編者按:如今,高度移動互聯(lián)的世界,將我們裹入了移動能源的新次元——幾乎在戶外移動的一切都需要能源的支撐,也有望成為新式能源的載體。不夸張地講,誰掌握了移動能源的密碼,誰將影響歷史的進(jìn)程。
未來已經(jīng)降臨。
谷歌的AlphaGo擊敗人類頂尖棋手,F(xiàn)acebook充當(dāng)免費(fèi)網(wǎng)絡(luò)基站的無人機(jī)開始飛行,中國開始探討發(fā)行電子貨幣……
被技術(shù)加速改變的還有人類利用能源的方式和效率。
從中國煉丹術(shù)士發(fā)現(xiàn)火藥,到土耳其人用大炮轟碎君士坦丁堡的城墻,足足過了600 年。但從愛因斯坦提出E=MC2,僅過了40 年,世界就見識到了原子彈的可怕力量。
如《人類簡史》所說,16 世紀(jì)前,從沒有人繞地球航行一周。今天,只要有中產(chǎn)階級的收入,任何人都能夠在48小時內(nèi)輕松又安全地完成環(huán)球大業(yè)。
如今,高度移動互聯(lián)的世界,將我們裹入了移動能源的新次元——幾乎在戶外移動的一切都需要能源的支撐,也有望成為新式能源的載體。
不夸張地講,誰掌握了移動能源的密碼,誰將影響歷史的進(jìn)程。
能源新次元
電影《火星救援》里,馬特·達(dá)蒙用來取暖的放射性熱電產(chǎn)生器便是移動能源的一種,其原理是將鈽238輻射產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)化為電力。但即便科技進(jìn)步到制造出那樣的熱電產(chǎn)生器,“不論它有多安全,終究還是放射性物質(zhì),太空總署不想要這種東西離太空人太近”。
目前的移動能源技術(shù),是指可移動的分布式發(fā)電技術(shù),主要包括薄膜發(fā)電技術(shù)、燃料電池發(fā)電技術(shù)、壓電效應(yīng)發(fā)電技術(shù)、溫差發(fā)電技術(shù)及生物動力發(fā)電技術(shù)等。這些技術(shù)與儲能、控制、信息通信等技術(shù)的有機(jī)結(jié)合,形成移動能源系統(tǒng),從而能夠?qū)崿F(xiàn)能源可移動、全天候、高效率的供應(yīng)。
這些技術(shù)都是不折不扣的“黑科技”,研發(fā)難度大,因而實(shí)現(xiàn)突破的意義也極為巨大。
移動能源技術(shù)實(shí)現(xiàn)歷史性突破的主要是薄膜發(fā)電技術(shù)和燃料電池發(fā)電技術(shù),其他類型的技術(shù),大多處于實(shí)驗室階段,目前尚不具備大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用能力。
燃料電池領(lǐng)域,日本羅姆公司與Aquafairy公司聯(lián)合開發(fā)的氫燃料電池,體積小巧且可常溫工作,體積不到3cm3的片材與水反應(yīng)可生成約為4.5L的氫。德國尤利希研究中心研發(fā)的一種高溫燃料電池則可連續(xù)使用壽命超過7萬小時。
薄膜技術(shù)領(lǐng)域,中國漢能、國電光伏和美國Solar Junction公司在銅銦鎵硒(CIGS)、砷化鎵(GaAs)兩種主流技術(shù)方面取得了重要突破。
在CIGS技術(shù)上,漢能的柔性CIGS薄膜太陽能組件全面積量產(chǎn)轉(zhuǎn)換效率為16.5%-17%,2020年可達(dá)到19.5%左右。在GaAs技術(shù)上,漢能的子公司Alta Devices創(chuàng)造了柔性雙結(jié)非聚光GaAs 薄膜太陽能電池31.6% 的世界紀(jì)錄;美國Solar Junction公司已開始應(yīng)用于航天的四結(jié)GaAs太陽能電池的研發(fā)。目前在GaAs襯底上用稀釋氮化物作為底電池,生產(chǎn)的高效率三結(jié)GaAs太陽能電池在太空環(huán)境的轉(zhuǎn)換效率已超過31%。
這是個藍(lán)海
新型科技實(shí)現(xiàn)突破的意義,首先體現(xiàn)在廣闊的應(yīng)用前景和巨大的商業(yè)價值上。
移動能源技術(shù)的發(fā)展,不僅使得汽車、輪船、飛機(jī)、衛(wèi)星等可以實(shí)現(xiàn)更高效能的能源補(bǔ)充或替換,更是撬動了跨界嫁接的產(chǎn)業(yè)市場。
漢能控股集團(tuán)副總裁、首席技術(shù)官丁建去年10月在第十六屆中國光伏學(xué)術(shù)大會(CPVC16)上曾透露,“目前純電池動力無人機(jī)最大的痛點(diǎn)就是航時僅有兩個小時左右,用上砷化鎵芯片后,可以延長航時三到四倍,對這個特殊領(lǐng)域是非常巨大的突破。”
當(dāng)月,漢能展示了一款全太陽能動力概念車。其官方資料顯示,概念車6平米的車體表面鋪設(shè)了漢能美國子公司Alta Devices的砷化鎵高效柔性薄膜電池,在日均等效發(fā)電4小時的情況下,可以驅(qū)動一輛1噸的汽車正常行駛80-100公里。
戶外是太陽能產(chǎn)品的主要應(yīng)用場景,通訊、娛樂、導(dǎo)航等電子設(shè)備在戶外對于電能的需求已經(jīng)形成剛需市場。據(jù)統(tǒng)計,到2020年,電子產(chǎn)品的可開發(fā)市場規(guī)模累計將達(dá)到37GW,僅中國市場各類移動能源產(chǎn)品潛在市場總規(guī)模便可達(dá)6萬億元。
從我國太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷史來看,移動能源產(chǎn)品一直在發(fā)展,基于晶硅技術(shù)和早期柔性太陽能發(fā)電技術(shù)的產(chǎn)品早已上市。但囿于晶硅電池重、硬等物理特性,難以和民用產(chǎn)品深度嫁接;早期的柔性太陽能電池也極其昂貴,主要用于無人機(jī)等高端設(shè)備上,難以形成規(guī)模化的市場。
存在剛需的市場空白,潛力難以估量。“很多民用產(chǎn)品廠商找漢能MiaSolé,希望共同開發(fā)民用產(chǎn)品。” 漢能柔性工業(yè)應(yīng)用事業(yè)部中國區(qū)總裁徐曉華在近日一次演講中表示。薄膜太陽能電池具有輕柔、攜帶方便、轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn),易與各類產(chǎn)品相結(jié)合。
在戶用市場,盡管屬于固定分布式發(fā)電模式,但薄膜太陽能組件同樣有著巨大的空間。
據(jù)統(tǒng)計,中國整體的分布式光伏的容量大于300GW,包括輕鋼屋頂、工商業(yè)屋頂、住宅屋頂?shù)取F渲?,企業(yè)輕鋼屋頂是中國最大的分布式光伏市場。但由于中國80%的工業(yè)廠房及倉庫屋頂為輕鋼屋頂,其中承重量小于15公斤/平米的屋頂占86%,無法采用傳統(tǒng)的晶硅組件或玻璃基組件安裝光伏發(fā)電系統(tǒng)。
此外,在無線電力傳輸及快速充電技術(shù)產(chǎn)業(yè)化實(shí)現(xiàn)之后,屋頂、外墻、車棚發(fā)電系統(tǒng)以及小型離網(wǎng)固定電站等分布式能源也相當(dāng)于準(zhǔn)移動能源了。
這方面的突破也十分驚人,2015年日本三菱重工的一項無線電力傳輸技術(shù)試驗取得成功,以微波的形式將電力輸送到500米以外的地方。而俄羅斯圣彼得堡大學(xué)研究人員推出的無線電力傳輸系統(tǒng),可以在距離20cm內(nèi)保持80% 的電力傳輸效率,且期間傳輸效率隨著距離增加衰減變化極小。
在快速充電技術(shù)方面,華為的快充電池實(shí)現(xiàn)了充電速度質(zhì)的飛躍,一款應(yīng)用該技術(shù)的3000毫安電池,5分鐘即可充入48%的電量。
不難想象,在移動能源時代,陽光所及,皆為市場。
誰可一騎絕塵?
能否借助核心科技,在藍(lán)海中實(shí)現(xiàn)領(lǐng)航,考驗的是技術(shù)轉(zhuǎn)化能力和對產(chǎn)業(yè)鏈的帶動能力。
作為移動能源技術(shù)另一大方向的燃料電池2015年也開始走向市場。在2015年東京車展上,本田發(fā)布了裝備氫燃料電池系統(tǒng)的量產(chǎn)車型CLARITY,最大輸出功率177馬力,可提供700公里的最大續(xù)航里程。
但氫燃料電池核心技術(shù)仍掌握在少數(shù)企業(yè)手中,產(chǎn)業(yè)鏈不完善,汽車加氫站也僅在日本、德國等少數(shù)國家存在,未來大規(guī)模普及的難度較大。而且,氫燃料電池的成本仍是制約這類汽車發(fā)展的一個重要因素。
反觀薄膜太陽能技術(shù),中、美、德等國都在嘗試產(chǎn)業(yè)化推進(jìn),目前已呈現(xiàn)加速跡象。
據(jù)公開資料顯示,截至目前,漢能薄膜擁有1319件全球?qū)@夹g(shù),其中60%為發(fā)明專利,關(guān)鍵專利均已轉(zhuǎn)化應(yīng)用。漢能在全球范圍內(nèi)的薄膜技術(shù)研發(fā)人員超過1800名,其中包括一大批國內(nèi)外先進(jìn)半導(dǎo)體和光伏領(lǐng)域的頂尖科學(xué)家。
漢能柔性工業(yè)應(yīng)用事業(yè)部中國區(qū)總裁徐曉華在前述演講中也提及,跟一般光伏產(chǎn)品不一樣,漢能美國子公司MiaSolé組件是在一臺設(shè)備里完成了所有工藝,一臺設(shè)備單次生長產(chǎn)能超過1.2MW。“不銹鋼進(jìn)去,60分鐘后,芯片就出來了。另外,銅、銦和鎵三種元素性能差別太大,很難做出高質(zhì)量的三元靶材。全球只有兩家公司具備生產(chǎn)高質(zhì)量的三元靶材的能力,漢能是其中一家。漢能MiaSolé生產(chǎn)每一兆瓦的芯片,耗電遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于2015年光伏制造標(biāo)準(zhǔn);耗水只是制造標(biāo)準(zhǔn)的7%,能源回報期特別短。”
“得益于國內(nèi)量產(chǎn),2016年MiaSolé國內(nèi)的每瓦售價比去年降低了一半。到2018年,我們目標(biāo)是向市場提供和其它光伏產(chǎn)品一樣價格的產(chǎn)品。” 徐曉華表示。
跨界能力同樣也是現(xiàn)代企業(yè)能否躋身未來的重要指標(biāo)。
對標(biāo)谷歌的自動駕駛汽車、亞馬遜的智能生活系統(tǒng),華為發(fā)力基礎(chǔ)研究、百度進(jìn)入人工智能領(lǐng)域、漢能推出“移動能源+”,不僅引起了鄰近或相關(guān)產(chǎn)業(yè)的聯(lián)動和政策的配套,也表明了當(dāng)下中國企業(yè)具備了引領(lǐng)科技產(chǎn)業(yè)浪潮的魄力和實(shí)力。
領(lǐng)先一把,有何不可?
原標(biāo)題:深度解析移動能源 科技藍(lán)海誰可一騎絕塵