美國Maxwell科技公司首席技術(shù)官
Michael Everett
在演講之前,我首先感謝中國電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會邀請Maxwell參加這次峰會,讓我有機會在這次極為重要的會議上做主題演講。我叫邁克爾· 埃弗雷特(Michael Everett),來自Maxwell科技公司,這是目前世界上最成功的超級電容器技術(shù)開發(fā)商和制造商。
我的發(fā)言以及這次會議首先從變革談起。世界需要變革才能看到更加光明的未來。我們居住的星球需要它,我們的社會也需要它。而且變革必須迅猛有力。世界正處在日趨深化的能源危機中。人類和環(huán)境一道必須現(xiàn)在就看到并感受到變革的影響,刻不容緩,而且要大刀闊斧。很少有機會有新技術(shù)能產(chǎn)生如此寬廣深遠(yuǎn)的變革,但我們現(xiàn)在就有。超級電容器能夠掀起這場變革,并能以所需要的速度進(jìn)行。超級電容器以其自身工作原理,以其實現(xiàn)的應(yīng)用,以其服務(wù)的市場,以其給能源管理方式施加的影響,以其給環(huán)境帶來的助益,參與、實現(xiàn)并推動著變革。
我堅信,這就是為什么舉辦這次會議,為什么我們齊聚一堂的原因。超級電容器能夠?qū)崿F(xiàn)世界所需的重大變革。超級電容器行業(yè)和儲能市場需要有速度有目標(biāo)地共同行動起來。我們需要推動這項技術(shù)的發(fā)展,推動應(yīng)用的發(fā)展,實現(xiàn)我們所需的變革。這不僅是為度過能源危機,也是為更好地抓住化危機為繁榮的契機。在這次具有未來影響力的行動中我們能起到添磚加瓦的作用,我感到既自豪又激動。
當(dāng)人們意識到不僅需要變革,而且需要尖端技術(shù)實現(xiàn)的解決方案時,這次大會應(yīng)運而生,成為探討尖端技術(shù)及其影響的大會。本次大會的組織者和與會者意識到對變革的需求,意識到超級電容器帶來的機遇,能夠預(yù)見到在未來這項重要技術(shù)將發(fā)揮著關(guān)鍵作用。
人們普遍以“靜態(tài)能量”的形態(tài)或者說“穩(wěn)態(tài)運行”方式思考。但我們的行動方式卻總是“動態(tài)功率”的形態(tài),或者說非穩(wěn)態(tài)。當(dāng)我們認(rèn)真思考實際應(yīng)用時,其實所有事物只有三種形態(tài)。或處于變化中,或已經(jīng)完成變化,或再度準(zhǔn)備變化。這就使得變化成為比靜態(tài)重要得多的狀態(tài)。此外,當(dāng)需要識別到對變化的需求時,必須先達(dá)到穩(wěn)態(tài)。只有此時才能做出進(jìn)行變化的決策。因此,當(dāng)系統(tǒng)具備穩(wěn)態(tài)條件的時候,也就是下一個變化的明確的時候。不管是加速/減速、改變方向、升高/降低、變熱/變冷,都是事物的自然狀態(tài)。當(dāng)變化的速度至關(guān)重要時(又有什么時候不重要?),促變因素就被要求必須能夠快速響應(yīng),從而及時反應(yīng)并最終實現(xiàn)功能。超級電容器的使用價值和終極價值就在于能夠快速實現(xiàn)變化。總所周知,變化及變化的快速實現(xiàn)是必須的,那么超級電容器就其本身性質(zhì)而言,即代表著未來,在實現(xiàn)變化方面發(fā)揮著重要的作用。
我質(zhì)疑當(dāng)事物處于變化中的時候會產(chǎn)生最大價值的觀點。如果缺乏合適的促變因素,持續(xù)追求永恒變化會造成靜態(tài)體系效率低下甚至徹底崩潰。我們以風(fēng)機變槳系統(tǒng)為例。如果因為風(fēng)機葉片調(diào)整不當(dāng),不能正確捕獲當(dāng)前的風(fēng)向和風(fēng)速,造成風(fēng)機無法正常轉(zhuǎn)動,那么這種風(fēng)機不僅僅是成本極其高昂,更是毫無價值可言。但如果風(fēng)機葉片的槳距借助瞬時大功率得以適當(dāng)調(diào)整,風(fēng)機就能進(jìn)入轉(zhuǎn)動模式,有效并高效地實現(xiàn)其發(fā)電功能。我想強調(diào)的是,瞬時大功率是關(guān)鍵需求,是關(guān)鍵的促變因素,它讓風(fēng)機變得有價值。如果沒有它,風(fēng)機毫無價值可言。在我們的世界極度需要快速實現(xiàn)變化的今天,我們不能無視這一現(xiàn)狀。我們必須向能源基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域推廣超級電容器這一促變因素,充分發(fā)揮它們的優(yōu)勢,并提供最高價值的快速變化解決方案,幫助我們解決我們正在面臨的重大問題。
大多數(shù)行業(yè)報告和預(yù)測顯示能源行業(yè)總體上各項技術(shù)都呈現(xiàn)極為強勁的增長態(tài)勢,其中包括
電池和其它先進(jìn)儲能技術(shù)。一項行業(yè)研究顯示,汽車用鋰
電池預(yù)計從現(xiàn)在到2025年期間預(yù)計將以16%的年均復(fù)合增長率(CAGR)增長,性能將得到顯著提高而且成本大幅降低。
超級電容器行業(yè)同樣處在快速成長階段。法維翰(Navigant)公司預(yù)計2014年到2023年超級電容器市場將增長約20倍,年均復(fù)合增長率達(dá)到極為可觀的39%。Maxwell在過去4-5年間也實現(xiàn)了同樣的增速,年均增長率將近35%。這些事實預(yù)示著超級電容器前途一片光明,也向世界昭示著超級電容器像大家所知道的那樣,是一項重要的技術(shù)。隨著應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大,該技術(shù)的價值主張將得到更充分的認(rèn)識,客戶群體也將更加專業(yè)和高端。很明顯超級電容器將在現(xiàn)有應(yīng)用和新型應(yīng)用領(lǐng)域中都得到持續(xù)發(fā)展。為確保充分把握上述發(fā)展機遇,超級電容器技術(shù)的制造商必須密切關(guān)注下列領(lǐng)域。包括:1)該技術(shù)價值主張的持續(xù)強化不僅主要來自低成本,也來自更出色的性能。2)正確重視和關(guān)注不斷發(fā)展的電池技術(shù)。電池廠商為實現(xiàn)一種以不變應(yīng)萬變的解決方案,已經(jīng)對電池技術(shù)行業(yè)投入了大量精力和資金。雖然實現(xiàn)這一解決方案的難度極大,但并非沒有可能,因此超級電容器制造商必須密切關(guān)注這方面的發(fā)展。3) 不斷向消費者宣傳超級電容器的優(yōu)勢。雖然對今天到場的與會者來說,都清楚超級電容器目前及未來的功能,但對行業(yè)之外的所有其他人來說,還需要進(jìn)一步的宣傳推廣。4) 最后,我們必須意識到最終用戶需要的是系統(tǒng)解決方案,而不是單體。因此制造商應(yīng)該建立合作伙伴和關(guān)鍵的行業(yè)聯(lián)系和關(guān)系,并集中精力開發(fā)在內(nèi)部實現(xiàn)儲能系統(tǒng)集成的技術(shù)。
解決這四大行業(yè)需求將加快這一技術(shù)在對世界能源狀況影響最大的應(yīng)用領(lǐng)域的推廣與實施。就超級電容技術(shù)而言,必須重點推動兩個方面的發(fā)展。能量密度和客戶投資成本。對超級電容器的能量密度要求并不是要提供穩(wěn)定狀態(tài)運行時間或是靜態(tài)運行,而是讓超級電容器的動態(tài)工作狀態(tài)能夠相比現(xiàn)在的水平進(jìn)一步延長。也就是延長供電時間。提高各種儲能技術(shù)的能量密度有助于在器件層面和系統(tǒng)層面降低成本,縮小特定應(yīng)用的體積,減輕其重量,延長其工作時間。對超級電容器及其它電化學(xué)儲能器件而言,能量密度的改善體現(xiàn)在提高器件工作電壓、提高比電容和改進(jìn)封裝技術(shù)。
隨著這些改進(jìn)的逐項落實,新型應(yīng)用應(yīng)運而生,市場機遇隨之而來,讓批量生產(chǎn)成為必要,從而降低成本,推動系統(tǒng)實現(xiàn)的進(jìn)步與發(fā)展,最終充分釋放這一技術(shù)的巨大潛力。
當(dāng)專門針對能源管理挑戰(zhàn)設(shè)計未來解決方案的技術(shù)界熟知超級電容器,當(dāng)超級電容器因帶來變革的強大實力而被廣為流傳,更多的超級電容器將進(jìn)入各式各樣的應(yīng)用中。
交通運輸市場是目前世界最大的超級電容器應(yīng)用領(lǐng)域,該市場規(guī)模最大的應(yīng)用又是混動客車。中國在利用超級電容器實現(xiàn)高功率儲能方面走在世界前列,并且以功率數(shù)衡量,中國是最大的超級電容器消費國。在用于推動和制動能量回收時,超級電容器能為應(yīng)用帶來卓越的益處,主要包括減少溫室氣體排放,減少燃料消耗,改善加速性能等。中國的公交車制造商正在向世界證明,該技術(shù)可以為整個行業(yè)帶來顯著成效。在中國的帶領(lǐng)下,超級電容器在混合動力公交車市場的前景一片光明。
可再生能源是另一個已經(jīng)采用和廣泛應(yīng)用超級電容器的細(xì)分市場。超級電容器安裝在風(fēng)機中,用于為風(fēng)機變槳系統(tǒng)供電。超級電容器經(jīng)這個應(yīng)用的實地使用,長時間運行故障率近乎為零,使用壽命現(xiàn)在已經(jīng)超過十年。在該應(yīng)用中,超級電容器正在逐漸取代存在可靠性問題、維護(hù)困難、性能上也差強人意的高成本電池和液壓驅(qū)動變槳系統(tǒng)。超級電容器已經(jīng)成功為變槳系統(tǒng)制造商消除這些問題,幫助他們在行業(yè)中率先使用超級電容器這樣的新銳技術(shù)。
超級電容器適用的另一個新興領(lǐng)域是電網(wǎng)領(lǐng)域。動態(tài)多變的需求和高度變化的要求使得超級電容器成為頻率調(diào)整的理想選擇。電能和動作功率就是電網(wǎng)的全部意義。人們往往會認(rèn)為健康的電網(wǎng)的最大挑戰(zhàn)是穩(wěn)定供電。然而實際上最大的挑戰(zhàn)是應(yīng)對電網(wǎng)需求的瞬態(tài)性。與穩(wěn)定供電相比,短時高功率供電才是更難以滿足的要求。隨著并入電網(wǎng)的可再生能源不斷增多,電網(wǎng)面臨的不穩(wěn)定風(fēng)險也會相應(yīng)地增大。為減輕這些不穩(wěn)定性造成的負(fù)面影響,系統(tǒng)設(shè)計人員將發(fā)揮超級電容器的內(nèi)在價值。
如果不提及汽車應(yīng)用,對超級電容器應(yīng)用的討論都是不完整的。汽車市場也許可以說是超級電容器應(yīng)用最多元化的生態(tài)系統(tǒng)。汽車的這種動態(tài)使用模式,加上汽車系統(tǒng)的電氣化,使得對超級電容器的需求日趨明顯。從發(fā)動機起動、驅(qū)動,到主動懸掛、電子渦輪增壓和整車系統(tǒng)電壓穩(wěn)定,電能在汽車中的各種應(yīng)用都需要可靠性極高、使用壽命極長的短時動態(tài)電源。超級電容器在汽車中已有一些商業(yè)化應(yīng)用,第一個實現(xiàn)行業(yè)規(guī)模應(yīng)用的是德國一級汽車供應(yīng)商大陸集團(tuán)(Continental)的商用VSS系統(tǒng)。本幻燈片顯示的就是該系統(tǒng)的架構(gòu)及其優(yōu)勢。自2010年以來,已經(jīng)有超過100萬輛使用該VSS系統(tǒng)的轎車行駛在道路上,其性能和可靠性能夠滿足汽車市場極為嚴(yán)格的要求。用超級電容器輔助鉛酸電池可以發(fā)揮雙重功效。首先超級電容器能為電池提供強大的啟動功率,同時提供整車系統(tǒng)電壓穩(wěn)定,確保汽車順暢而舒適地啟停。目前還沒有關(guān)于超級電容器對鉛酸電池產(chǎn)生不利影響的數(shù)據(jù),而積極作用卻可以明顯感受到。電池使用壽命比沒有超級電容器輔助的情況下相對更長。世界將對這一數(shù)據(jù)產(chǎn)生濃厚興趣,因為它代表著歷史上最長期也是最大規(guī)模的超級電容器汽車試用階段。掌握超級電容器給電池功能和健康度帶來的好處,是未來的一體化儲能解決方案非常關(guān)鍵的一環(huán)。
鐵路市場是今天我要談到的非常適合應(yīng)用超級電容器的第四個市場。采集列車進(jìn)站制動產(chǎn)生的高功率能量,將其用于列車的助推動力,將產(chǎn)生可觀的社會經(jīng)濟(jì)效益。通過充分利用動能(和公交車應(yīng)用一樣)間接減輕對發(fā)電能力的要求,同時避免對發(fā)電、輸配電能力提出更高的要求,能產(chǎn)生顯著的效益。超級電容器能高效采集制動能量,并以同樣的效率將能量用于驅(qū)動列車離站,或是輸入電網(wǎng)供頻率調(diào)整功能使用。根據(jù)使用模型和所需的應(yīng)用,超級電容器既可車載,也可部署在道旁(車站內(nèi))。鐵路市場注定將成為應(yīng)用超級電容器的又一個世界級市場。效益已眾所周知,應(yīng)用已遍及全球,技術(shù)的功能也已經(jīng)到位。隨著市場對這些效益的認(rèn)可,加上超級電容器制造商堅持不懈地降低成本,改進(jìn)部署方式,該應(yīng)用將繼續(xù)繁榮發(fā)展。
作為超級電容器應(yīng)用的結(jié)束語,應(yīng)該認(rèn)識到超級電容器的應(yīng)用一般劃分為功率需求應(yīng)用(動態(tài)變化)和穩(wěn)態(tài)條件應(yīng)用(已經(jīng)完成變化或是準(zhǔn)備再次變化)。超級電容器能夠改變?nèi)魏蜗到y(tǒng)的能量管理方式。使用電池滿足穩(wěn)態(tài)需求,使用超級電容器滿足動態(tài)需求,就可以開發(fā)出理想的系統(tǒng)。目前電池制造商正在竭盡全力以一種特定的應(yīng)用同時滿足對功率和能量的需求。要做到這點,必須在設(shè)計上做出折中。假如系統(tǒng)由能量優(yōu)化電池和超級電容器共同構(gòu)成,就會得到近乎完美的能量流管理能力。與讓電池折中同時滿足能量和功率要求相比,能量優(yōu)化電池成本更低,能量密度更大。能量電池能以更小體積儲存更多活性物質(zhì),生產(chǎn)成本更加低廉。超級電容器則能理想地設(shè)計用于與這種電池系統(tǒng)匹配,負(fù)責(zé)處理所有的應(yīng)用功率需求和瞬態(tài)需求。正式研究表明,這種配置在設(shè)計得當(dāng)?shù)那闆r下,能延長電池的性能壽命,從兩倍到六倍壽命不等。對應(yīng)用來說,這是了不起的成本優(yōu)勢和維護(hù)優(yōu)勢。我認(rèn)為電池和超級電容器相互搭配的解決方案將在今后三到五年成為儲能架構(gòu)的主流,而且將一往無前。在可靠性和壽命具有極端重要意義的工業(yè)應(yīng)用中,電池和超級電容的組合能提供極為理想的解決方案,而且無人能與之匹敵。這張幻燈片顯示的是電池和超級電容器相結(jié)合所帶來的優(yōu)勢。幻燈片展現(xiàn)的發(fā)動機啟動應(yīng)用中,發(fā)動機啟動對電池索取的電流降低,發(fā)動機啟動速度加快,車輛車載電網(wǎng)穩(wěn)定性增強。這是個最簡單的例子,但充分說明混合儲能系統(tǒng)的優(yōu)勢。預(yù)計這種架構(gòu)將引領(lǐng)超級電容器的未來應(yīng)用方式,即穩(wěn)態(tài)能量供應(yīng)和動態(tài)功率輸出相互搭配的方式。
Maxwell科技是超級電容器技術(shù)和制造的全球領(lǐng)先者。隨著超級電容器的年銷售額越過1.25億美元,Maxwell正在和世界各地的同行一道,推動該行業(yè)一路向前發(fā)展。Maxwell近期推出了一種專門在極為嚴(yán)苛的物理環(huán)境下使用的業(yè)界領(lǐng)先技術(shù),DuraBlue技術(shù)。此外新推出的2.85V 3400F超級電容器擁有業(yè)界領(lǐng)先的能量密度。它具有重要的意義,可用相同的封裝實現(xiàn)更高工作電壓和更大容量,使能量密度提高25%。這將以多種途徑幫助客戶降低成本,縮小封裝,降低系統(tǒng)的整體成本。而這一步只是讓超級電容器從中等規(guī)模業(yè)務(wù)發(fā)展成未來的大規(guī)模業(yè)務(wù)的一系列改進(jìn)中的一步。
我們的產(chǎn)品線豐富多樣,而且我們還在繼續(xù)努力,在單體層面和系統(tǒng)層面拓展我們的產(chǎn)品解決方案。Maxwell的電容器容量規(guī)格十分豐富,從1F到3400F應(yīng)有盡有。大型超級電容器以各種模塊形式提供,旨在支持標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用中的系統(tǒng)實現(xiàn)。我們還在不斷努力優(yōu)化這些設(shè)計,改善模塊和系統(tǒng)的總體性能和成本結(jié)構(gòu),以批量交付最高質(zhì)量的產(chǎn)品。
Maxwell的電極專利工藝技術(shù)是我們性能優(yōu)勢的核心所在。這種電極采用干式工藝,無需溶劑,能持續(xù)處理而非分批處理。能形成經(jīng)久耐用、牢固可靠的厚膜。而且效率高,清潔環(huán)保。干電極擁有明確的使用壽命和性能優(yōu)勢,比如無需添加使用前必須去除的溶劑,擁有與生俱來的清潔性。這種清潔性能帶來更長的使用壽命以及在整個產(chǎn)品生命周期中擁有更高的性能。
Maxwell的成功,在相當(dāng)程度上得力于中國風(fēng)電市場和交通運輸市場強勁需求帶來的快速業(yè)務(wù)發(fā)展。我們在中國的業(yè)務(wù)讓我們領(lǐng)悟到許多東西。我們在中國制造,在中國銷售,讓中國提供部分關(guān)鍵組件。我們與中國業(yè)務(wù)密不可分,期待今后幾年進(jìn)一步擴(kuò)大我們對中國市場的服務(wù)。中國的汽車市場和電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展將是Maxwell未來成功和超級電容器全球總體增長的關(guān)鍵推動力。我們已經(jīng)與中國的大型實體展開合作,啟動部分電網(wǎng)級項目,并期待這些系統(tǒng)的試運行展現(xiàn)超級電容器能夠為這類應(yīng)用帶來的優(yōu)勢。
中國已成為短期和長期直接影響超級電容器行業(yè)的主要因素。中央政府在中國和世界各地推廣綠色技術(shù)的措施和承諾,加上儲能領(lǐng)域極高的熱度,為中國參與這場變革并把這場變革推向全球提供了契機。
為服務(wù)這一不斷擴(kuò)大市場,滿足中國對這一技術(shù)不斷增長的需求,不少新企業(yè)正在想法設(shè)法創(chuàng)造業(yè)務(wù),在中國儲能供電市場贏得一席之地。超級電容器市場的后起之秀帶來了強大的競爭壓力。它們部分來自中國國內(nèi),部分來自其他國家。這種競爭壓力對推動這一技術(shù)向前發(fā)展,讓市場隨著應(yīng)用的開啟以目前甚至更快的速度擴(kuò)展,是必要和重要的。而且隨著技術(shù)提供商與技術(shù)用戶開展合作,創(chuàng)建業(yè)界一流的解決方案,合作伙伴關(guān)系正在同時推動業(yè)務(wù)和技術(shù)強勁發(fā)展。
這張幻燈片顯示的中國儲能用大型電網(wǎng)級實現(xiàn)方案代表著未來發(fā)展的一個非常重要的領(lǐng)域。這類應(yīng)用規(guī)模宏大,將把該技術(shù)發(fā)揮至極限,但超級電容器將迎難而上,直面這個挑戰(zhàn)。
總而言之,超級電容器作為一種輸電技術(shù),依靠變革來保障自身的未來發(fā)展。從超級電容器的價值主張根植于其響應(yīng)系統(tǒng)需求變化的能力這一事實,到超級電容器變革社會的途徑,超級電容器與打造我們安全繁榮的未來所需的變革密不可分。
中國作為一個國家,已經(jīng)走在世界這一變革的前沿,因此有機會制定決策并實施加速這些變革的行動計劃。由于我們現(xiàn)在就需要變革,而不是十年之后,因此這樣的機會極為重要。不管是現(xiàn)在還是將來,Maxwell都非常樂意與中國的企業(yè)、機構(gòu)和政府開展合作,滿足實現(xiàn)變革所需的產(chǎn)品和技術(shù)要求。
通過適當(dāng)?shù)年P(guān)注、協(xié)作和彼此扶持,我們就能實現(xiàn)持續(xù)發(fā)展,加快發(fā)展速度,創(chuàng)造更加清潔,更具可持續(xù)發(fā)展的未來。
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