锂基储能系统将成为特斯拉必然会“失败”的一次投资？

编辑按：本文转载至微信公众号“美股研究社”，飞鲸投研经授发布 。

在几个月前的特斯拉公司(NASDAQ:TSLA)投资者日活动中，该公司公布了其总体规划的第三次迭代，强调了其对世界可能过渡到净零排放的设想。该计划的基石之一是通过 Megapack 等产品推进固定存储部署。

01 概述

为了介绍总体规划，首席执行官埃隆马斯克提出了电池储能问题。据特斯拉称，世界将需要 240 TWh 的电池储能才能实现碳中和。马斯克接着澄清说，这是电动汽车（“EV”）和固定储能的组合，需要 24 TWh 的固定储能容量。

特斯拉本身希望达到每年至少能够生产 1 TWh 电池的地步。目前尚不清楚其中有多少是用于电池和固定存储的，但可以公平地假设该公司希望将其固定存储容量增加到至少 500 GWh。那不会便宜。

据估计，新电池设施每 GWh 的成本约为 6000 万美元，不过，特斯拉似乎相信它可以做到其中的一半左右。即使特斯拉雄心勃勃的成本目标为每 GWh 33 美元，它估计仍将花费约 8000 亿美元来创造部署 24 TWh 所需的制造能力。

为达到 500 GWh，特斯拉计划花费超过 165 亿美元，而为了实现每年 40 GWh的短期目标，该公司将需要花费超过 13.2 亿美元。

研究表明，在满足能源需求间歇性方面，锂基储能系统比燃气调峰电厂便宜约 30%，特斯拉在这方面的大量投资似乎是有道理的。然而，除了使用锂基化学物质之外，还有许多其他储能方法可能能够进一步提高盈利能力。

在化学层面上，锂根本没有针对固定存储进行优化。它的高电化学势意味着它每单位质量可以储存比任何其他元素更多的能量，使其成为重量和空间非常宝贵的完美化学物质。虽然这是电动汽车需要解决的两个最关键的问题，但它们并不是固定存储的首要问题。

相反，到目前为止，前期成本成为最关键的因素，其次是稳定性。更稳定的电池可通过减少现场基础设施（例如气候控制系统）来降低运营成本，并提高运营效率，从而提高盈利能力。更稳定的电池也将需要更少的更换频率，再次减少所需的资本投资。

功率密度也很重要，但很少有电池化学物质难以满足要求。与衡量每单位质量可以存储多少能量的能量密度相反，功率密度衡量电池充电或放电的速度。功率密度会影响系统的运行效率，尤其是在电力需求快速波动期间。

如果我们看一下锂电池，它们的一些最大缺陷是成本和稳定性。在这一点上，关于锂基电池的成本并没有太多可以做的。原材料现在占电池的80% 以上，这意味着生产过程非常高效。由于原材料价格居高不下，它们可能会抵消制造效率的进一步提高。

锂电池的内部稳定性也相当差。虽然铁基化学物质，即 LFP，可能会成为固定存储的首选锂化学物质，但由于其相对于其他锂化学物质的低成本和高稳定性，它也远非完美。

说它具有其他锂化学物质的最佳稳定性和成本实际上只是说它是该电池组中最不坏的选择。LFP 电池在电网应用中的使用寿命不超过 10 年，其理想的工作窗口在 0°C 至 40°C 之间，最高温度为 60°C。

美国国家可再生能源实验室 (“NREL”)估计，在电网系统中维护和运行锂离子电池每年每千瓦时的成本约为 35 美元。虽然相对于特斯拉 Megapack每千瓦时 412.37 美元的巨额前期成本而言，这似乎无关紧要，但其他系统的运行成本要低得多。此外，随着电池成本的下降，这个数字将开始占整个生命周期运营成本的很大一部分。

在发电量过剩时，水会从下层水库抽到上层水库。当电网需要更多的电力时，上层水库的水就会被释放，回到下层水库并在途中旋转水力涡轮机。这与水力发电大坝发电的方式相同，但现在增加了存储能力。

贝尔佐纳 (Belzona)

更重要的是，抽水电站的平均安装成本为165 美元/千瓦时，或者在地理条件更有利的情况下低至 100 美元/千瓦时。此外，由于运营成本通常仅为安装成本的2% 左右，抽水蓄能设施的平均运营成本每年仅为 3.3 美元/千瓦时。最后，虽然锂离子电池通常需要至少每十年更换一次，但抽水蓄能设施可以轻松运行至少 40 年。

虽然抽水蓄能并不完美，最大的问题是其地理限制，但对于大规模储能来说，它是比锂离子电池更好的选择。

对于希望部署与可再生能源发电位于同一地点的储能系统的公司而言，钒液流电池提供了一种替代锂基化学物质的化学物质。在标准锂离子电池中，有四个主要组件。固体阴极、阳极、液体/凝胶电解质和固体半透膜。

这四个组件协同工作以储存电能，在需要时促进受控放电。氧化还原液流电池的结构有点不同。

电解液被分成两种不同的溶液，阴极电解液和阳极电解液。它们储存在单独的罐中，中间由一个或多个电池组隔开。电池组包含一个多孔电极，以允许溶液流动，以及一个隔板以防止溶液混合。

阴极电解液和阳极电解液被泵入电池组，循环进入电极底部，最终回到各自储罐的顶部。电池堆电极的阴极电解液侧是电池的阴极，而阳极电解液侧容纳阳极。

整个系统的功率和能量容量是高度模块化的，可以根据项目的需要进行更改。通过添加更多的电池堆，运营商可以增加电池的功率容量。通过增加两个电解液罐的尺寸，操作员可以增加电池的能量容量。

提醒一下，功率是衡量电流流动速率的指标，而能量是衡量可存储的电量总量的指标。将功率视为软管的宽度，将能量视为软管所连接的储层。

确定钒液流电池的寿命有点困难，因为大多数制造商为其产品指定 25 年的保修期，但从理论上讲，该系统可以永久使用。电池的主要成分电解质可以使用100 年以上，但可能需要间歇性地更换一些更小的成分。

换句话说，与锂电池不同，这些电池将在其整个生命周期内保持相同的容量，受设备而非化学降解的限制。

然而，与锂基系统相比，钒的高标价确实降低了它的效用。钒的成本为每公斤 17 美元，使钒液流电池的总成本从 475 美元/千瓦时到 550 美元/千瓦时不等。然而，由于几乎没有定期维护，成本仅限于转换效率低下，约为0.042 美元/千瓦时。

因此，由于运营成本显着降低，电池寿命更长，钒液流电池在其整个使用寿命期间仍然是比锂离子电池更便宜的选择。

替代液流系统，例如 ESS Tech, Inc. ( GWH ) 的铁基液流电池，旨在克服初始成本问题，同时保留许多相同的优势，但它们的效用尚未得到大规模证明。此外，与钒液流电池不同，铁液流电池会随着时间的推移随着阴极电解液和阳极电解液的混合而失去容量。因此，根据 ESS Tech 的说法，这种液体需要每 25 年更换一次。

尽管如此，鉴于铁的成本低廉，在每个电池的使用寿命期间，这是一种便宜得多的解决方案。ESS 计划能够以 80 美元/千瓦时的价格安装其铁基系统，而不是花费高达 550 美元/千瓦时的钒系统。运营成本也与基于钒的系统大致相同，因此看看 ESS 能否启动将很有趣。

钠离子电池也可能被证明是锂离子电池的可行替代品。虽然它们较低的能量密度（根据 CATL 的数据约为 160Wh/kg ）可能使它们很难在汽车行业流行起来，但它们较低的成本可能会在固定存储市场提供更大的机会。

Contemporary Amperex Technology Co., Limited (300750.SZ)（“宁德时代”）预计他们的电池最初成本约为 77 美元/千瓦时，但它认为有可能降至 40 美元/千瓦时。虽然电池只是更大储能系统的一个组成部分，但锂离子电池仍徘徊在 100 美元/千瓦时左右。我希望其余的辅助组件具有类似的成本，这意味着钠离子电池的较低电池成本应该会导致整体系统成本显着降低。

因此，虽然目前还不清楚电网规模钠离子电池的总成本可能是多少，但很明显，它比锂离子电池更适合固定存储。

还有一些其他技术可能成为储能领域的重要组成部分，例如压缩空气储能和氢气，但它们更适合长期储存，因此并不是锂的真正竞争对手。

02 调查结果摘要

当我们看下图时，很明显锂离子电池虽然对电动汽车非常有用，但可能不是固定存储的最佳选择。安装成本高，使用寿命短，使其成为最昂贵的选择之一。虽然它的高功率密度可能使其成为短时间存储的不错选择，但钠离子电池也在四小时内挑战这一点。

作者的创作

然而，尽管存在许多缺点，但锂基化学仍然存在的一个优势是该技术的现有行业。电动汽车市场创造了一个庞大的产业来支持锂离子制造，其水平对于任何其他技术来说都是不存在的。这使得公司更容易获得基于锂的存储系统，这对于避免其他技术可能带来的多年延迟至关重要。

换句话说，如果锂离子电池是客户可以获得的唯一解决方案，那么锂离子电池是否不是最佳解决方案可能并不重要。

话虽这么说，虽然钠离子电池仍然是一项非常新的技术，但它的引入主要是通过 CATL 的方式进行的。这家电池公司以35% 的市场份额主导全球电池市场，几乎是排名第二的比亚迪股份有限公司（OTCPK：BYDDF ）的两倍。

Cn电动邮报

凭借这种制造能力，CATL有望大规模生产钠离子电池。因此，就可用性而言，锂离子电池可能没有今天看起来那么长的跑道。再加上迫在眉睫的锂短缺，采用钠离子的理由只会越来越多。

03 结论

不会说固定存储目前是特斯拉业务的关键要素，但该汽车制造商准备进行大量投资以努力改变这一现状。不幸的是，根据目前制定的计划，预计特斯拉不会凭借其在该领域的愿景取得长期成功。

相反，考虑到高额的前期资本投资，这一增长计划最终可能会成为特斯拉大量浪费资本的来源，该公司最终无法达到其为投资者设定的预期。

尽管特斯拉公司在电动汽车市场上保持着令人印象深刻的地位，但该公司目前的估值是基于只能来自其他商业企业的极端增长。