2023中国新一代清洁低碳技术展望报告（附下载）- 大数跨境

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2023中国新一代清洁低碳技术展望报告（附下载）

数策智库

2023-12-25

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今天分享的是清洁低碳系列深度研究报告:《2023中国新一代清洁低碳技术展望报告》。(报告出品方:RMI)

报告共计:43页

【报告内容摘要如下】

一、始于节能，盛于零碳—动力电池的前世今生

动力电池指被应用于交通领域、为交通工具提供动力的电池，是近年来新兴的电池种类。电动汽车和动力电池的发展历史可以追溯到19世纪，但由于受到电池性能、基础设施以及燃油汽车的快速发展等因素的影响，动力电池和电动汽车不得不逐渐退到了幕后。直到20世纪80年代，能源危机的出现大幅推进了电动汽车和动力电池研发的进程，而21世纪特斯拉、松下和宁德时代等行业先驱更是进一步推动了动力电池行业爆发式的增长。在新时代中国碳达峰、碳中和等低碳转型目标的大背景下，动力电池的应用前景已经不再局限于电动汽车和交通电气化，以动力电池技术为基础的化学储能也将成为新型电力系统的重要组成，为清洁能源的稳定、安全并网打好基础。因此可以说，以锂电池为代表的动力电池技术已经成为了中国能源转型和实现双碳目标的核心技术之一。

中国目前是全球最大的新能源汽车市场，2021年新能源汽车年销量已经超过了全球总量的60%，较为完善的基础设施布局、充分的政策支持以及成熟的动力电池产业链功不可没。自2015年起，我国公交车、出租车、轻型物流车、私家车等车型先后掀起了电动化的浪潮，2021年，在我国碳中和目标以及市场用户需求的双重推动下，11月电动汽车市场渗透率首次超过了20%。在电动汽车爆发式增长的背后，中国动力电池产业稳固而扎实的行业领军地位发挥了重要作用，2021年中国共生产锂电池219.7GWh（包括中国本土电池厂以及外国企业在中国建厂），占比超过全球总装机量的80%，而国内新增动力电池和储能电池装机分别达到了154GW和1.87GW，成为了世界动力电池生产和消费的主力军。在2021年全球动力电池装机量排名中，中国企业占据了装机量前10中的6个席位，其他名次上的外国企业也大多在中国设立了生产工厂。

二、从技术到成本—动力电池的核心特性及发展趋势

动力电池出现已经上百年，而现代锂离子电池的基本原理则是在上世纪90年代形成的理论框架。以锂离子电池为例，其基本工作原理就是使锂离子在正极和负极分别进行镶嵌和脱出，以此形成电流来实现充放电。但即便原理相同，锂离子电池实际产品的具体设计思路仍然多种多样，制造厂商都极力在电池的化学材料、生产工艺、电池管理系统及其组装模式等方面加以尝试和创新，以此进一步提高电池的综合性能。

在所有零部件和生产工艺中，对电池性能影响最大的因素是电池化学材料的选择。正极材料方面，经过多年的淘汰选择后，目前主流的动力电池种类通常使用两大类正极材料：磷酸铁锂正极，和三元（三元指镍锰钴NMC或镍钴铝NCA这三种金属的氧化物以不同比例混合而成的正极材料）正极。磷酸铁锂的优势在于成本低、寿命长、安全性好。三元的优势在于能量密度高、低温性能好。两者互为补充，占领了几乎全部的电动汽车市场。负极方面，大多数电池厂商都选择基于石墨的负极材料，同时也有头部厂商已经开始向比容量更高、技术难度也更大的硅基负极迈进。

三、新能源汽车—动力电池的关键应用场景

作为动力电池最主要的功能载体，新能源汽车推广应用的进程决定着动力电池发展的方向和前景，而动力电池技术水平的高低则直接影响着新能源汽车的性能和市场接受度。由于应用场景不同，各种类型的新能源汽车汽车对动力电池的性能和成本要求存在一定的差异。例如，城市内日常通勤的车辆对新能源汽车的续航里程要求相对较低，但对成本相对敏感，实现电动化转型难度较低；而重型长途卡车由于对配送里程和经济性较为敏感，需要动力电池在能量密度和成本两方面都发展到更加成熟的阶段才能实现新能源替代。

在这样的情况下，动力电池技术的发展方向和前景不仅会受到原材料和科技水平的影响，也与其市场定位和发挥作用的场景密切相关。因此在分析不同动力电池技术路线的性能和成本变化趋势的同时，系统性识别以新能源汽车为核心的动力电池应用场景、不同车型的电动化转型需求以及技术路线，对明确动力电池的技术方向和发展趋势至关重要。

四、面向未来—动力电池的进阶之路

动力电池未来发展的方向十分明确，即在进一步开发和突破现有电池的能量密度并降低成本的同时，积极探索钠离子电池、固态电池等新型电池技术的发展空间。由于市场基础大、性能相对稳定，短期内液态锂离子电池仍然将是新能源汽车加速推广的主要根基，因此2030年之前持续开发锂电池的技术潜力是确保城市内车辆逐步向全面电动化过渡的重点。与此同时，其他新型电池技术如果能逐渐加速其商业化进程，也将成为解决长距离中重型车辆电动化转型难题的重要手段。

除此之外，动力电池本身的全生命周期优化管理的重要性也将逐步凸显。一方面，由于动力电池的生产对金属原材料开采和进口的依赖性较强，国际地缘政治局势和金属材料市场的发展变化增加了动力电池产业的不确定性。短期来看，对采矿业的依赖限制了动力电池的产能扩张，也加剧了金属市场的供给压力和价格波动；长期来看，虽然金属矿产储量足够支撑新能源汽车未来数十年内的发展，但逐渐枯竭的资源仍然会导致开采成本逐渐升高，对动力电池和新能源汽车市场产生不利影响。另一方面，废旧电池的回收和处理创造了缓解上游原材料不足等问题的机遇，但同时也增加了环境污染的风险。由于目前动力电池的回收处置的产业规范尚不明确，没有得到妥善处理的废旧电池在报废过程中会消耗大量能量，并有可能造成环境污染。如何充分利用报废动力电池中的金属材料，通过循环经济清洁回收和再利用控制对环境的影响，同时将回收资源用于新电池的生产，缓解金属材料供给的压力，实现自身全生命周期零排放，将成为动力电池行业长远发展的关键。

五、热泵：最具前景的低碳建筑供热技术

热泵技术在建筑低碳发展领域备受关注，其在采暖和热水两大建筑运行运用场景中对于传统化石燃料燃烧或电力直接供热的替代具有巨大的节能减碳潜力。在传统的供热方式中，热量遵循自然流动方向，即从高温侧（热源）流向低温侧（需求侧），通常需要通过燃烧化石能源的方式先释放热量制造高温热源，再向需求侧传递热量。这一过程中，热量通常来自于非可再生能源，造成了大量的碳排放；此外，化石能源的燃烧温度较高，通常在500摄氏度以上，远高于供热实际所需的温度（例如地暖热水温度通常不高于60摄氏度），造成了不必要的浪费。与之相比，利用制冷剂的相变特性，热泵设备可以从低温热源（如空气、浅层地热等）吸收热量并释放到温度相对较高的需求侧。

相比传统的燃烧供热方式，热泵的节能减碳潜力体现为两方面：一方面，热泵通常由电力驱动，而在电网逐步脱碳的过程中可再生能源发电占比预计将逐步提高，供热热源将极大减少对化石燃料的依赖；另一方面，热泵所提供的热量大部分来自外界自然环境，大幅提升供热效率的同时还使得环境中的可再生热能得到了有效利用。也因此，热泵技术在中国多省已被列入可再生清洁能源范畴。除了可以满足建筑的供热需求之外，热泵还可以由制热工况切换成制冷工况，在夏天为建筑制冷。