Эволюция батарей и революция в энергетике

< Назад до записів

Недавняя статья в «ForeignAffears» под названием «BatteryPowered/ThePromiseofEnergyStorage» (SteveLeVine, он автор книги на эту же тему), предложила новый взгляд на будущее енергетики - с точки зрения эволюции батарей и аккумуляторов. Хотя эти устройства развиваются относительно медленно, за последние 20 лет они существенно усовершенствовались и подешевели. Электромобили, которые в 90-е годы были экзотикой, стали престижным видом транспорта. Множество правительств развитых стран приняли программы развития электротранспорта и «зеленой» енергетики. Более того, возникновение мощных (в десятки МВт-час) стационарных аккумуляторов позволяет снизить пиковые загрузки в сети, и сделать солнечную и ветроэнергетику нормальной частью национальной электросети.

Главный вывод автора исследования – даже если в развитии энерготехнологий не произойдет никаких существенных прорывов, одна лишь эволюция батарей и аккумуляторов, их проникновение в наш быт, сама по себе приведет к энергетической революции в течение ближайших 10 лет, а в ней, как и во всякой революции, будут свои выигравшие, и свои проигравшие. Однако для Украины в целом, учитывая нынешнюю энергозависимость от России, перспектива подобной революции сулит куда больше выгод, чем затрат.

Итак, как пишет Левин, «Снижение цен на нефть, которые началось в середине 2014, идет беспрерывно. Это породило финансовые проблемы в странах-экспортерах нефти, создавало помехи устремлениям России, и изменило расчеты, на которых основана ядерная программа Ирана. Это также дало толчок росту американской экономики и другим странам, потребляющим нефть. Никакая другая сила на земле не хранит в себе столько скрытых способностей изменять мировые события. Кроме одной, которой являются электрические батареи.

Когда дело доходит до энергии, новые технологии могут почти мгновенно радикально изменить ситуацию, ко всеобщему удивлению. И так же, как это сделала сланцевая революция с появлением технологии фрекинга, которая в значительной степени и вызвала текущий нефтяной переворот, развитие батарей может изменить геополитику и бизнес. Возобновимые источники энергии долго сдерживалась проблемой хранения электричества, потому что часы, когда солнце светит или дует ветер, не обязательно соответствуют часам, когда люди используют электричество больше всего. Ключ к открытию потенциала возобновляемых источников энергии является, таким образом, ключром к накоплению энергии в батареях, которые позволили бы потребителям использовать электричество, произведенное раньше. Если бы сегодняшние стандартные литий-ионные аккумуляторы шире использовались, чтобы накапливать электричество из сети, то они могли конкурировать со сланцами по своей способности менять ситуацию в энергетике.

Для начала они могли сократить мировое потребление приблизительно на четыре миллиона баррелей нефти в день, поскольку страны, которые полагаются в большой степени на нефть для получения электричества, такие как Япония и Саудовская Аравия, могут сократить свое потребление и обратиться вместо этого к солнечной энергии или энергии ветра, сохраненной в батареях. Это равняется огромным 4.5 процентам текущего глобального потребления нефти. Вдобавок к этому батареи принесли бы и экологические блага, так как солнечная энергия и энергия ветра могут, наконец, начать заменять уголь и природный газ. И, подобно сланцевому газу, крупные батареи породили бы и гигантский коммерческий всплеск. Согласно исследованию Citi, к 2030 они будут приносить доходов более чем на $400 миллиардов в год.

Такие розовые перспективы были бы невозможны без значительных и глубоких усовершенствований и снижения стоимости батарей, используемых в электронных устройствах и электромобилях. Стоимость батарей составляет треть цены электромобиля, но устойчивое развитие батарей постоянно снижает их стоимость. В результате уже в следующем десятилетии, цена электромобиля может сравняться с обычными бензиновыми автомобилями - и даже упасть еще ниже, учитывая расходы, необходимые для того, чтобы обычные автомобили могли выполнять строгие стандарты по выбросам. Фирма технологических исследований IDTechEх предсказывает, что к 2024 году продажи электромобилей (включая гибриды) могли достигнуть десять миллионов штук в год, утроив их производство, которое достигнет $179 миллиардов. Это – те цифры, которые убедили Китай и Соединенные Штаты начать конкурировать с Японией и Южной Кореей, которые совместно имеют 92 процента рынка батарей для электромобилей.

При всех «за» и «против» сценарий, нарисованный оптимистами, защитниками окружающей среды, служащими «Тесла моторс» и их покупателями, а также и фалангой аналитиков с Уолл-стрит – нельзя назвать неправдоподобным. Он не требует никаких важных научных прорывов. Все, что необходимо, это проводить уже существующую правительственную политику, рутинную инженерную работу и расширять производство, которое будет приносить экономию просто за счет масштабов.

Развитие технологии и снижение стоимости батарей не произошло бы без массивных правительственных инвестиций. В 2009, американский президент Барак Обама обещал, что Соединенные Штаты захватят 40-процентов глобального рынка батарей к 2015, при том, что в 2009, когда он занял свой пост, Штаты имель почти ноль. Он протолкнул $2,4 миллиарда на развитие технологии производства батарей и электромобилей как часть комплекса мер по стимулированию экономики, что на порядок больше, чем примерно $50 миллионов в год, которые Министерство энергетики ассигновало ранее. И он ввел налоговую льготу в размере 7,5 тысяч $ на покупку электромобиля.

Другие правительства сделали то же самое. Франция, Норвегия, Испания, и Соединенное Королевство предложили еще большие налоговые льготы для электромобилей. Южная Корея опережает других, предлагая субсидию в размере 13,500$ за автомобиль. Китай предлагает от 5 до 10 тысяч $, в зависимости от марки автомобиля, а японское правительство, которое хочет, чтобы к 2020гибриды или электромобили составляли половину всех произведенных внутри страны машин, освобождает электромобили от всех налогов. Пока что такие стимулы необходимы, чтобы возместить значительную стоимость электромобилей по сравнению с традиционными транспортными средствами: ведь бензин содержит в 50 раз больше энергии на килограмм, чем литий-ионный аккумулятор.

Снижение стоимости

Стоит отметить, что как и крупные литий-ионные аккумуляторы сегодня, миниатюрные литий-ионные аккумуляторы, используемые в электронике, поначалу также были чрезвычайно дорогими. В 1995, батарея в 1Квт-ч стоила 3 000$, по сравнению с приблизительно 200$ сегодня.  Что касается батарей электромобиля, они достигали 1 000$ за 1Квт-ч в 2009, но теперь стоят вдвое меньше. Когда дело доходит до батарей для крупномасштабного хранения электроэнергии, скажем, для целого населенного пункта, большинство прогнозов обещают в 2020 году снижение стоимости вдвое – с примерно  500$ за 1Квт-ч до 230$. При такой стоимости батареи достигнут переломного момента и начнут конкурировать с углем, нефтью, и природным газом, поставляя энергию в сеть в периоды пикового потребления электричества.

Независимо от развития событий, существенная часть мирового населения в ближайшее время не будет иметь ископаемое топливо для получения электричества, если вообще когда-нибудь его получит.

С другой стороны, уже есть страны, которые  могут надеяться  полностью перейти на возобновляемые источники энергии, если аккумулирование энергии станет доступным. Солнечная энергия уже конкурентоспособна без субсидий в Австралии, Германии, Италии, Португалии, Испании, и юго-западе Соединенных Штатов. Если бы солнечные установки в этих местах были оборудованы хорошими батареями, то потребители могли бы сэкономить, покупая меньше электроэнергии через национальную электросеть, и приобретая ее непосредственно у производителей.

Гигантские батареи как стандартная часть систем производства элктроэнергии из возобновляемых источников, могут  стать реальностью уже в течение десятилетия. Исследовательская фирма «Navigant» предсказывает, что в Азии вскоре начнется бум крупных аккумуляторных батарей, поскольку многие страны только начинают развивать свою электрическую инфраструктуру. Соединенные Штаты также готовы для бума возобновляемых источников энергии, использующих мощные аккумуляторы энергии, причем в значительной степени благодаря региональным властям. Калифорния уже занимается строительством мощностей в 1.3 гигаватта, эти гигантские батареи планируют построить к 2022 году. А в городке Техачапи будут установлены аккумуляторы, которые сохранят 32 мегаватт-часа, полученных от 5 000 ветряных двигателей.

Победители и проигравшие.

Как и в любой энергетической революции, будут победители и проигравшие. Среди крупнейших жертв окажется угледобывающая отрасль. Проиграют производители нефти, сегодня они спорят, доказывая, что развитие батарей -  это искусственный продукт государственных субсидий. В 2014, ExxonMobil дал весьма блеклый прогноз будущего батарей, предсказывая, что возобновляемые источники энергии и в 2040 будут стоять перед той же самой проблемой, как и сегодня: батареи будут слишком дорогими и ненадежными, чтобы сохранить то, что производят солнце и ветер. Правительство США дает более оптимистичный прогноз, предсказывая, что солнечная энергия и энергия ветра в 2015 будут поставлять приблизительно пять процентов электричества в одних только Соединенных Штатах.

Тем временем компания «Тесла моторс» также мчится вперед, и в ожидании спроса на аккумуляторные батареи, начала строительство гигантского завода за 5 миллиардов долларов возле города Рено, в шате Невада. Этот «Gigafactory» через пять лет удвоит мировое производство  литий-ионных аккумуляторов. Повторяя мнение большей части аналитиков с Уолл-стрит, отчет «Morgan Stanley» 2014 года дает весьма благоприятную оценку этих амбициозных планов.

Заряженные и готовые к бою.

В конце 1990-ых и первого десятилетия этого столетия, казалось, у электромобилей не было никаких надежд. Однако как быстро изменилась ситуация: к концу 2014 Тесла стала бестселлером продаж, а Nissan Leaf достиг отметки 30 тысяч проданных автомобилей.

Глупо предсказывать исключительный технологический прыжок, но не менее глупо не предсказать продвижение вообще. Оптимистические прогнозы на коммерческий успех больших батарей и электромобилей, в конце концов, это только теории. Они отражают линейное представление о развитии.

В то же самое время, китайские и американские ученые, работающие в программах, поддержанных их правительствами, способны совершить качественный скачок, который опрокинет ситуацию. Из-за огромных геополитических, экономических, и экологических выгод, которые обещает такой спех, правительства должны продолжить выделять значительные средства для развития батарей и аккумуляторов энергии.

Молодые, энергичные ученые должны понимать, что они могут рассчитывать на долгосрочную финансовую поддержку. Но даже если прорыва не будет, а финансируемые правительствами  ученые и разработчики в Китае и Соединенных Штатах просто продолжат свою работу, то даже при нынешних темпах это приведет нас в новую эру в энергетике. Конечно, крупный прорыв приведет нас в нее куда раньше. Но мы войдем в нее в любом случае».

А.Маклаков

(На фото – строительство завода компании «Тесла Моторс», который должен удвоить мировое производство литий-ионных батарей).

Блоги

Публікації

X
X

Партнери