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华阳股份:全球首套 1MWh 钠离子电池储能系统投运

6月28日,全球首套1MWh钠离子电池储能系统投运仪式暨储能高端论坛在山西综改示范区举办。投运仪式上,华阳集团董事长翟红致辞时表示,“1MW h全球首台套钠离子储能系统成功投运,标志着华阳集团布局、引入、共建新能源储能上下游全产业链迈出坚实步伐,具有里程碑意义”。

资料显示,此次投运的1MW h全球首台套钠离子储能系统由华阳集团联合中科海纳公司共同打造,该系统核心钠离子电池,利用阳泉储量丰富、成本低廉的无烟煤作为前驱体,采用中科院全球首创的碳基负极材料生产技术和正极廉价原料加工工艺生产,具有成本最低、安全性能高、低温性能良好、循环寿命长等优势,可广泛应用于低速电动车、家庭储能、可再生能源接入、5G 通讯基站、数据中心等大规模储能装置。
钠离子电池储能系统由百千瓦时级进入兆瓦时级,意味着产品进入应用环节,兆瓦时级钠离子电池储能系统投入应用,再与光伏、风能联用,将为’碳达峰、碳中和’的实现作出很大贡献。未来将有望逐步取代铅酸电池,解决铅酸电池环境污染问题,同时与锂离子电池形成互补,缓解动力电池行业对境外锂资源的依赖。

山西资本圈了解到,中科海纳成立于2017年,是国际少数拥有钠离子电池核心专利与技术的电池企业之一,目前拥有以中国科学院物理研究所陈立泉院士、胡勇胜研究员为技术带头人的研究开发团队,聚焦低成本、长寿命、高安全、高能量密度的钠离子电池产品,华阳集团选择与中科海纳合作可谓是真正意义上的强强联合。

作为集团“掌门人”的翟红对新能源板块可谓寄予厚望:“希望将华阳的煤矿、化工和新材料产业装置,作为新能源储能领域新技术、新工艺、新装备的‘孵化场’、‘试验田’和‘集聚地’,推动更多新能源储能前沿性、革命性技术项目在华阳落地,打造全国具有比较优势,国际一流的新能源+储能示范基地。”

之后由中科海钠总经理唐堃介绍了项目基本情况,中国电力科学院电工与新材料所所长来小康、中关村储能产业技术联盟理事长俞振华致辞。致辞结束后各位嘉宾正式为世界首套 1 MWh 钠离子电池储能系统揭幅。

值得注意的是,华阳集团从此前的6月2日集团旗下上市公司华阳股份对外推出“光储网充示范工程”,到如今宣布1MW h全球首台套钠离子储能系统投运,前后不到一个月的时间,便对外宣布两大新能源“战果”,可谓“跑出”了华阳的“火箭”速度。对此,华阳集团强调未来会与山西综改示范区及众多企业合作,在综改区全面推广该项目,后延伸至全省乃至全国,为促进实现双碳目标,推动能源革命贡献华阳智慧。

山西资本圈此前介绍过,目前华阳集团旗下的光伏产业、飞轮储能和钠离子电池产品制造业务主要隶属于旗下子公司山西新阳清洁能源有限公司,该公司作为华阳集团旗下清洁能源主要业务板块,亦是公司重点培育对象。华阳集团此前提出“上市公司培育,培育上市公司”的相关发展部署,先借由上市公司平台——华阳股份培育新阳清洁能源公司,之后再将新阳清洁能源公司培育成独立上市公司。随着,新阳清洁能源公司钠离子电池储能项目、光储网充项目的逐步落地、推广,新阳清洁能源公司的未来也值得期待。

投运仪式结束后举行的储能论坛上,翟红展望了未来“新能源车用新能源电”的美好生活,并详细介绍了华阳集团旗下的新能源相关项目。之后,以中国工程院院士陈立泉为首的七位专家学者围绕新能源相关主题做了主题演讲。


事件1. 2021年4月13日,华阳股份公告称旗下子公司山西新阳清洁能源有限公司拟投资不超过1.4亿元与世界钠离子电池龙头企业中科海钠(出资1.1亿)在山西太原共建中国最大的“钠离子电池正负极材料4000吨”

事件2. 2021年4月20日,山西新阳清洁能源与中科海钠成立合资企业:山西华钠碳能有限公司、山西华钠铜能有限公司,股权占比45%。中科海钠董事长兼创始人胡勇胜担任上述俩家合资公司董事长。正式进军钠离子电池电极!

事件3. 2021年3月26日,穿透股权发现,华阳股份通过旗下梧桐树资本,参与了中科海钠的A轮融资,占据了3.3%股权

中科海钠成立于2017年,号称钠电池中的宁德时代,核心技术来源于中国科学院物理研究所清洁能源实验室,企业拥有多项钠离子电池核心专利,并先后多次获得国家级、省级创新成果荣誉奖项,在钠离子电池全生产链各个环节已掌握具有完全自主研发的核心技术,拥有完备的材料研发平台、百吨级钠离子电池正极和负极材料中试生产线、兆瓦时级钠离子电池中试生产线。目前产品已经在低速车、两轮车和5G基站领域率先开启应用。是世界领先的钠离子电池制造商之一。

目前中科海钠的产品已经商品化,且供不应求,可以上他官网看看

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  1. 华阳股份目前在新能源产业的布局有三个方面:

    1. 光伏组件

    2. 钠离子电池

    3. 飞轮储能。

    个人认为主要的看点是其中的光伏组件和钠离子电池。

    光伏组件:

    1. 产能:今年年底 5GW 产能的Topcon光伏组件生产线会投产,年产值大概在70亿左右。

    2. 客户资源:据范总说公司的下游客户资源非常丰富,集中式光伏组件准备供应给华能、华电、国电等公司。这些公司原本就是华阳的煤炭火电客户,和华阳的关系一直以来都很密切。这些客户现在也在向新能源发电运营商转型,在大力提高光伏发电装机容量。而且明后年将是Topcon光伏组件的换机大年,公司的光伏组件产能可以充分消化。

    3. 未来规划:未来有向上游电池和硅片拓展的规划

    钠离子电池:

    1. 市场目标:目前主要的市场目标是储能领域

    2. 技术支持:中科海纳(以及中科院物理所)。华阳此前投资中科海纳3.3%左右的股份,在前几个月对中科海纳进行了追加投资,目前持有中科海纳19.5%左右的股份。此外,华阳股份和中科海纳也成立了合资子公司,去共同打造钠离子电池生产线以及继续推动相关研发。

    3. 现阶段进展:2000吨纳铜铁锰基正极、2000吨无烟煤碳基负极材料已经在山西建设中,今年年底投产(大概可以生产0.8GW钠离子电池)。初期,钠离子电池将找电池厂商代工生产。明年计划自己建钠离子电池厂。此外,华阳和中科海纳合作生产的1MW钠离子电池储能系统已经在山西正式运行,该系统是全球首个MW规模的钠离子电池储能系统。而且据范总说已经在走并入电网的审批。

    4. 华阳股份和中科海纳合作的钠离子电池的技术指标:

    (1)能量密度150WH/KG (宁德时代发布的钠离子电池能量密度为160WH/KG)

    (2)循环次数 4500次,实验室环境达6000次以上 (宁德时代未公布这个指标)

    (3)充电性能、电池适应的环境温度和宁德时代电池的类似,高低温性能优异(比锂电池环境适用温度范围宽)、具备快充能力。

    (4)安全性能好,在针刺、挤压等情况下不会出现着火、爆炸(安全性能也是储能电池的重要指标)

    (5)成本:范总提到他们测算他们的钠离子电池储能的成本可以做到比磷酸铁锂电池储能成本低 0.1元左右/WH。

    (6)中科海纳是全球钠离子电池研发的排头兵,拥有很多钠离子电池的专利,其研究人员也发过钠离子电池相关技术的Nature论文,最重要的是已经有实际的商业化产品。结合华阳和中科海纳钠离子电池生产线的进度,我认为他们目前在钠离子电池领域的进度是比宁德时代还快的。

    5. 钠离子电池的客户资源:和光伏组件的客户资源基本一致,华能、华电、国电等和公司本来就有密切合作关系的新能源发电运营商。在电池生产线产能释放后还会继续开拓市场。

    6. 钠离子电池项目的远期规划:2025年新型储能规模会在30GW以上(目前是3GW),结合目前的现状,其中绝大部分会是电化学储能。如果按照2-3小时的储能配置,2025年的新能储能规模在60-90GWH左右。据范总介绍,他们在钠离子电池领域的目标很宏大,目标结合自身的技术优势、成本优势、客户优势、政策优势,占到储能电池领域20%以上的份额。钠离子正负极、电芯生产线后续也会继续扩产。

    7. 政策支持:范总提到,从国家层面、山西省层面都大力支持华阳集团向新能源产业转型。为其提供了税收、土地、电价等优惠政策,希望华阳集团能够做传统能源企业向新能源企业转型的排头兵。公司的一个发展理念是以上市公司培育上市公司,咬住钠离子电池项目积极布局大力推进。

    8. 资金支持:华阳股份近几年每年依靠原本的煤炭主业盈利15-20亿,公司资金实力雄厚,目前可采的煤矿储量 40多亿吨,这也是他们发展新能源产业的底气所在。

    最后再结合个人对储能行业的认知分析一下华阳股份未来在储能行业的优势:(1)目前电池在储能系统里成本占据58%左右,钠离子电池的几个特点让其十分适合应用在储能领域(低成本、150的能量密度、安全性高、适应环境温度范围广、充电快等),而且钠离子电池有专利保护所以竞争格局上来看是要好于储能变流器的。(2)华阳和中科海纳的钠离子电池技术国内外领先、产业化进度快。(3)客户资源多。(4)有地方政策支持。

  2. 华阳股份4月14日发布公告称,公司全资子公司山西新阳清洁能源有限公司(以下简称“新阳能源”)拟投资新建“钠离子电池正极材料千吨级生产项目”“钠离子电池负极材料千吨级生产项目”两个项目,总投资预计分别不超过8000万元和6000万元。

    华阳股份表示,新阳能源此次投资是为进一步加强对绿色清洁能源领域的研究,延伸产业链条,实现“碳基原材料+清洁能源”的一体化升级。钠离子电池及其关键材料是国家战略性新兴产业鼓励发展的方向,此次新建项目将综合利用阳泉丰富优质的无烟煤资源,推动新材料产业集群向高端、绿色、节能、环保迈进。

    具体操作方面,新阳能源两项目均拟通过与有行业优势的主体合资成立子公司方式,在太原综改区潇河园区内进行建设。

  3. $华阳股份(SH600348)$ 执着“钠”十年 钠离子电池迎来“破晓” 如果失败了呢?”

    “成与不成,这辈子只干这一件事。”

    当众多人聚焦锂离子电池的时候,他把目光转向了“冷门”的钠离子电池,这“一眼”就是10年,也是这“一眼”打开了钠离子电池产业化的大门。此时的胡勇胜,不仅是中国科学院物理研究所研究员,还是中科海钠的创始人。

    不久前,中科海钠生产的全球首款具备自主知识产权的钠离子电池实现量产,目前电芯产能可达30万只/月。

    全球首辆钠离子电池低速电动车亮相中科院物理所九十周年所庆

    从“一枝独秀”到“珠联璧合”

    历经200余年的电池在新一轮能源革命中迎来“大浪淘沙”。二十世纪九十年代,在众多二次电池中,锂离子电池率先抓住机遇强劲发展。

    据中关村储能产业技术联盟2019年统计数据显示:在全球电化学规模储能示范项目中,锂离子电池的占比高达80%。

    然而锂离子电池却面临无法回避的“天花板”。“在二次电池中,锂离子电池的性能虽是最好,但锂资源的储量有限,且70%分布在南美洲,而目前我国80%锂资源依赖进口。锂离子电池难以兼顾电动汽车和电网储能两大产业。”胡勇胜告诉《中国科学报》。

    “一枝独秀”的锂离子电池已无法全面改变传统能源结构,“百花齐放”的二次电池中,替代或补充锂离子电池的储能技术成为国际新能源技术的竞争热点。

    不仅如此,曾经的“主力队员”铅酸电池因其不可避免的环境污染及无法满足新国标标准面临“退役”问题,2019年4 月,《电动自行车安全技术规范》强制性国家标准规定电动自行车的整车质量(含电池)不高于55kg,但目前市场上铅酸电池电动自行车重量普遍超70kg。

    “目前碳酸锂大概4万元/吨,如果用锂离子电池替代铅酸电池,电动自行车的成本将大幅上涨。而碳酸钠平均仅有2千元/吨,用钠离子电池替代铅酸电池的优势显而易见。”胡勇胜告诉记者。

    在胡勇胜看来,钠离子电池具备低成本、长寿命和高安全性能等优势,不仅能在一定程度上成为锂离子电池的补充,缓解锂资源短缺的问题,还能逐步替代环境污染严重的铅酸电池,保证国家能源安全和社会可持续发展。

    值得一提的是,钠离子电池巨大的储能市场还包括光伏、风能等新能源接入储存系统。据了解,2018年我国弃光、弃风、弃水电量共计1022亿度电。胡勇胜指出:“储能是智能电网的重要环节,钠离子电池因其成本及资源优势将在大规模储能市场中大有作为。”

    “此外,钠离子电池凭借其诸多优势还有望在低速电动车、电动船、数据中心、通讯基站、家庭/工业储能领域快速发展。”胡勇胜表示。

    钠离子电池电动自行车在中科院物理所开展内部测试

    中科院物理所和中科海钠设计制造的全球首辆钠离子电池低速电动车

    “要做用户最需要的”

    近年来,国际领域纷纷加码钠离子电池研发。2020年,美国能源部明确将钠离子电池作为储能电池的发展体系;欧盟储能计划“电池2030”项目将钠离子电池列在非锂离子电池体系的首位。

    实际上,在胡勇胜团队开展钠离子电池研究时,虽然钠离子电池不是热门领域,但已有其他团队在研究,但胡勇胜给自己定了“做科研就要做用得上的研究,做用户最需要的钠离子电池”的目标。

    “我们要做老百姓能买得起的低成本、高安全的电池。”为此,降低电池正负极材料成本成为胡勇胜团队首先思考的重要课题。实际上,目前锂离子电池常用的活性元素是Ni和Co,但成本较高,能否找到又有活性成本又低的元素替代呢?通过不断的研究,胡勇胜团队惊喜地发现Cu在钠离子电池中不但具有活性,而且成本只有Co的1/4和Ni的1/2,正是替代Ni和Co的“完美”元素,经过多年的探索,胡勇胜团队最终成功研制出Cu基钠离子层状氧化物正级材料。

    挑战接踵而至,能否降低钠离子电池负极材料成本呢?“当时,石墨作为成熟的锂离子电池负极材料却几乎不具备储钠能力;无定形硬碳是众多研究的焦点,但价格较高。通过对碳源前驱体进行调研,我们发现无烟煤的成本平均1800元/吨,如果用无烟煤制备无定形碳负极材料将有利于大幅降低电池成本。基于这样的考虑,我们立即开始实验,最终研制出了无烟煤基钠离子电池负极材料。”胡勇胜回忆道。

    在团队成员、中科院物理所副研究员陆雅翔看来,成功降低钠离子电池成本的关键在于敢于另辟蹊径、大胆创新。“在当时,国内外对钠离子电池的研究主要集中于借鉴锂离子电池的研发思路,所以迟迟没有突破性的进展,我们没有跟随大家的脚步,而是另辟蹊径,大胆尝试,挑战别人忽视的、认为不可能的道路。”

    在攻克钠离子电池正负极材料成本问题后,胡勇胜团队继续深入挖掘钠离子电池的其他优势,发现钠离子电池不仅拥有更好的安全性,在遇到零下40度的低温时,钠离子电池汽车还能释放80%的电量,比锂离子电池汽车更加“耐寒”。“此外,钠离子电池汽车充电速度更快,仅需20分钟,接下来将挑战10分钟的充电速度。”胡勇胜告诉记者。

    对于电池制备而言,建立完整的生产线不仅重要而且投资巨大,值得一提的是,钠离子电池可以直接使用锂离子电池的生产线,无需重建。“不久前,我们使用锂离子电池生产线生产了8万支钠离子电池。正因为可以直接使用锂离子电池的生产线,钠离子电池市场化的速度将更快,可以站在前人的‘肩膀’上,我们也无比感激。“胡勇胜表示。

    目前,胡勇胜团队在钠离子电池正负极材料、电解液等关键材料体系和电芯制造、装配工艺等工程技术上都已具备完全自主研发能力,产品核心专利已获得中国、美国、欧盟等多个国家和地区的。

    中科院物理所和中科海钠设计制造的全球首座百千瓦时钠离子电池储能电站

    眼前有产业 脚下有科研

    实际上,胡勇胜与物理所的缘分已有20年。2001年,胡勇胜便来到物理所攻读博士学位,师从陈立泉院士,也正是这一份师生谊改变了胡勇胜未来的职业生涯。

    博士毕业后,胡勇胜先后到德国和美国进修,就在完成学业之时,陈立泉联系胡勇胜,希望他能回到物理所工作。

    “我毫不犹豫地就回来了,因为我的导师和团队凝聚力。陈老师始终心系国家能源安全,从长远出发推动电动中国梦想的实现,不畏困难,敢于挑战,这种家国情怀和科研精神令我敬佩。此外,陈老师满心栽培学生,他带领下的团队有激情、有梦想、有情怀,我非常喜欢团队的科研氛围。”胡勇胜回忆道。

    在当时,团队成员都为自己设定了研究方向和目标,“做用户最需要的钠离子电池,这辈子只做这一件事”正是胡勇胜为自己定的目标。

    “当时国内的科研条件随着国家的发展有了很大的改善,此外,中科院也提供了很好的科研平台和转化平台,作为科研人员,如果我们还不能做出点成绩,就真的太对不起国家,对不起老师了。”胡勇胜坦言,“实际上,我也想过可能失败,但如果大家都在观望一个领域时,它可能是机遇,如果大家都已经开始做了,可能它就不再是机会了。”

    树立目标容易,将目标变成现实并非易事。付诸实践的头几年,是胡勇胜最困难也最难忘的时光。“由于国际上关于钠离子电池的研发并没有实质性进展,很多要从零开始。那些年,我们每天都在挖空心思地研究钠离子电池技术,’早晨捧着希望来,晚上带着失望归是常态,那是研发最困苦的时期,也是我最安静思考且难忘的时光,这为钠离子电池成功研发奠定了坚实的基础。”胡勇胜回忆时感慨道。

    在胡勇胜看来,产业化与做科研完全不同,“基础研究强调前沿性,而产业化要做以用户为导向和市场需要的产品,不能为了新而新。此外,实验室研究阶段很多问题是看不见的,而当进入工程化阶段后,要保证产品的一致性和稳定性是很有挑战的事情。”

    酒香也怕巷子深,寻找投资人和合作者,为科研成果注入转化资本,是每个科研成果转化征程中的必经且不易之路。产业化初期,出差作报告、谈合作、找厂家是胡勇胜的常态,为此他幽默地说道:“那些年,我不是在出差,就是在出差的路上。”

    在陆雅翔看来,不管再忙,胡勇胜都会“挤”时间思考电池的技术研究,跟团队探讨灵感和难点,“胡老师总有用不完的精力,即使再忙他都会利用零碎的时间阅读最新文献,关注科研最新动态,思考问题的解决方案,这种勤奋和科研热情也激励着团队。”

    随着钠离子电池产品的优越性能和低廉成本逐渐被国内外所认可,胡勇胜也从最初的主动找合作,转变为越来越的合作“找上门”,产业化的“羊肠小道”逐渐走成了“康庄大道”。

    十年磨一剑,今年,是胡勇胜团队深耕钠离子电池的第10年,也是中科海钠市场化的“破晓”之刻,他对未来充满了期待,期待钠离子电池走进寻常百姓家,期待钠离子电池成为守护国家能源安全的“主力军”,“但科研是产业化的基础,在带领团队产业化的同时,还必须潜心科研,为钠离子电池实现充电更快、能量密度更大、安全性更高、成本更低的未来夯实基础。“

    “高山仰止,景行行止,虽不能至,然心向往之。“胡勇胜感慨道。

    中国科学报 田瑞颖