共同开发民用产品。” 汉能柔性工业应用事业部中国区总裁徐晓华在近日一次演讲中表示。薄膜太阳能电池具有轻柔、携带方便、转换效率高等特点,易与各类产品相结合。

在户用市场,尽管属于固定分布式发电模式,但薄膜太阳能组件同样有着巨大的空间。

据统计,中国整体的分布式光伏的容量大于300GW,包括轻钢屋顶、工商业屋顶、住宅屋顶等。其中,企业轻钢屋顶是中国最大的分布式光伏市场。但由于中国80%的工业厂房及仓库屋顶为轻钢屋顶,其中承重量小于15公斤/平米的屋顶占86%,无法采用传统的晶硅组件或玻璃基组件安装光伏发电系统。

此外,在无线电力传输及快速充电技术产业化实现之后,屋顶、外墙、车棚发电系统以及小型离网固定电站等分布式能源也相当于准移动能源了。

这方面的突破也十分惊人,2015年日本三菱重工的一项无线电力传输技术试验取得成功,以微波的形式将电力输送到500米以外的地方。而俄罗斯圣彼得堡大学研究人员推出的无线电力传输系统,可以在距离20cm内保持80% 的电力传输效率,且期间传输效率随着距离增加衰减变化极小。

在快速充电技术方面,华为的快充电池实现了充电速度质的飞跃,一款应用该技术的3000毫安电池,5分钟即可充入48%的电量。

不难想象,在移动能源时代,阳光所及,皆为市场。

谁可一骑绝尘?

能否借助核心科技,在蓝海中实现领航,考验的是技术转化能力和对产业链的带动能力。

作为移动能源技术另一大方向的燃料电池2015年也开始走向市场。在2015年东京车展上,本田发布了装备氢燃料电池系统的量产车型CLARITY,最大输出功率177马力,可提供700公里的最大续航里程。

但氢燃料电池核心技术仍掌握在少数企业手中,产业链不完善,汽车加氢站也仅在日本、德国等少数国家存在,未来大规模普及的难度较大。而且,氢燃料电池的成本仍是制约这类汽车发展的一个重要因素。

反观薄膜太阳能技术,中、美、德等国都在尝试产业化推进,目前已呈现加速迹象。

据公开资料显示,截至目前,汉能薄膜拥有1319件全球专利技术,其中60%为发明专利,关键专利均已转化应用。汉能在全球范围内的薄膜技术研发人员超过1800名,其中包括一大批国内外先进半导体和光伏领域的顶尖科学家。

汉能柔性工业应用事业部中国区总裁徐晓华在前述演讲中也提及,跟一般光伏产品不一样,汉能美国子公司MiaSolé组件是在一台设备里完成了所有工艺,一台设备单次生长产能超过1.2MW。“不锈钢进去,60分钟后,芯片就出来了。另外,铜、铟和镓三种元素性能差别太大,很难做出高质量的三元靶材。全球只有两家公司具备生产高质量的三元靶材的能力,汉能是其中一家。汉能MiaSolé生产每一兆瓦的芯片,耗电远远低于2015年光伏制造标准;耗水只是制造标准的7%,能源回报期特别短。”

“得益于国内量产,2016年MiaSolé国内的每瓦售价比去年降低了一半。到2018年,我们目标是向市场提供和其它光伏产品一样价格的产品。” 徐晓华表示。

跨界能力同样也是现代企业能否跻身未来的重要指标。

对标谷歌的自动驾驶汽车、亚马逊的智能生活系统,华为发力基础研究、百度进入人工智能领域、汉能推出“移动能源+”,不仅引起了邻近或相关产业的联动和政策的配套,也表明了当下中国企业具备了引领科技产业浪潮的魄力和实力。

领先一把,有何不可?



 

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