Как, помимо электромобилей, литиевые батареи изменят статус-кво в области энергетики?

Примерно на три четверти производственной линии в форме змеи на заводе Nissan в Сандерленде рабочий постоянно устанавливает топливные баки на бесчисленное количество хакерских шасси - большинство автомобилей, производимых на заводе, - это внедорожники. Но время от времени на этой производственной линии будет появляться другой автомобиль: электромобиль под названием Leaf.

На этом этапе задача рабочего сменится с установки топливного бака на установку аккумулятора. Его движения идеально сочетаются с роботизированной рукой рядом с ним, плавно переключаясь между топливом и электромобилем.

До недавнего времени многие считали этот переход невероятным. В прошлом веке двигатели внутреннего сгорания были основной движущей силой автомобилей и кораблей. Это действительно дает ему большое преимущество. Хотя Leaf известен как самый продаваемый электромобиль в мире, завод в Сандерленде, крупнейший автомобильный завод Великобритании, в прошлом году произвел всего 175 000 Leaf по сравнению с 310 000 в том же году. Напротив, хакер находится в прибыльном состоянии, в то время как Leaf теряет деньги.

В прошлом году мировые продажи электромобилей составили 750 000 единиц, что составляет менее 1% рынка новых автомобилей. Карлос Гон, владелец альянса Renault-Nissan, заявил в 2011 году, что только две компании удвоят производство электромобилей к 2016 году. Оглядываясь назад, этот прогноз, очевидно, слишком оптимистичен, но подобные прогнозы не редкость.

Однако, хотя время запуска электромобилей не может быть определено, по общему мнению, эта технология скоро станет крупным бизнесом.

Гражданские электромобили с почти полным спектром бензина (такие как Tesla Model3 и Chevrolet Bolt от General Motors) были недавно внесены в список, а обновленный Leaf будет выпущен в сентябре. Текущий статус завода в Сандерленде указывает на то, что топливные и электромобили уже могут использовать одну производственную линию, что упрощает популярность таких автомобилей за счет расширения производственных мощностей.

литиевая батарея скачок вперед

Многие прогнозы предполагают, что стоимость владения и вождения электромобиля за весь срок службы можно сравнить с расходом топлива на топливо через несколько лет, что привело к всплеску продаж электромобилей в 2020-х годах и стало массовым в 2030-х годах. В прошлом году на долю Китая пришлось около половины мировых продаж электромобилей. По оценкам, в 2020 году на дорогах появятся 2 миллиона электрических и подключаемых гибридов, а через 10 лет их количество достигнет 7 миллионов.

Консалтинговая компания Bloomberg New Energy Finance отметила, что ожидания нефтяных компаний в отношении электромобилей намного выше, чем они были несколько лет назад. Организация стран-экспортеров нефти (ОПЕК) теперь планирует использовать 266 миллионов электромобилей в 2040 году. И Великобритания, и Франция также заявили, что к тому времени будут запрещены транспортные средства, работающие на чистом топливе.

Это связано со значительным расширением бизнеса литиевых аккумуляторных батарей и общим консенсусом в отношении того, что отрасль будет продолжать быстро расти в будущем. Первая литиевая батарея была выпущена 26 лет назад и первоначально использовалась в камере Sony CCD-TR1. Этот продукт настолько популярен, а аккумулятор, который он использует, еще более популярен, и он постепенно используется в компьютерах, мобильных телефонах, беспроводных устройствах, электронных сигаретах и других продуктах.

Чем больше электронных устройств используют батареи, тем выше спрос на литиевые батареи. В прошлом году производство литиевых батарей за счет потребительских товаров составило около 45 ГВтч. Проще говоря, если для питания Великобритании использовать все батареи (среднее энергопотребление в стране составляет 34 ГВт), этого хватит примерно на 1 час 20 минут.

В том же году производство литиевых батарей для электромобилей достигло половины производства электроники: 25 ГВтч. Но SamJaffe, консультант по аккумуляторным батареям в CairnERA, ожидает, что спрос на автомобильные аккумуляторы превысит спрос на бытовую электронику уже в следующем году, что сделает его поворотным моментом для всей отрасли. Массовое расширение началось.

Поскольку пять ведущих мировых производителей литиевых аккумуляторов, японские Panasonic, южнокорейские LG Chem и Samsung SDI, китайская эпоха BYD и Ningde, увеличивают капитальные затраты и ожидают, что производство вырастет в три раза по сравнению с текущим уровнем в 2020 году. Суперфабрика в Неваде стоимостью 5 миллиардов долларов, и Panasonic смогла достичь годового производства около 4GWh. Tesla заявила, что в 2018 году компания вырастет до мощности 35 ГВтч. Всего четыре года назад этого производства хватило для всех литиевых батарей по всему миру.

Суперзаводы строятся не только для электромобилей. После того, как слух о регулировании мощности в Южной Австралии, основатель Tesla Элон Маск сказал премьер - министру страны в марте , что Тесла могли обеспечить достаточную емкость батареи к концу года , чтобы гарантировать , что электроэнергетическая никогда до свидания.

На суперзаводе в настоящее время пытаются заполнить мощность 129 МВтч, чтобы выполнить обещание босса. Когда он будет установлен на другой стороне Тихого океана, он станет крупнейшим в своем роде в мире. Но будет много подобных систем, которые будут развернуты в будущем.

Как операторы сетки искать способы сгладить эффекты прерывистой подачи солнечной и ветровой энергии, в промышленных масштабах батарейные блоки питания литиевая становятся все более популярными - особенно сплайсинга многие батарейных используемых в автомобилях. Отрегулируйте его химические и электронные компоненты, чтобы обеспечить более быструю зарядку и разрядку.

Потребители , которые хотят быть независимыми от сетки можно купить меньшие блоки батарей - или хранить их собственное электричество , чтобы продать к сетке , когда цены на электроэнергию являются самыми высокими в течение дня или ночи. Аккумуляторы стали неотъемлемой частью истинного видения снижения выбросов в будущем.

Мировые производственные мощности стремительно растут

Основные принципы работы литиевых батарей легко понять. Когда аккумулятор заряжается до потенциала, ионы лития втягиваются глубоко в графитовый электрод. Во время использования эти ионы лития возвращаются к более сложному электроду, катоду, состоящему из соединения лития и других металлов через жидкий электролит.

С другой стороны, основная операционная модель аккумуляторного бизнеса очень непрозрачна, главным образом потому, что поставщики уделяют слишком много внимания секретности и непредсказуемой экономической ситуации азиатских гигантов, которые являются лидерами рынка.

Ситуация последних нескольких лет показывает, что все крупные производители увеличивают производственные мощности, отчасти потому, что это может снизить удельные затраты. В качестве основного компонента батареи литиевые батареи стоили более 1000 долларов за киловатт-час в 2010 году, а в прошлом году упали до 130-200 долларов. GM сообщила, что, когда компания приобрела аккумуляторную батарею на 60 кВтч для Bolt, цена, уплаченная LG Chem, составляла 145 долларов за кВтч (стоимость аккумуляторной батареи была выше, чем стоимость батареи из-за трудозатрат, материалов и электронных компонентов).

Tesla заявила, что цена на батарею Model 3 дешевле. Низкая стоимость - не единственное улучшение. Большой объем инвестиций в исследования и разработки позволил достичь более высокой плотности энергии (увеличенная емкость на килограмм) и большей долговечности (увеличенные циклы зарядки и разрядки). Гарантия на аккумуляторные батареи Bolt составляет 8 лет.

Но таким образом снижение цен может не только производить более дешевые и качественные батареи, но и привести к значительному избытку мощности. По оценкам CairnERA в прошлом году, емкость литиевых батарей на треть превышает спрос. И агентство, и BNEF заявили, что на каждую произведенную автомобильную батарею производители аккумуляторов либо теряют деньги, либо могут получить лишь небольшую прибыль.

Несмотря на избыток предложения, все они планируют продолжить расширение, отчасти для дальнейшего снижения затрат. Джефф объяснил, что такое мышление относится к «традиционной модели азиатских гигантов»: в обмен на размер прибыли в обмен на долю рынка.

Это кажется хорошей стратегией, поскольку будущее электромобилей светлое. Но сейчас это кажется немного нервным. Хотя Джефф считает, что рост спроса на электромобили и складские помещения может поддержать это быстрое расширение, теперь он также считает, что «это похоже на золотую лихорадку без золота».

Но в нем есть и другие ценные металлы. Чтобы производить больше батарей, вам нужно больше лития, а также множества других металлов, включая кобальт, используемый для изготовления катодов. На эти металлы приходится около 60% стоимости аккумуляторов. Для производителей аккумуляторов обеспечение бесперебойной поставки этих материалов так же важно, как и владение электрохимической технологией.

С 2015 года Саймон Мур из консалтинговой фирмы BenchmarkMineralIntelligence заявил, что цены на литий выросли втрое, цены на кобальт - вдвое, а цены на никельсодержащие химические вещества, используемые в катодах, также выросли.

Морс сказал, что найти новый источник лития несложно. Мировые запасы лития составляют не менее 210 миллионов тонн, а текущая годовая добыча составляет всего 180 000 тонн. Новый литиевый рудник постепенно добывается. Чилийская SQM, крупнейший в мире производитель лития, объявила в июле, что инвестирует 110 миллионов долларов в Западную Австралию для создания совместного предприятия по производству лития.

С кобальтом дело обстоит еще сложнее. Мало того, что поставки скудны, многие из них из Демократической Республики Конго. В этом регионе есть как этические проблемы (необходимость полагаться на детский труд), так и проблемы бизнеса (никто не хочет полагаться на полевых командиров в поисках важных ресурсов). LG Chem заявила, что компания пытается уменьшить количество кобальта, используемого в батарее, продолжая повышать производительность. В будущем переработка этого металла из использованных аккумуляторов повысит устойчивость всей отрасли.

Одна из причин, по которой производители по-прежнему уверенно наращивают свои производственные мощности перед лицом роста цен на сырье, заключается в том, что у литиевых батарей в настоящее время мало конкурентов. Часто существуют и другие аккумуляторные технологии, которые претендуют на то, чтобы иметь большее преимущество в принципе, но никакая технология не может превратиться из простой идеи в доминирующую технологию, такую как литиевая батарея, за десятилетия развития. Весь процесс породил ряд дополнительных технологий, в том числе точное производство, выбор электролита и даже более сложные нанотехнологии с металлическими катодами.

Кенан Сахин, глава CACMPower, поставщика катодных материалов в США, сказал, что стоимость и вес литиевых батарей, количество циклов повторной зарядки и разрядки, долговечность и безопасность достигаются за счет бесчисленных корректировок, а не в одночасье. Сделай это.

Он сравнивает химию аккумуляторов с процессом открытия лекарств в фармацевтической промышленности. «Это действительно трудно. Независимо от того, что вы хотите делать на шкале, вы должны принять побочные эффекты », - сказал он. Потенциальным кредиторам сложно подражать этому. В обозримом будущем постоянно развивающаяся технология литиевых аккумуляторов - возможно, с использованием новых твердотельных электродов - будет продолжать оставаться лидером и получать выгоду от постоянного роста поддерживаемых моделей приложений.

До сих пор наиболее распространенной является цилиндрическая батарея 18650. Его длина составляет около 65 мм, диаметр - 18 мм, а плотность энергии составляет около 250 Втч на килограмм. (Для сравнения, удельная энергия бензина примерно в 50 раз выше, но аккумулятор может хранить в сотни раз больше энергии.)

Tesla и Panasonic в настоящее время разрабатывают 2170 аккумуляторов, которые немного длиннее и немного шире, чем 18650. По словам Маска, это будет аккумулятор с самой высокой плотностью на рынке. Компания заявила, что стоимость доставки Model3, поставленной в конце июля, снизилась вдвое по сравнению с любой предыдущей моделью. При запуске автомобиля заявление Маска о том, что в следующем году будет выпущено 500 000 единиц, звучит потрясающе. «Добро пожаловать в производство ада», - сказал он рабочим конвейера.

7 августа Tesla объявила, что выпустит облигации на сумму 1,5 миллиарда долларов для поддержки планов расширения компании, что даст фондовому рынку столь необходимую передышку - компания часто поднимает свой фондовый рынок, и цена ее акций была в прошлом году. На две трети выше.

Компания заявила, что получила 455 000 предпродажных заказов на Model3, что может обеспечить достаточный денежный поток до конца года для консолидации ее финансового положения. Если все пойдет по плану, Маск надеется, что суперзавод станет самым большим зданием в мире с годовой мощностью 100 ГВтч. Компания может также построить суперзаводы в другом месте, а следующая может обосноваться в Китае.

Все инициативы верят, что электромобили будут процветать. Эти продукты, несомненно, становятся все лучше и дешевле. Но есть еще несколько факторов, которые ограничивают его практичность, самая заметная из которых - зарядка. В Великобритании 43% автовладельцев не имеют парковки на улице, поэтому они не могут заряжать свои автомобили дома. Когда зарядное устройство мощностью 11 кВт используется для зарядки аккумулятора мощностью 90 кВт в течение 6 часов, возможно перегорание предохранителя.

Энергосистема Нью-Йорка пришла в упадок, начиная с эпохи Джорджа Вестингауза и Николы Теслы более века назад. В настоящее время предпринимаются усилия по освоению большего количества возобновляемых источников энергии в качестве источника электроэнергии, а хранилища энергии предлагают новые способы удовлетворения пикового спроса на электроэнергию. Официальный представитель министерства энергетики штата Джейсон Долинг сказал, что проект идеально подходит для установки в высотных зданиях, которые могут питать лифт в утренние и вечерние часы.

Но пожарная служба Нью-Йорка по-прежнему обеспокоена тем, что литиевые батареи в зданиях могут вызвать пожар. Прошлогодний Samsung Galaxy Note7 "Frozen Door" заставил мир осознать, что литиевые батареи, если они неправильно спроектированы, могут сгореть из-за короткого замыкания. Но в целом новые материалы и керамические покрытия электродов сделали автомобильные аккумуляторы очень безопасными.

Помимо проблем безопасности, компании, устанавливающие собственные системы хранения данных, заявляют, что им мешают устаревшие нормативные требования и вопросы страхования. Анил Сривастава, глава швейцарского производителя аккумуляторов Leclanch é , сказал, что это ограничивает их возможности доступа к средствам. Им также необходимо найти способы сделать складские помещения целесообразными.

Иногда это почти единственное решение, отвечающее нормативным требованиям (как в случае с Сан-Диего): после утечки бензобака AlisoCanyon в 2015 году Комиссия по коммунальным предприятиям Калифорнии выразила обеспокоенность по поводу отключения электроэнергии в Лос-Анджелесе. Когда цена является основной целью, батарея ищет более одной услуги, которую может предложить пользователю. Этот процесс называется «суммированием доходов». Например, система может не только обеспечивать электропитание сети для краткосрочной корректировки частоты, но также быть способом справиться с пиковым спросом.

Это звучит сложно, но поиск более чем одного способа продажи одной и той же вещи - неизбежная тенденция в индустрии аккумуляторов, так же как она настраивает разные продукты для разных рынков и разных масштабов использования. Хотя сегодняшнее процветание выглядит немного устрашающе, в долгосрочной перспективе отрасль, похоже, делает хорошую работу.

Страница содержит содержимое машинного перевода.