新型电力系统专家解读纪要
专家
风光增加后，谐波等安全性隐患问题也会加剧；电力系统的安全稳定供电也有难度，因为新能源可调性比较差。
电力系统的基本特点，1）时间维度上，保证发输配用都保持时刻的平衡，包括有功功率、无功功率。新能源大规模并网后，都是通过电力电子器件连接的，会加剧平衡的难度；2）空间维度上，三北地区的风光资源最丰富，西南是水电，中东部是电力需求核心，要求电力系统具备跨省跨区的能力，是特高压的发展逻辑。3）未来碳中和目标之下，电力平衡是指未来全社会最大的用电负荷是多少，根据这个去规划未来一定时间内的装机负荷规模，风光的波动比较大，对电力平衡支撑比较弱，所以需要水电、核电、储能、火电去进行最大负荷的平衡支撑，如果这个保证不了，会出现拉闸限电的现象。
新型电力系统最大的特点是新能源高比例的装机，新能源的强随机性、波动性、电力电子器件接入的特点（火电、气电是旋转设备接入的，是有旋转惯性的，可以产生无功功率）。
1）一低：低的转动惯性，新型电力系统会更脆弱；
2）双高：高比例可再生能源+高比例的电子电力装备，电力电子对电力系统影响很大，传统电网不欢迎大量电力电子器件接入电网，比如大量谐波的产生，电网电压频率发生变化之后电力电子器件会主动解裂加剧电网的脆弱；
3）双峰：提高终端电气化比例，夏天、冬天都会是用电高峰；
4）双随机：电源侧、用户侧都会向随机化变化，对电力系统的实时平衡会有很大的挑战。
解决挑战的方式：
1）全国层面优化电力资源格局，新能源的最好利用方式是就地消纳，大规模跨区域运输，需要解决风光的出力稳定性，或者特高压建设（特高压的利用率会比较低，特高压设计的利用小时大概5000+小时，但是风光发电小时1000-2000+小时），目前很多电解铝企业把产能迁到三北、数据中心也去新能源分布比较多的地区；
2）发电侧需要考虑新的技术，新能源出力难以预测，涉及到新能源预测的技术，或者配一些转动惯性来配合新能源的出力；
3）电网侧，需要做到发电和用电的实时平衡，以及清洁能源的大量消纳，资源优化配置；
4）用户侧会有新的形态出现，电能质量会有变化，会影响用电设备的质量和寿命，但是在一个逐步显现的过程；未来充电桩也会有交互的作用，配网潮流都会发生变化，对于配网的结构也需要改造；
5）储能侧，不同储能路线的应用场景也不太一样。
电网的建设方面，和十三五期间没有太大的变化，特高压、配网改造这些还是十四五的重点建设任务，抽蓄是新增量。总投资方面，未来十四五的电网投资总量和十三五相比增长大概7-8%，其中配电网会作为投资主体，占到60%以上的投资占比（十三五大概50%以上的占比），会更偏向数字化、智能化的产品，所以接入电网的设备都要做到可观可测可控，还有智能终端设备也会比较大，包括传感器、在线检测、故障诊断、一二次融合等等；特高压方面十四五期间投资量和十三五相比有所增长，增长幅度不是特别大，但是从开工线路数量要低于十三五期间（十三五期间特高压投运31条特高压，国网27条；十四五目前大概7条直流，交流继续建设受端网架），特高压目前利用率比较低，可能因为电源建设比较落后等等，利用小时数2025年要达到4500小时。此外，终端负荷侧目前5%的响应总量，2025年达到10%的响应能力，大约对应6000多万KW的调控能力结余；未来要推动储能的商业化发展，让其发挥越来越大的作用。
问答
1、配网投资的主要方向？
配网总体投资规模超过1万亿元，占到电网投资60%以上，具体方向：1）配电网自身的扩容改造，终端电气化、充电桩接入之后对于电网容量提出新的要求；2）配网数字化，十四五末要实现所有接网设备的全状态感知，需要大量的在线检测和数字化技术；3）电能质量改善方面，各类补偿装置（电容、电感器、SVC、SVG等等），会随着新能源占比提升而大幅度增加。
未来新型电力系统会越来越往配电网领域集中。因为，储能技术未来理论上完全解决的话，会对主网产生比较大的影响。
2、配网这块产品的竞争格局？
这一块能做的企业数量确实比较多，但是不同企业的质量不一样；比如在线检测，设备可靠性、监测准确性都是有差异的；另外，市场也是足够大的市场，可以孕育出很多企业，会成为一个多元化的竞争格局。
3、电化学储能的市场空间？
抽蓄之前印发的文件，十四五末累计6200万千瓦，2030年1.2亿千瓦；分布来看目前主要是华南、中东部，在西北地区没有项目，应该主要是场址资源比较有限；所以抽蓄和新能源地区上是不匹配的。抽蓄定位是电网侧的区域性的储能设施，比较难为几个新能源基地去做调峰调频。
火电灵活性改造十三五建设不及预期，主要是电力辅助服务市场没有建设完全，未来需要依靠电力辅助服务市场，不然火电企业不愿意做这个改造，因为要做污染物排放控制以及利用小时数会下降。未来还是一个非常重要的支撑，国家会去解决这个问题。预计未来会保留一批火电机组进行兜底。
新型电化学储能，2025年达到3000万千瓦，2030年达到1亿千瓦装机，2030年之后新型储能装机肯定要超过抽蓄；考虑电力平衡，预计未来储能要到9-10亿千瓦的需求，抽蓄总量有限，中长期4亿千瓦（最后落实多少也是一个疑问），剩下的就是新型储能。十四五是新型储能的发展期。
4、柔性直流等新技术未来的发展展望？
柔性直流个人认为是电网未来升级的必然趋势，电网和电力电子技术是密不可分的，现在的IGBT，下一代的SiC的产品都代表新一代电力电子技术；IGBT柔直可以解决新能源无功补偿的问题，柔直对新能源适应性更好。
目前主要问题是造价比较贵，目前柔直的单位造价是常规直流的1.8倍左右，最新的线路有的可能降到1.5倍左右；技术目前还是以示范为主，国内柔直有7条示范线路，早期的线路示范效果不是特别好，最新投产的线路运行情况还是比较稳定的。
柔直还是需要待进一步进行技术认证和成本降低，未来有望成为主流技术。欧洲目前新能源装机比例非常高，欧洲新建的还是以柔直为主。
5、火电未来保留的量？
新能源取决电量平衡，火电取决电力平衡，所以需要取决于2060年的最大用电负荷，再减去水电、燃气、储能等等剩下的就是火电的。之前清华那边研究是未来火电6亿千瓦的量，个人判断可能高于6亿千瓦的规模。
具体机组方面，个人建议30万以下的可以关停；30万等级要充分利用，因为30万等级是调峰性能最优的等级；60万、100万机组要尽可能做为基础机组。
6、电源侧、电网侧储能的差异？
模式不一样，比如电网侧需要考虑建设成本的问题，抽蓄是最主要推动的，因为抽蓄有两部电价有明确收益；新型储能电网侧没有太大的积极性，因为没有明确的投资回报的模式（个人认为短期改变可能比较困难，因为新型储能要有可对比的行业标准，所以短期比较难，未来肯定是可预期的）；发电侧目前有强制性的政策要求，这个是硬性要求，比如之前提到的15%容量。
从美国来看，没有所谓的电网、电源侧储能，都是独立第三方，可以给电网、电源、用户提供服务，基于比较完善的电力市场，比如一个储能项目可以一年就运行几十小时，因为电价高也可以支撑运行下去了。共享储能要有比较合适的电力市场，目前国内电力市场还是差强人意的，建设比较滞后，还是政府管制的市场；共享储能要和不同利益主体去谈判，可能存在利益分配的问题。
综合看，国内发电侧储能政府比较好抓，比较好推动；电网侧需要技术再进步；用户侧因为峰谷价差拉大后具备盈利能力，是一个市场化的行为；独立共享储能项目还在示范过程中。
7、电价短期、长期的机制判断？
电价会尽可能往终端用户去疏导，目前主要通过峰谷电价、阶梯电价拉开价差去传导，短期居民电价应该是不会去动的。
中长期看，成本还是会上升的，估计还要往终端去传导的。
8、配网建设的节奏？
配网建设是新形势下的新要求，十三五配网中一半是农网改造，新型电力系统之下对于配电网提出更高的要求，预计未来需要发生大规模的投资，是未来新的方向和要求，是即将要发生的状态。国网未来还没有明确的针对配电网的规划，都是还是在总体规划下的内容，比如加大配电网建设投入，适应分布式能源、微电网的需要等等。很多问题都还是一个时间的过程，比如终端电能质量短期问题还不是很大，但是随着时间会凸显。
今年上半年南网明确提出在有些负荷中心要配置无功补偿装置改善电能质量。
9、目前的风光清洁能源的装机水平，电网有感受到压力吗？电网目前对于这块建设升级的迫切性如何？
内部迫切性还是比较高的，但目前新能源的发展目标还是比较稳健的；这个里面整县光伏对于配网的并网消纳要求还是比较高的，现在676个县在做整县推进，在开发之前要先拿到电网接入文件，项目报了之后说明可以满足当地电网的接入能力（申报试点的时候理论上要和电网公司沟通过，但是有没有拿到入网文件不太确定）。
专家
风光增加后，谐波等安全性隐患问题也会加剧；电力系统的安全稳定供电也有难度，因为新能源可调性比较差。
电力系统的基本特点，1）时间维度上，保证发输配用都保持时刻的平衡，包括有功功率、无功功率。新能源大规模并网后，都是通过电力电子器件连接的，会加剧平衡的难度；2）空间维度上，三北地区的风光资源最丰富，西南是水电，中东部是电力需求核心，要求电力系统具备跨省跨区的能力，是特高压的发展逻辑。3）未来碳中和目标之下，电力平衡是指未来全社会最大的用电负荷是多少，根据这个去规划未来一定时间内的装机负荷规模，风光的波动比较大，对电力平衡支撑比较弱，所以需要水电、核电、储能、火电去进行最大负荷的平衡支撑，如果这个保证不了，会出现拉闸限电的现象。
新型电力系统最大的特点是新能源高比例的装机，新能源的强随机性、波动性、电力电子器件接入的特点（火电、气电是旋转设备接入的，是有旋转惯性的，可以产生无功功率）。
1）一低：低的转动惯性，新型电力系统会更脆弱；
2）双高：高比例可再生能源+高比例的电子电力装备，电力电子对电力系统影响很大，传统电网不欢迎大量电力电子器件接入电网，比如大量谐波的产生，电网电压频率发生变化之后电力电子器件会主动解裂加剧电网的脆弱；
3）双峰：提高终端电气化比例，夏天、冬天都会是用电高峰；
4）双随机：电源侧、用户侧都会向随机化变化，对电力系统的实时平衡会有很大的挑战。
解决挑战的方式：
1）全国层面优化电力资源格局，新能源的最好利用方式是就地消纳，大规模跨区域运输，需要解决风光的出力稳定性，或者特高压建设（特高压的利用率会比较低，特高压设计的利用小时大概5000+小时，但是风光发电小时1000-2000+小时），目前很多电解铝企业把产能迁到三北、数据中心也去新能源分布比较多的地区；
2）发电侧需要考虑新的技术，新能源出力难以预测，涉及到新能源预测的技术，或者配一些转动惯性来配合新能源的出力；
3）电网侧，需要做到发电和用电的实时平衡，以及清洁能源的大量消纳，资源优化配置；
4）用户侧会有新的形态出现，电能质量会有变化，会影响用电设备的质量和寿命，但是在一个逐步显现的过程；未来充电桩也会有交互的作用，配网潮流都会发生变化，对于配网的结构也需要改造；
5）储能侧，不同储能路线的应用场景也不太一样。
电网的建设方面，和十三五期间没有太大的变化，特高压、配网改造这些还是十四五的重点建设任务，抽蓄是新增量。总投资方面，未来十四五的电网投资总量和十三五相比增长大概7-8%，其中配电网会作为投资主体，占到60%以上的投资占比（十三五大概50%以上的占比），会更偏向数字化、智能化的产品，所以接入电网的设备都要做到可观可测可控，还有智能终端设备也会比较大，包括传感器、在线检测、故障诊断、一二次融合等等；特高压方面十四五期间投资量和十三五相比有所增长，增长幅度不是特别大，但是从开工线路数量要低于十三五期间（十三五期间特高压投运31条特高压，国网27条；十四五目前大概7条直流，交流继续建设受端网架），特高压目前利用率比较低，可能因为电源建设比较落后等等，利用小时数2025年要达到4500小时。此外，终端负荷侧目前5%的响应总量，2025年达到10%的响应能力，大约对应6000多万KW的调控能力结余；未来要推动储能的商业化发展，让其发挥越来越大的作用。
问答
1、配网投资的主要方向？
配网总体投资规模超过1万亿元，占到电网投资60%以上，具体方向：1）配电网自身的扩容改造，终端电气化、充电桩接入之后对于电网容量提出新的要求；2）配网数字化，十四五末要实现所有接网设备的全状态感知，需要大量的在线检测和数字化技术；3）电能质量改善方面，各类补偿装置（电容、电感器、SVC、SVG等等），会随着新能源占比提升而大幅度增加。
未来新型电力系统会越来越往配电网领域集中。因为，储能技术未来理论上完全解决的话，会对主网产生比较大的影响。
2、配网这块产品的竞争格局？
这一块能做的企业数量确实比较多，但是不同企业的质量不一样；比如在线检测，设备可靠性、监测准确性都是有差异的；另外，市场也是足够大的市场，可以孕育出很多企业，会成为一个多元化的竞争格局。
3、电化学储能的市场空间？
抽蓄之前印发的文件，十四五末累计6200万千瓦，2030年1.2亿千瓦；分布来看目前主要是华南、中东部，在西北地区没有项目，应该主要是场址资源比较有限；所以抽蓄和新能源地区上是不匹配的。抽蓄定位是电网侧的区域性的储能设施，比较难为几个新能源基地去做调峰调频。
火电灵活性改造十三五建设不及预期，主要是电力辅助服务市场没有建设完全，未来需要依靠电力辅助服务市场，不然火电企业不愿意做这个改造，因为要做污染物排放控制以及利用小时数会下降。未来还是一个非常重要的支撑，国家会去解决这个问题。预计未来会保留一批火电机组进行兜底。
新型电化学储能，2025年达到3000万千瓦，2030年达到1亿千瓦装机，2030年之后新型储能装机肯定要超过抽蓄；考虑电力平衡，预计未来储能要到9-10亿千瓦的需求，抽蓄总量有限，中长期4亿千瓦（最后落实多少也是一个疑问），剩下的就是新型储能。十四五是新型储能的发展期。
4、柔性直流等新技术未来的发展展望？
柔性直流个人认为是电网未来升级的必然趋势，电网和电力电子技术是密不可分的，现在的IGBT，下一代的SiC的产品都代表新一代电力电子技术；IGBT柔直可以解决新能源无功补偿的问题，柔直对新能源适应性更好。
目前主要问题是造价比较贵，目前柔直的单位造价是常规直流的1.8倍左右，最新的线路有的可能降到1.5倍左右；技术目前还是以示范为主，国内柔直有7条示范线路，早期的线路示范效果不是特别好，最新投产的线路运行情况还是比较稳定的。
柔直还是需要待进一步进行技术认证和成本降低，未来有望成为主流技术。欧洲目前新能源装机比例非常高，欧洲新建的还是以柔直为主。
5、火电未来保留的量？
新能源取决电量平衡，火电取决电力平衡，所以需要取决于2060年的最大用电负荷，再减去水电、燃气、储能等等剩下的就是火电的。之前清华那边研究是未来火电6亿千瓦的量，个人判断可能高于6亿千瓦的规模。
具体机组方面，个人建议30万以下的可以关停；30万等级要充分利用，因为30万等级是调峰性能最优的等级；60万、100万机组要尽可能做为基础机组。
6、电源侧、电网侧储能的差异？
模式不一样，比如电网侧需要考虑建设成本的问题，抽蓄是最主要推动的，因为抽蓄有两部电价有明确收益；新型储能电网侧没有太大的积极性，因为没有明确的投资回报的模式（个人认为短期改变可能比较困难，因为新型储能要有可对比的行业标准，所以短期比较难，未来肯定是可预期的）；发电侧目前有强制性的政策要求，这个是硬性要求，比如之前提到的15%容量。
从美国来看，没有所谓的电网、电源侧储能，都是独立第三方，可以给电网、电源、用户提供服务，基于比较完善的电力市场，比如一个储能项目可以一年就运行几十小时，因为电价高也可以支撑运行下去了。共享储能要有比较合适的电力市场，目前国内电力市场还是差强人意的，建设比较滞后，还是政府管制的市场；共享储能要和不同利益主体去谈判，可能存在利益分配的问题。
综合看，国内发电侧储能政府比较好抓，比较好推动；电网侧需要技术再进步；用户侧因为峰谷价差拉大后具备盈利能力，是一个市场化的行为；独立共享储能项目还在示范过程中。
7、电价短期、长期的机制判断？
电价会尽可能往终端用户去疏导，目前主要通过峰谷电价、阶梯电价拉开价差去传导，短期居民电价应该是不会去动的。
中长期看，成本还是会上升的，估计还要往终端去传导的。
8、配网建设的节奏？
配网建设是新形势下的新要求，十三五配网中一半是农网改造，新型电力系统之下对于配电网提出更高的要求，预计未来需要发生大规模的投资，是未来新的方向和要求，是即将要发生的状态。国网未来还没有明确的针对配电网的规划，都是还是在总体规划下的内容，比如加大配电网建设投入，适应分布式能源、微电网的需要等等。很多问题都还是一个时间的过程，比如终端电能质量短期问题还不是很大，但是随着时间会凸显。
今年上半年南网明确提出在有些负荷中心要配置无功补偿装置改善电能质量。
9、目前的风光清洁能源的装机水平，电网有感受到压力吗？电网目前对于这块建设升级的迫切性如何？
内部迫切性还是比较高的，但目前新能源的发展目标还是比较稳健的；这个里面整县光伏对于配网的并网消纳要求还是比较高的，现在676个县在做整县推进，在开发之前要先拿到电网接入文件，项目报了之后说明可以满足当地电网的接入能力（申报试点的时候理论上要和电网公司沟通过，但是有没有拿到入网文件不太确定）。
（接上）长期跟踪风能的投资者今晚都在关注福建漳州的5000万千瓦（也就是50GW）海上风电大基地方案的这条新闻。今天传的这条新闻，涉及的风电设备类上市公司是金风科技。又有人查到相关消息最早出现于6月份，当时涉及到的风电设备类上市公司是明阳智能，金风科技。我突然想起今天上午金风科技和明阳智能突然拉升的分时图，是否与这条消息有关呢？假设金风科技明早又领涨，那今天冲高回落就是一种故意示弱（也称“主力试盘”的行为），我很可能就要去追。（感兴趣的朋友可以按截图的内容去百度）
#微博新知博主##电动汽车#
电动汽车的资源约束
首发汽车之家 >>>
越来越多车企提出全电动化目标，特斯拉前联合创始人则提醒：目标很美好，但在供应链问题上要确保管理到什么程度（甚至要追溯到矿山），他们并没有完全计划清楚。
本篇文章想探讨在车企大规模推电动车的计划下，电池供应链的保障面临哪些挑战，车企有哪些应对案例，给行业一些参考经验等。
1）发展情况
从历史来看，电动汽车在全球在飞速扩展，2020年底，全球一共有1000万辆电动汽车的存量（中国540万、欧洲330万、美国180万，其他地区80万）。但是从2021年开始，每年新增的电动汽车在加速，1-9月中国215.7万辆、美国42.44万台，欧洲157.87万，这三个市场前三个季度就有416万台，按照这个速度2021年一整年550万台，全球冲击600万台一年，这个数据几乎是之前电动汽车存量的一半。
▲ 图1.中国占了全球一半的电动汽车的存量
在所有的汽车企业都把电动汽车作为未来主要开发方向，全力以赴开发电动汽车的时候，接下来的问题就是，支撑电池的材料够不够？
▲图2.IEA统计的世界主要车企的计划
增长速度可以用数据来进行核对：2020年全球电池的需求才150GWh左右，可是中国9月份动力电池产量共计23.2GWh，1-9月产量134.7GWh，这基本和之前全球电动汽车一年的需求相当，电池的需求膨胀速度太快了。
▲ 图3.全球电池市场需求
2）材料的需求
所以，我们回溯5月份IEA写的电池资源约束报告《The Role of Critical Minerals in Clean Energy Transitions》，详细叙述了上端锂、镍、钴还有稀土都制约着电动汽车大发展。
其实从这张图里面，我们能发现随着电动汽车和电池的爆发，对于上游资源端的需求是存在瓶颈的，而且这个问题涉及到长周期的资源开采问题，归纳下来主要涉及到铜、镍、钴和稀土这些核心材料。
▲ 图4.石油天然气到电池工业的资源、精炼和加工国
根据纯电动汽车的发展，我们可以大致估算下使用量，单车锂的用量约为10kg，镍的用量50kg，钴大概也在10kg左右。
▲ 图5.IEA对于金属材料的需求分解
从电芯的拆解核算也可以来做一个分解，以特斯拉用的LG的产品为例，大概材料可以分解下，51.75kWh，根据拆解来看，电芯的重量为201.68kg，对应的正极材料的重量为80kg，对应的镍的重量为65.57kg，钴的重量为4.8kg。
如果我们按照三元的51.75kwh作为基准，100万台Model 3 三元版本（51GWh），需要的镍6.5万吨镍，0.48万吨钴。2020年全球钴产量为14万吨，大概是这个数据。
▲ 图6.特斯拉三元NCM811电芯的重量分解
如果从一个相对更为宏观的角度切入，引用中国地质调查局全球矿产资源战略研究中心发布《全球锂、钴、镍、锡、钾盐矿产资源储量评估报告（2021）》的数据来看：
全球锂矿（碳酸锂）储量1.28亿吨，资源量3.49亿吨，主要分布在智利、澳大利亚、阿根廷、玻利维亚等国。
钴矿储量668万吨，资源量2344万吨，刚果（金）、印度尼西亚、澳大利亚等国最为富集。镍矿储量9063万吨，资源量2.6亿吨，印度尼西亚位居全球储量第一，澳大利亚、俄罗斯等国资源丰富。
▲ 图7.全球电池主要电池需求金属的供给企业
从消费端来看，2020年全球锂（碳酸锂）消费量约40万吨、钴约17万吨、镍约240万吨。相对于现有储量，全球锂、镍、钾盐资源保障程度较高，钴的保障程度相对较低。从目前的实际情况来，如果中国或者全球，大量使用磷酸铁锂的方案作为入门电动汽车的方案，整体电池的需求其实是可以保证的。
3）什么是普适的技术路线？
可以说，正是国内选择了更普世的磷酸铁锂替代三元作为主流方案，才使得这段时间整体碳酸锂价格飙涨，但是钴价基本没有大的涨幅的核心原因，数据显示9月国内动力电池装机数据显示，9月三元电池装车6.14GWh，磷酸铁锂电池共计装车9.54Wh，磷酸铁锂电池连续3个月在装车量方面领先于三元电池。产量方面9月三元电池产量9.63GWh，占总产量 41.56%；磷酸铁锂电池产量 13.51GWh，占总产量58.31%，这是连续第五个月磷酸铁锂电池产量超过三元电池。中国正是领先全球做了一次探索性的实验来确认技术路线的更迭。
▲ 图8.三元和磷酸铁锂的2021年对比
4）电池企业和车企的资源端行动
布局锂、钴、镍等关键资源，已经成为电池企业的主要手段，这方面还是中国电池企业在巨大的需求和价格涨幅面前，成为了一项基本的内容。
• 以宁德时代为例：
2018年3月通过全资孙公司加拿大时代持有北美锂业 43.59%的股权；
2018年4月通过加拿大时代参股北美镍业，持股25.38%；
2019年9月通过香港时代认购澳大利亚锂矿企业Pilbara Minerals公司1.83亿普通股，占总股本的8.5%；
2021年9月宣布拟在江西省宜春市建立锂电池生产基地，而宜春被称为“亚洲锂都”。
而围绕高镍做开发的LG化学与现代汽车位于印尼的合资电池工厂开始动工，计划2024年投产。这方面，完全是基于镍的需求考虑，计划与一家矿业公司组建合资企业，以提高电池正极前驱体用金属的采购能力。
对于全球各大汽车企业来说，为了确保电池、电机等核心部件的原材料供应，车企也是直接从矿商处通过长期采购协议来锁定资源的供给。
• 以特斯拉为例：
2020年6月，特斯拉向全球最大的金属矿商嘉能可采购钴原料，按照双方的长期合作协议，嘉能可将向特斯拉每年供应 6000 吨的钴；
2020年9月，澳大利亚锂矿生产商Piedmont Lithium宣布与特斯拉签署了一份为期五年的合作协议，将向其供应北卡罗来纳州锂矿中开采的高纯度锂矿石；
2021年6月，特斯拉与全球矿业巨头必和必拓签署了镍供应协议。
从目前来看，一旦需求大了必然需要在全球范围内保障自己的电池原材料供应。
5）布局回收？
我觉得电动汽车里面的电池，可以理解为人为使用的城市精矿，特斯拉联合创始人JB Straubel的公司Redwood Materials，还是非常有价值的，通过电池回收和后道的电池材料，可以构建一个循环体系。
通过建立一个电池生产和回收的循环体系，从报废汽车和蓄电池中回收材料并生产电池，在未来数十年的时间中大大减少镍、铜和钴等原材料的开采，同时减少生产过程中报废电池的损失。
实际上，电动汽车的发展的最终目标是，通过电池回收及电池材料生产，从根本上影响全球的资源可持续发展。
小结：我个人觉得电动汽车的发展，资源约束是暂时的，随着循环经济在电动汽车里面的落地，电动汽车的前景会更美好。
电动汽车的资源约束
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越来越多车企提出全电动化目标，特斯拉前联合创始人则提醒：目标很美好，但在供应链问题上要确保管理到什么程度（甚至要追溯到矿山），他们并没有完全计划清楚。
本篇文章想探讨在车企大规模推电动车的计划下，电池供应链的保障面临哪些挑战，车企有哪些应对案例，给行业一些参考经验等。
1）发展情况
从历史来看，电动汽车在全球在飞速扩展，2020年底，全球一共有1000万辆电动汽车的存量（中国540万、欧洲330万、美国180万，其他地区80万）。但是从2021年开始，每年新增的电动汽车在加速，1-9月中国215.7万辆、美国42.44万台，欧洲157.87万，这三个市场前三个季度就有416万台，按照这个速度2021年一整年550万台，全球冲击600万台一年，这个数据几乎是之前电动汽车存量的一半。
▲ 图1.中国占了全球一半的电动汽车的存量
在所有的汽车企业都把电动汽车作为未来主要开发方向，全力以赴开发电动汽车的时候，接下来的问题就是，支撑电池的材料够不够？
▲图2.IEA统计的世界主要车企的计划
增长速度可以用数据来进行核对：2020年全球电池的需求才150GWh左右，可是中国9月份动力电池产量共计23.2GWh，1-9月产量134.7GWh，这基本和之前全球电动汽车一年的需求相当，电池的需求膨胀速度太快了。
▲ 图3.全球电池市场需求
2）材料的需求
所以，我们回溯5月份IEA写的电池资源约束报告《The Role of Critical Minerals in Clean Energy Transitions》，详细叙述了上端锂、镍、钴还有稀土都制约着电动汽车大发展。
其实从这张图里面，我们能发现随着电动汽车和电池的爆发，对于上游资源端的需求是存在瓶颈的，而且这个问题涉及到长周期的资源开采问题，归纳下来主要涉及到铜、镍、钴和稀土这些核心材料。
▲ 图4.石油天然气到电池工业的资源、精炼和加工国
根据纯电动汽车的发展，我们可以大致估算下使用量，单车锂的用量约为10kg，镍的用量50kg，钴大概也在10kg左右。
▲ 图5.IEA对于金属材料的需求分解
从电芯的拆解核算也可以来做一个分解，以特斯拉用的LG的产品为例，大概材料可以分解下，51.75kWh，根据拆解来看，电芯的重量为201.68kg，对应的正极材料的重量为80kg，对应的镍的重量为65.57kg，钴的重量为4.8kg。
如果我们按照三元的51.75kwh作为基准，100万台Model 3 三元版本（51GWh），需要的镍6.5万吨镍，0.48万吨钴。2020年全球钴产量为14万吨，大概是这个数据。
▲ 图6.特斯拉三元NCM811电芯的重量分解
如果从一个相对更为宏观的角度切入，引用中国地质调查局全球矿产资源战略研究中心发布《全球锂、钴、镍、锡、钾盐矿产资源储量评估报告（2021）》的数据来看：
全球锂矿（碳酸锂）储量1.28亿吨，资源量3.49亿吨，主要分布在智利、澳大利亚、阿根廷、玻利维亚等国。
钴矿储量668万吨，资源量2344万吨，刚果（金）、印度尼西亚、澳大利亚等国最为富集。镍矿储量9063万吨，资源量2.6亿吨，印度尼西亚位居全球储量第一，澳大利亚、俄罗斯等国资源丰富。
▲ 图7.全球电池主要电池需求金属的供给企业
从消费端来看，2020年全球锂（碳酸锂）消费量约40万吨、钴约17万吨、镍约240万吨。相对于现有储量，全球锂、镍、钾盐资源保障程度较高，钴的保障程度相对较低。从目前的实际情况来，如果中国或者全球，大量使用磷酸铁锂的方案作为入门电动汽车的方案，整体电池的需求其实是可以保证的。
3）什么是普适的技术路线？
可以说，正是国内选择了更普世的磷酸铁锂替代三元作为主流方案，才使得这段时间整体碳酸锂价格飙涨，但是钴价基本没有大的涨幅的核心原因，数据显示9月国内动力电池装机数据显示，9月三元电池装车6.14GWh，磷酸铁锂电池共计装车9.54Wh，磷酸铁锂电池连续3个月在装车量方面领先于三元电池。产量方面9月三元电池产量9.63GWh，占总产量 41.56%；磷酸铁锂电池产量 13.51GWh，占总产量58.31%，这是连续第五个月磷酸铁锂电池产量超过三元电池。中国正是领先全球做了一次探索性的实验来确认技术路线的更迭。
▲ 图8.三元和磷酸铁锂的2021年对比
4）电池企业和车企的资源端行动
布局锂、钴、镍等关键资源，已经成为电池企业的主要手段，这方面还是中国电池企业在巨大的需求和价格涨幅面前，成为了一项基本的内容。
• 以宁德时代为例：
2018年3月通过全资孙公司加拿大时代持有北美锂业 43.59%的股权；
2018年4月通过加拿大时代参股北美镍业，持股25.38%；
2019年9月通过香港时代认购澳大利亚锂矿企业Pilbara Minerals公司1.83亿普通股，占总股本的8.5%；
2021年9月宣布拟在江西省宜春市建立锂电池生产基地，而宜春被称为“亚洲锂都”。
而围绕高镍做开发的LG化学与现代汽车位于印尼的合资电池工厂开始动工，计划2024年投产。这方面，完全是基于镍的需求考虑，计划与一家矿业公司组建合资企业，以提高电池正极前驱体用金属的采购能力。
对于全球各大汽车企业来说，为了确保电池、电机等核心部件的原材料供应，车企也是直接从矿商处通过长期采购协议来锁定资源的供给。
• 以特斯拉为例：
2020年6月，特斯拉向全球最大的金属矿商嘉能可采购钴原料，按照双方的长期合作协议，嘉能可将向特斯拉每年供应 6000 吨的钴；
2020年9月，澳大利亚锂矿生产商Piedmont Lithium宣布与特斯拉签署了一份为期五年的合作协议，将向其供应北卡罗来纳州锂矿中开采的高纯度锂矿石；
2021年6月，特斯拉与全球矿业巨头必和必拓签署了镍供应协议。
从目前来看，一旦需求大了必然需要在全球范围内保障自己的电池原材料供应。
5）布局回收？
我觉得电动汽车里面的电池，可以理解为人为使用的城市精矿，特斯拉联合创始人JB Straubel的公司Redwood Materials，还是非常有价值的，通过电池回收和后道的电池材料，可以构建一个循环体系。
通过建立一个电池生产和回收的循环体系，从报废汽车和蓄电池中回收材料并生产电池，在未来数十年的时间中大大减少镍、铜和钴等原材料的开采，同时减少生产过程中报废电池的损失。
实际上，电动汽车的发展的最终目标是，通过电池回收及电池材料生产，从根本上影响全球的资源可持续发展。
小结：我个人觉得电动汽车的发展，资源约束是暂时的，随着循环经济在电动汽车里面的落地，电动汽车的前景会更美好。
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