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美股储能公司ESS上市招股书摘要

日期:2021-12-30    来源:摩诘财经

国际储能网

2021
12/30
09:03
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关键词: 储能公司 液流电池 长时储能

ESS是一家专注于铁液流电池技术的长效储能公司。我们主要使用地球上丰富的材料设计和生产长效电池,这些材料可以循环超过 20,000 次而不会出现容量衰减。因为我们设计的电池使用主要由盐、铁和水组成的电解质运行,所以它们是无毒并且基本上是可回收的。我们的电池为电网运营商提供灵活性,并为 C&I 客户提供能源保障。我们的技术在单个电池平台中解决了能量输送、持续时间和循环寿命问题,与锂离子电池,应用最广泛的替代技术。使用我们的铁液流电池技术,我们正在开发两种产品,每种产品都能够提供可靠、安全、长效的储能。我们目前没有部署任何第二代产品,我们尚未达到收入确认标准,但我们于 2021 年第三季度开始发货我们的第二代能源仓库。截至 2021 年 11 月 30 日,我们已经交付了三台能源仓库 S200,我们目前正在安装和调试此类机组。随着每个电池的部署,我们将进一步履行我们的使命,加速向电池的过渡零碳 提高电网可靠性的能源未来。

美国能源部已将长期电池存储确定为帮助美国实现可持续发展的关键要素之一 净零碳电系统。这是因为可再生能源的间歇性供电并不总是与电网的电力需求相匹配。如果没有存储,可再生能源发电可能会根据资源可用性在供过于求之间快速波动。随着间歇性资源提供的能量增加,这些波动变得越来越极端,如下面的“鸭子曲线”所示。较长时间的电池存储可作为这种现象的缓冲,转移产生的剩余电力,以便在供应不足期间消耗掉。作为不可派遣 风能和太阳能等无法根据需求调整电力输出的可再生能源越来越多地进入电网,任何持续时间的存储都有助于转移供应以匹配需求。

California Duck 曲线和可再生能源渗透率

下图称为“鸭子曲线”,分别显示了加州可调度能源在 2013 年和 2019 年一天中的发电量,以及太阳能和风能的渗透水平。

资料来源:国际能源署,“加州鸭子曲线”,2019 年 12 月和彭博新能源财经。注:根据 BloombergNEF,百分比数字代表每年太阳能和风能的渗透率。

根据能源信息管理局的数据,美国大约 20% 的能源生产已经来自可再生能源。目前,在美国可再生能源市场,两到四小时的储能提供了大部分的存储。桑迪亚国家实验室的研究人员发现,一旦可再生能源扩散超过 30% 至 50%,电网将需要超过 4 至 6 小时的长期储能才能保持其稳定性。我们相信我们的电池将满足这种不断增长的需求。凭借 4 到 12 小时或更长时间的能量存储容量,我们相信我们的电池可以存储比现有电池更多的电量锂离子系统并提供与可调度源的可靠性相匹配的电力,可根据需求调整电力输出,例如天然气和水力发电厂。我们相信,我们的储能产品将使可再生能源渗透率超过电网能源的 30%,并成为促进脱碳能源未来的重要组成部分。

据彭博新能源财经报道,美国可再生能源渗透率预计将从 2015 年的 15% 增长到 2050 年的 65%,如下图所示:

资料来源:彭博新能源财经。

我们的电池是 非易燃, 无毒, 没有爆炸风险,可以在以下温度范围内运行 -5°C 至 50°C,无需加热或冷却系统,因此它们可以位于 锂离子由于火灾、化学或爆炸风险,不能放置电池。此外,我们的电池具有环境可持续性,主要使用易于采购的材料和可回收组件。

我们的电池和技术可以通过以下方式购买 十年 由投资级支持的性能保证, 十年慕尼黑再保险是再保险、初级保险和保险相关风险解决方案的领先供应商,为我们储能产品的性能提供支持。据我们所知,我们是第一家获得此类保险的长期储能公司,该保险为我们专有的液流电池技术提供保修支持,支持我们的性能保证,无论项目大小或位置,以及去风险化为我们的客户提供技术。我们还与慕尼黑再保险公司合作开发了单独的项目融资范围。这使我们能够在安装我们的储能产品时获得项目融资,降低部署资金成本,并且可以扩展,以便为我们的客户、投资者和贷方提供项目绩效的长期保证。通过 Aon 和 oneBeacon 以及提供额外产品保证的美国进出口银行的资格提供保证金和担保资金。我们相信这些要素中的每一个都使我们能够增加我们的总目标市场,因为客户降低了技术风险、融资风险和进口风险。

我们相信,随着我们扩大生产规模,我们的电池技术价格将具有竞争力。在以生命周期 LCOS 为基础比较产品时,即电力存储投资的总成本技术除以累计输送电力,我们预计我们的电池在 LCOS 基础上比 锂离子 存储时间超过四小时的替代方案,我们认为这是最大的操作时间 锂离子技术。由于我们技术的可扩展性,我们的成本优势随着存储时间延长超过四小时而增加。

必须在全球电网中安装各种规模和持续时间的储能解决方案,以实现符合全球气候目标的脱碳。我们的储能产品旨在为不断扩大的用例范围提供长期电力。如下文标题为“—我们的技术和产品,”我们相信我们的储能产品将能够满足客户在多个用例和市场中的需求。我们是长期储能领域的先行者,我们相信我们将能够更快速地实施可再生能源,同时提高电网稳定性。我们储能产品的安全性、灵活性和耐用性使客户能够在全球几乎任何地方使用它们。用例的示例范围从商业和工业场所的局部储能到电网规模的用例,例如调峰电厂更换和电网稳定。

行业

美国和世界各地的电力系统正在从化石燃料过渡,并增加可再生能源产生的能源量。在降低成本和脱碳目标的推动下,我们预计这一趋势将在未来十年加速。这种转变的一个结果是,更大比例的电力将来自不可派遣资源,增加了电网的压力。长期储能是解决方案的关键部分,它将允许在不牺牲电网可靠性的情况下继续转向可再生能源。长期储能可以在风能和太阳能发电减少或不可用时有效地充当储备,从而帮助缓解间歇性问题。它还可以帮助稳定电网并允许微电网的扩散以增加可再生能源的渗透。因此,随着风能、太阳能和其他可再生能源在发电组合中的占比越来越大,对长期储能解决方案和相关服务的需求预计也会增加。

总可寻址市场

Guidehouse 预计,到 2027 年,全球储能市场总可寻址市场将达到约 560 亿美元,而 2020 年为 80 亿美元。到 2027 年,全球储能容量的累计需求预计将成为 534 GWh 的机会,如下图所示。

资料来源:Guidehouse Insights。

电池成本下降

Guidehouse估计未来电池成本会下降。预计这些成本下降将受到制造、产品质量和资源可用性的改善的推动。Guidehouse 的预测是为了锂离子电池方面,我们相信由于我们自身在技术和制造效率方面的改进,我们的电池将经历类似的成本降低。与可再生能源行业类似,由于成本下降,储能将在未来十年内在越来越多的地区和用例中变得具有成本竞争力。

可再生能源增长

电池安装的主要驱动力将是增加对可再生能源的依赖。随着可再生能源渗透率的增加,如果运营商无法完全满足供需关系,这些资源的间歇性会给电网带来压力。这种压力会导致无法在需要时供电并增加消费者的成本。

能量储存可以帮助减少这种压力。然而,超出可再生能源渗透的阈值水平,由于可再生能源供应的间歇性,短时(少于四小时)电池不足以确保电网可靠性。美国能源部国家实验室国家可再生能源实验室的研究表明,根据其东部可再生能源发电整合研究,该阈值可能是 30% 左右的可再生能源渗透率,该研究发现东部互联,最大的电力之一世界上的系统,可以容纳超过 30% 的风能和太阳能光伏发电。加利福尼亚已经达到了这个水平,我们预计美国和国外的其他特定地区很快就会出现。彭博新能源财经预计,到 2029 年,美国整体上将超过这一目标。为了保持系统稳定并实现强制脱碳目标,必须部署更长期限的储能方案。铁液流电池是可以满足这一要求的一小部分可用技术之一,并且为了确保电网可靠性而迅速发展。

我们的技术和产品

我们的长效铁液流电池是近五十年科学进步的产物。1970 年代,研究人员首先提出了铁液流电池的概念。尽管意识到电池具有良好的储能能力,但这些研究人员发现,正极和负极之间的反应会形成氢氧化物,从而堵塞电极并降低电解质的活性。仅在几个循环后,氢氧化物的形成就导致早期铁液流电池的快速降解。由于无法阻止氢氧化物的形成,这些科学家被迫放弃了他们的工作。

经过多年的忽视,我们的创始人 Craig Evans 和 Julia Song 博士于 2011 年开始推进这项技术并成立了 ESS。基于这个有前途的概念,我们的团队显着增强了技术,提高了往返效率,并开发了一种创新的专利解决方案来解决氢氧化物积聚问题。我们消除氢氧化物形成的专有解决方案被称为质子泵,它通过利用负极副反应产生的氢来发挥作用。质子泵将氢转化回正极电解质中的质子。该过程消除了氢氧化物并稳定了系统的 pH 值水平。质子泵允许电解液使用超过 20,000 次循环而不会出现任何容量衰减。

我们的铁液流电池通过将电能转化为化学能来储存能量。每个电池模块由一个或多个电池组成,每个电池由一个负极和一个正极组成,这两个电极由多孔隔板隔开。在充电过程中,在电池的正极(正极)上,亚铁(Fe+2) 被氧化成三价铁 (Fe+3) 并且在电池的负极(负极)上,亚铁被还原为铁金属。多孔隔膜用于最大限度地减少正极和负极电解液的混合,有助于提高库仑效率电池。正极和负极电解液分别储存在电池外部的储罐中,并且在运行过程中,这种电解液会不断地泵入和泵出电池。为了将化学能转换回电能,反应是相反的;在电池的正极,三价铁被还原成亚铁,在负极,金属铁被氧化成亚铁。在这些充电和放电循环期间,正极和负极电解质的 pH 值会发生显着变化。质子泵可确保电解液的 pH 值保持稳定且不含任何氢氧化物。储存能量的持续时间可以独立于功率而变化。要为我们的产品增加持续时间,所需要做的就是向水箱中添加电解质。这种由铁组成的电解质,

我们的铁液流电池通过为由膜隔开的正极和负极电解液罐充电来储存能量。为了释放能量,我们通过膜在罐之间产生反应。质子泵确保膜上没有氢氧化物积聚并平衡电解质的 pH 值。我们可以提供的存储持续时间是水箱尺寸的一个因素,而产生的功率是膜尺寸的一个因素。我们可以以相对较低的成本增加电解液罐的尺寸,使我们能够以具有吸引力的价格提供更长的储存时间。

使用我们的铁液流电池技术,我们正在开发两种可提供可靠、安全、长效储能的产品。我们的第一个储能产品 Energy Warehouse 是一种“表后”解决方案(意味着它基于能源消费者的位置,或在与公用事业公司的服务分界之后)。能源仓库提供从 50 千瓦 (“kW”) 到 90 kW 和 4 到12 小时期间。一个 50 千瓦的系统,当用于八小时的存储时,可以为 20 个家庭供电,总输出为 400 千瓦时。能源仓库部署在集装箱单元中,允许在几乎任何客户的地点轻松安装完全交钥匙的系统。能源仓库的潜在用例包括微电网、小规模和商业和工业 (“C&I”) 需求的峰值电厂更换。对于需要额外储能容量的客户,可以将多个单元添加到同一系统中。我们的第一代能源仓库于 2015 年部署。从那时起,除了原型试验继续进行的两个单元外,我们所有的第一代单元都已归还给我们。

我们的第二个更大规模的储能产品,能源中心,是一种“电表前端”解决方案,这意味着它专为在与公用事业公司的服务分界前使用而设计。能源中心解决方案专为公用事业、IPP 和大型 C&I 消费者设计。能源中心提供完全可定制的配置范围,安装后可满足客户的电力、能源和持续时间需求。我们预计储能容量从 3 兆瓦开始,持续时间为 6 到 12 小时。能源中心的模块化设计使产品能够扩展以满足 IPP 和公用事业规模的应用,包括大型可再生能源+储能项目和独立储能项目。

对于我们的两种储能产品,知识产权和差异化点都包含在质子泵、电源模块和电解质中。这些组件受到商业秘密、专利(已授予和正在申请中)和多年研究的保护。能源仓库和能源中心的其余部分有意设计为易于生产。通过使用标准泵和设备并轻松

制造的外壳,我们的储能产品几乎可以在任何地方组装,并以高效的成本生产。

ESS的关键技术

我们技术的优势

我们的长效铁液流电池不同于当今市售的任何其他电池。与其他液流电池一样,我们的技术可实现无限循环且不会出现容量衰减。但与其他使用稀有或昂贵金属(如钒)的液流电池不同,我们地球上丰富的铁、水和盐输入以及简单的制造过程(我们仅使用有限数量的高成本材料(如铂))将使我们能够创造电池的成本大大降低。我们相信这种组合对市场来说是独一无二的。

与市场上现有的电池相比,我们的电池设计成本更低、更可靠且更具可持续性。

资料来源:ESS 管理。

降低存储成本

使用 LCOS 比较方法,我们的电池将比 锂离子用于 4 小时和 12 小时能量存储的竞争对手。我们认为这个指标在比较系统成本时最有用,因为它考虑了整个生命周期的拥有成本(IE、初始资本支出、安装、处置以及运营和管理成本)除以年可用千瓦时。根据考虑的情况,我们的电池节省的成本超过锂离子因人而异。然而,在四个小时和12 小时 情况下,我们的电池成本比 锂离子 在 LCOS 的基础上。

对于使用四小时或更长时间储能的用例,我们的电池能够每天循环多次而不会出现容量衰减,从而降低 LCOS 的使用寿命。如下图所示,随着持续时间的增加,LCOS 的节省甚至更多,因为与锂离子, 这只能通过添加完整的电池组来扩展。

锂离子电池和 ESS 长效铁液流电池的 LCOS 4 小时对比 12 小时

随着时间的推移,我们的制造和供应成本将低于 锂离子并将这些节省的成本转嫁给客户有助于降低 LCOS。从制造的角度来看,我们的成本会更低,因为我们的设施比同类设备更简单锂离子制造设施和我们的组装过程不那么复杂。我们的设施不要求洁净室标准的类型锂离子设施做;我们用无害的制造我们的电源模块和电解液的材料以及我们的制造设施需要的许可、维护和运营成本更低。此外,我们的电池主要使用地球上丰富的材料,这些材料比其他电池化学物质使用的稀土金属便宜,尽管我们在制造过程中确实使用了数量有限的高成本材料,例如铂金。累积影响是我们储能产品的成本降低,我们相信这将使我们能够在价格上与现有技术竞争。

无容量衰减

容量衰减是指电池随着时间的推移通过重复使用而失去存储容量。智能手机用户会熟悉这个概念,因为他们会考虑电池寿命全新的与同一部手机在持续使用一两年后的电池相比。同样的现象发生在公用事业规模锂离子电池。这些电池的容量衰减是因为每次循环都会导致少量的活性锂和电池电极材料损失。随着剩余电极和活性锂的数量逐渐减少,电池在存储能量方面的效率会随着时间的推移而降低。恢复容量的唯一方法是更换电极和活性锂。大多数消费产品的行业技术当前最佳实践建议在电池效率低于 80% 时在大约 500 次循环后更换。

我们的铁液流电池不会出现这种容量衰减,因为它们储存能量的方式在物理上是不同的。正极和负极电解液罐由薄膜隔开,我们的电池通过为外部电解槽充电以液体形式储存电能,并通过薄膜在电解槽之间产生反应来发电。通过将能量存储在外部罐中,它允许系统通过我们获得专利的质子泵被动地维持电解质,确保电解质和膜保持没有氢氧化物积聚,我们的电池在储存和产生能量方面保持其效率。通过使电解质处于液体形式,无需担心活性材料的形态变化会减少活性面积或迁移到不再活性或可能导致短路的地方。最后,在放电状态下,正极和负极电解液都是亚铁形式,这使我们能够完全混合槽,使电解液中的所有成分恢复到接近生命的开始专注。简而言之,我们的铁液流电池可以运行数万次循环而不会损失容量。

可循环性

我们相信,由于我们的电池不会经历容量衰减,因此我们的电池可以使用的循环次数没有限制,这是通常的情况 锂离子电池,使我们的电池没有基于可循环性的保修限制。除了没有保修限制外,我们的电池还可以快速从储存能量转换为释放能量,从而可以在需要时在短周期内使用。根据制造公司比亚迪公开的储能系统情况说明书,锂离子电池限制为 6,000 次循环。由于我们的电池没有循环限制,因此它们可用于在多个较短的循环或较长的单个循环中使用相同的能量和相同的成本提供电力。这种灵活性使我们的电池可以部署在具有各种电力供需限制的地方。

解锁更大的可再生能源渗透

我们的电池可以储存 4 到 12 小时的电力,提供比 锂离子。提供 12 小时清洁的可再生电力可为电网运营提供更多保证,确保电力在需要时可用,从而消除了扩大可再生能源渗透的最大障碍之一。通过这种方式,我们的电池可以用可再生能源复制基荷火电的可靠性。这种可靠性水平将使电网减少对热资产的依赖并实现脱碳目标。

可持续性

我们的电池主要由地球上丰富的、 无毒 和 非爆炸性材料。将铁、水和盐作为我们的核心化学元素,我们可以轻松地从任何地点的多个来源获取我们的输入。在处理前增加我们电解液的 pH 值会导致固体材料(铁和盐(氯化钾))沉淀,然后可以更容易地丢弃。我们的电池通过促进向可再生能源的过渡来实现更清洁的能源网络,并且在此过程中不会造成环境退化。

据《清洁生产杂志》(2020 年)报道,加州大学欧文分校进行的一项研究发现,在液流电池中,与使用钒和锌的电池相比,铁液流技术对整体环境的影响最低。我们的电池对环境的危害也明显低于锂离子 电池,多亏了地球上丰富的铁、水和盐,使用寿命更长,易于使用 生命的尽头材料回收。此外,我们的电池在整个生命周期内的碳排放量比锂离子电池低约 67%。

这样做的好处之一 无毒 和 无害的化学成分是我们的电池不会造成与其他电池相同类型的爆炸和火灾风险。我们的电池可以在环境温度范围内工作-5°C至 50°C,无需加热或冷却系统。这与锂离子我们认为这些系统在 20°C 至 25°C 的较窄温度范围内进行了优化,因此需要加热和冷却系统。此外,在加利福尼亚、澳大利亚或西班牙等容易着火的环境中,这一差异点将使我们的电池能够在不存在环境灾难风险的情况下进行安装。这与锂离子 我们认为具有与易燃性和爆炸风险相关的重大风险的电池。

由于没有有毒泄漏的风险,我们电解质的良性化学性质减少了将我们的储能产品放置在原始环境中的主要障碍。我们的电池也可以在不需要其他储能技术通常需要的昂贵的二级和三级许可证的情况下进行安装。我们还估计我们的电池平均使用寿命为 25 年。

我们的竞争优势

我们的增长战略

我们打算通过利用我们在制造、成本、技术和研发方面的竞争优势来建立持久的业务。我们有许多途径来实现我们的增长目标:

客户

我们的潜在客户包括公用事业和 C&I 最终用户。我们的潜在客户对几个用例感兴趣,包括太阳能转移、调峰、价格套利、公用事业辅助服务和微电网。

我们打算在两个方面为客户提供服务 在仪表后面 和 仪表台前市场。在在仪表后面 应用,客户将使用我们的储能产品来降低能源成本,与可再生能源解决方案相结合以实现企业可持续发展目标,并提高他们的能源弹性。 仪表背后 客户可能包括微电网和小型工商业客户。

前台相比之下,客户主要是可再生能源普及率高并需要储能以帮助平衡电网的公用事业公司,以及可以利用储能来提高可再生能源项目经济性的 IPP。这些客户使用我们的储能产品以公用事业规模储存能源,然后他们可以在需要时利用或出售给他们的客户。随着时间的推移,我们期望我们的仪表台前客户群扩大到包括其他类型的能源供应商。我们目前的客户包括大型公用事业公司。

我们还计划向 IPP 和项目开发商销售产品。

我们设计了能源仓库和能源中心来满足这两个不同市场的需求。能源仓库用于在仪表后面由于其体积小和方便的交钥匙包装而使用。能源中心可供大客户使用在仪表后面和仪表台前市场。

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