【綠色觀點】想卡位儲能產業?談供應鏈競爭分析

本文重點放在成長最快的鋰電池,分析儲能系統供應鏈以及其應用場景。
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REUTERs/達志影像
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作者謝芳吉,稀有的既懂化學、又能鏈接電機專業的跨領域專家,將這兩種專業靈活的結合在儲能電池技術研發工作,幾年前開始創業,蹲點中國大陸多年,充份運用整條電池儲能供應鏈的資源,現在願望是把一身功夫貢獻出來,培養更多人才,促進儲能業發展,也是綠學院的綠色帶路人。

原文刊登於綠學院,INSIDE 經授權轉載。

其實我早就想寫這篇文章了。

前幾年我為了打進鋰電池儲能市場,蹲點中國大陸好幾年,繳了許多學費,不過也學了全身功夫,從上游電池原材料、中游電池芯、下游模組製造到各種應用場景,整條供應鏈基本上都被我吃透了。

隨著全球電動車、儲能應用場景的大爆發,開發太陽能和風力發電廠成為昨日黃花,業界詢問度最高的關鍵字已經換成儲能。所有跟能源有關的公司和投資人都在研究如何切入儲能市場,或是在想如何安插儲能這個新角色,其中許多公司找上了我。我注意到,大部分的公司對儲能抱持著錯誤的期待,更多的是一窩蜂的心態,哪裡有商機哪裡去當然是不變的真理,但這樣對產業發展其實不一定是正面的。

作為一個綠色帶路人,我想藉由提供我對儲能產業的觀察,大幅減少你探索及試錯的時間、金錢等成本。我們都需要用更大的視角,才能判斷出哪個領域更適合投資你的時間和金錢。

我的重點依然擺在鋰電池,之前文章講過全世界成長最迅速的儲能系統是電化學儲能,其中鋰電池儲能是目前高手擂台上最具冠軍相的選手,不僅在實際的應用方面彈性較大,可以從大到 MW 級的貨櫃型儲能系統到小至攜帶行動電源的儲能系統都是鋰電池的足跡,具有多種不同材料特性的鋰電池,與各種不同的包裝外殼,適合各種不同領域的應用需求,而且鋰電池的能量密度、使用壽命與安全性,仍然不斷被提升與改善,在儲能系統中,最具有發展空間與機會。

延伸閱讀:不是超級電容!全世界成長最迅速的儲能系統是什麼?

鎖定鋰電池,我將用兩種角度拆解機會,其一是儲能系統供應鏈的上中下游,其二是應用場景,挖掘其中潛在的機會,你就有機會和我一樣,參與儲能的大商機,找出你可能有的站位,以及為了要有更好的站位,我們接下來應該如何發展。

要在儲能系統供應鏈中有好的站位,需要「中國大陸製造,台灣應用」結盟的氣度

全球儲能系統供應鏈,中國大陸、日本、韓國、美國已經布局多年有成,尤其是中國大陸推動儲能產業的方式,可以很明顯看出其想要成為世界霸主的企圖心,這領域的技術門檻高並需要大量的整合,其他人要彎道超車的機率很低。因此我們主要的機會在「中國大陸製造,臺灣應用」。

鋰電池儲能供應鏈可約略分為上中下游,首先是供應鏈上游:原材料及電池材料。原材料主要是礦區,電池材料指的是正極、負極、電解液、隔膜。這裡基本上各家都已經有了各自的站位,競爭較不易,且上游的資本密集度很高,要在這裡存活,口袋得很深。可能有的機會落點在電解液、隔膜這兩塊。

再來是供應鏈中下游,包含電池芯、組裝技術(pack)到系統整合,這塊同樣資本需求密集度高,因為這樣才有經濟規模與價格競爭力,而且你還得知道要賣到哪裡去,否則累積大量庫存,公司很容易周轉不靈,到時候又要求政府出手相救,說什麼我們不能沒有儲能產業,那就不太好看了。

延伸閱讀:【綠色觀點】十個儲能九個騙?13 種儲能商業模式真心不換

由於市場上要滿足各種不同應用的需求,特別是鋰電池的安全與可靠性的要求高,並不能沿用一般使用鉛酸,鎳鎘,鎳氫電池的經驗。這裡的機會落點在重新設計鋰電池 pack 結構到整套系統的整合,若能有一個更簡化、同時更安全與可靠的設計,特斯拉(Tesla)都會跑來跟你下單。

在鋰電池的 pack 設計到整套系統,有幾個必須考量的重點:

  • 在結構設計與連接方面
  1. 動力線的連接:必須高強度,抗震能力,高可靠性與低內阻
  2. 絕緣與密封性:耐高壓與足夠的絕緣能力,密封性良好,預防環境溫濕度與粉塵的影響
  3. 散熱能力:防老化設計
  4. 自由組合滿足不同空間需求
  5. 高可靠性與合適的成本競爭力
  • 控制系統
  1. 電池的熱管理:冷卻和加熱系統,熱均衡系統的設計
  2. 高壓電安全設計:主動安全防護處理電壓∕電流∕溫度異常、碰撞信號、漏電信號等
  3. 採樣與感測器:安全可靠,具備溫度感測器
  4. 電池管理系統(BMS):對外的通信能力,系統的控制、防護、診斷能力

這裡面需要電池組裝技術與電池管理系統等系統技術的整合,為什麼需要電池管理系統呢?因為每個電池就像是軍中的單兵,如果你沒有給他命令,他不知道要怎麼行動。就像軍中的班長直接管每個單兵,班長再報告給排長,排長再報告給連長,電池管理系統就是軍隊的命令系統,這可是個高難度整合工作!

供應鏈的下游就是模組設計與整套系統的整合,並連結到各種應用場景。這幾年出現許多以前想像不到的應用場景,特別適合我們這種擅長打靈活的巷弄戰、你追我就跑的中小型企業及綠色新創公司挑戰,這也正是臺灣獨特的站位。若能辨識出這個關鍵,政府就不需要花大錢,也一樣可以支持像樣的儲能產業,並在全球供應鏈中取得角色:

  1. 家用小型儲能系統,因為許多國家並沒有臺灣這種穩定的電力系統,家庭需要儲能系統幫助他們應付電力供應不穩的情境,目前在東南亞及東歐的家用市場有許多機會;
  2. 商用小型儲能系統,上述同樣的國家,除了家庭之外,工廠也會需要儲能系統,不然電力供應不穩會影響生產製造活動,這些都有巨大的潛能。另外,一些傳統上需要發電機供應臨時用電的應用場景,例如選舉造勢晚會、演唱會、夜市、運動會、有機農夫市集、文創市集等,使用儲能系統沒有噪音,企業得到好的 CSR 形象,且減少碳排放;
  3. 在電動車之外,其他移動機械例如電動摩托車、電動腳踏車、農業機械、營建機械,甚至各種工具機都有巨大的潛能。我國在機械方面有許多隱形冠軍,可以利用這個既有優勢,直接與市場應用接軌,滿足各種不同應用的需求,控制好品質與成本,還是會有很好的競爭力;
  4. 供電系統的應用上來看,再生能源發電的比率越來越高,儲能系統更是不可缺,政府制定電力輔助服務的措施,可以帶動儲能系統產業的發展,建立產品及服務在市場應用上的實戰經驗,進而推廣到海外的歐美日與東南亞市場。

責任編輯:Mia


電動自駕車上路迎曙光!Turing Drive 借重 AWS IoT Lab 雲端服務,桃園青埔開放道路成功試營運

Turing Drive 透過 AWS IoT Core 進行資料彙整並集中傳送到 AWS 雲端,事後新創團隊更快梳理資料庫的數據,持續優化自駕車路線,AWS 除了技術面、架構面的協助之外,更重要是提供實作的引導,讓管理資料安全更有效率。
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Photo Credit:TNL Brand Studio
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電動車浪潮,讓無人自駕車的場景應用,增加更多想像空間!市調預測 2020~2024 年 L1-L5 等級電動自駕車,年複合成長率 18.3%。然而,電動自駕車要實際上路,除了要配套法規,保護乘客、行人的安全,更備受考驗。

團隊成員平均 30 歲的新創台灣智駕(Turing Drive)於 2018 年創立,致力研發可商轉的自動駕駛系統,他們開發的特製國產電動車,上路測試兩年行駛超過 30,000 公里、運載 70,000 位旅客。達成 98% 車輛妥善率,背後正仰賴龐大感測數據做為支撐,過程中 Turing Drive 借重 AWS IoT Lab 物聯網實驗室服務,讓創新之路更加拓寬。

特殊交通情境提供創新養分,封閉到開放場域 Turing Drive 累積實戰經驗與數據

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Turing Drive 執行長沈大維提出電動自駕車在台灣交通情境下所擁有的優勢與挑戰。

「要在台灣創新,尤其是電動自駕車全新題目,對我們新創是相當大挑戰,但也迫使我們每天想破頭思考,在困境之下該如何找出路!」Turing Drive 執行長沈大維開門見山表示,創業三年多來,走得每一步有多麼不容易。

Turing Drive 握有 CPU、GPU 平行運算核心能力,正因為資源稀缺,盡可能發揮自駕系統的多重定位技術,從GPS、光達、雷達、影像、到車體慣性導航等應用,Turing Drive具備足以提供市場最快速 time-to-market 應用方案。然而,除了握有 AI 演算、晶片感測能力,沈大維認為台灣的獨特交通情境,對發展自動駕駛技術推了一把。

他解釋,「台灣摩托車、汽車齊聚路上,還有偏鄉接駁、市區夜間公車專用道,多元交通環境交錯,讓我們嘗試用自動駕駛創造新的營運模式,這是其他國家沒有的先天優勢。」因為有實際場域得以試營運,Turing Drive 一路從封閉環境的桃園農博會、台中麗寶樂園,再到台北信義區夜間、桃園青埔的開放道路環境,象徵台灣交通情境的縮影,這家新創正逐步破關打怪。

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全台第一條電動自駕巴士路線,就在桃園青埔。

除了 Turing Drive 積極突破技術提升安全率,提供場域驗證、城市建設的桃園市也貢獻良多。桃園市政府經濟發展局局長郭裕信回應,桃園近年積極推動創新城市治理,被 ICF 智慧城市論壇評選為「全球智慧城市首獎」,電動自駕車是智慧城市的一環,因此桃園不遺餘力推動全台第一條自駕巴士路線試營運,提供載客接駁累計超過 800 位人次乘坐,創下 90% 乘客滿意度。

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桃園市政府經濟發展局局長郭裕信表示,桃園近年積極推動創新城市治理,電動自駕車是智慧城市的一環,因此桃園不遺餘力推動全台第一條自駕巴士路線試營運。

大量的感測、影像數據該如何加值使用?借力 AWS 邁向「雲」運算成必經之路

Turing Drive 的電動巴士每天在桃園青埔定點載客、行駛,可想而知,有多麼龐大的感測、影像數據不斷累積。沈大維點出過去其他案例測試時,若想達成 Data Driven 驅動更多自駕車服務,勢必要先克服數據的儲存、加值、運用等實際挑戰,他解釋,「以前用終端硬碟儲存資料,往往我們工程師要留守到半夜,再去插拔車上的硬碟、整理車子運行數據,我們發現這樣做很沒效率,甚至隨著數據資料越來越多,在分類管理的工作也更為困難。」

面對難題,就是尋求解方!Turing Drive 找上 AWS IoT Lab 物聯網實驗室,雙方開始盤點,該如何運用雲端環境的優勢,更輕鬆掌握、洞察自駕車數據的金礦。AWS IoT Lab 表示,

「我們從三大面向切入,協助 Turing Drive 加速他們開發流程、減少工程師例行工作,甚至將影像資料有效加值,又能確保資料安全。」

AWS 所説的的三大面向,正是 AWS IoT Lab 所提供的三項解決方案服務。首先針對工程師要排班到試營運現場,插拔硬碟下載資料的冗長流程,AWS 提供 AWS IoT Device SDK 透過 MQTT over TLS1.2 安全機制加密與 AWS IoT Core 連結,通過認證後可將終端裝置的資料傳到 AWS 雲端儲存。同時允許開發團隊從遠端,直接登入自駕車系統做韌體更新或回收數據等指令,大幅縮短 Turing Drive 在開發、調教程式的時間。

第二項服務則聚焦協助 Turing Drive 針對自駕車運行所錄製的影像,AWS 提供 Amazon Kinesis Video Streams (Amazon KVS) 服務,讓終端裝置的影像資料串流到 AWS 雲端平台,進行後續機器學習、分析處理。讓 Turing Drive 省去過去人工傳輸影響資料流程,也幫助開發團隊更便利做後續的資料加值利用。

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AWS IoT Solutions Architect Tec 介紹三項解決方案內容服務。

第三項則鎖定自駕車的資料,因為搭載光達、雷達、GPS、陀螺儀等感測器,每天每秒都在產生巨量資料,Turing Drive 透過 AWS IoT Core 進行資料彙整並集中傳送到 AWS 雲端,事後新創團隊更快梳理資料庫的數據,持續優化自駕車路線。除這三項關鍵服務,沈大維特別回應,「AWS 帶給我們技術面、架構面的協助之外,更重要是提供實作的引導,讓我們管理資料安全更有效率,把資料放到雲端儲存,再也不用煩惱地端伺服器的維護跟管理。」

Turing Drive、AWS、桃園市政府,各司其職聯手出力助攻電動自家車加速上路

Photo Credit:TNL Brand Studio
沈大維指出,電動自駕車上路的普及,須同步具備雲端數據解決方案與硬體環境的配合。

在 Turing Drive 的眼中,與桃園市政府合作在青埔導入電動巴士試營運只是開端,沈大維說:「十年、二十年後,我們認為新世代的智慧車會趨向平台化發展,一方面需要有像桃園市願意投資智慧城市硬體環境的地方政府;另一方面則仰賴 AWS 雲端方案,完善數位基礎建設來整合道路號誌資料、車輛運行資料,當這兩端同步發展之下,電動自駕車上路才會加速普及。」

尤其是自駕車數據背後隱含的商業創新,郭裕信回應說,「智慧城市治理最重要就是數據, Turing Drive 掌握的數據未來還能跟保險公司、電商導購做結合,只要資料去識別化在安全範圍下使用,相信 Turing Drive 與 AWS 兩家新創企業的創新能量,我們非常樂見有更多資料應用,搭配新興商業模式,在充滿活力的桃園市進行驗證,看見更多創新應用具體落地。」

Turing Drive 展望未來的佈局,沈大維認為自駕車的發展不會只靠一家企業單打獨鬥,未來他們將聯手產業鏈夥伴,將 AI 技術、車載設備、關鍵組件、路側設備端到端的解決方案輸出海外,放眼全球商機。他肯定表示,「AWS 雲端平台具備彈性,不斷推出新應用的價值,我們會持續與 AWS 合作,把新世代智慧車的數位基礎建設産品放在 AWS 平台一起推廣,鼓勵更多勇於築夢的新創,善用 AWS 的優勢展開創新之旅!」