Izraz svinjsko poceni kaže na zelo visoko stopnjo, v močni obliki. Pogovorno slišimo: pritisnil je svinjski mraz; letos bo svinjska vročina. Slišali bomo tudi: baterije so svinjsko poceni. Ne verjamete? S svinjsko poceni baterijami bi lahko vsaka hiša postala samozadostna, ne le samooskrbna.
Baterije: kako poceni so lahko?
How dirt cheap batteries will completely transform our electricity grid, paving the way for solar and wind and replacing grid reinforcements with grid buffers.
avtor: AUKE HOEKSTRA 16. JUNIJ 2024
Natrijeve baterije bodo postale svinjsko poceni. To bo posledično prenovilo naše električno omrežje: odziv na lokalno povpraševanje bo ključen, odpornost in stabilnost omrežja se bosta izboljšali, okrepitve omrežja bodo postale manj drago ozko grlo, sonce in veter pa bosta uspevala. Z vidika našega energetskega sistema bodo baterije spremenile vse.
Kako je do mene prišlo to razodetje
Baterije so bile v središču mojega raziskovanja že več kot petnajst let, vendar me njihov vpliv še vedno preseneča. Zame se je to potovanje začelo leta 2007, ko sem ugotovil, da je solarna energija premalo cenjena. Tako sem svoje mnenje podal v časopisu , ustvaril lestvico, ki mi je prinesla nekaj razvpitosti na twitterju , in si vzel dopust. Med mojim dopustom se mi je posvetilo, da nista samo sončna energija in veter, ampak da so baterije prav tako velik preobrat, saj bi nas lahko odvadile od nafte za avtomobile. Tako sem napisal knjigo o električnih vozilih in začel novo kariero (zdaj vodim veliko raziskovalno pobudo na Tehnološki univerzi v Eindhovnu ). Vendar nikoli nisem v celoti ocenil vpliva baterij na nov energetski sistem. Do zdaj.
V svoji prvi karieri sem izkusil krivulje učenja za osebne računalnike, TCP/IP, WWW, mobilne telefone in pametne telefone, tako da mi je uporaba tega na baterijah postala naravna. Zaradi tega sem ugotovil, da so električna vozila (in leta 2017 eTrucks) neizogibna. Kar pa me ne neha presenečati, je število načinov, na katere lahko izboljšate baterije. Obstaja nešteto načinov, kako lahko izboljšate proizvodne metode, sestavo materialov in embalaže ter jih vsakič naredite lažje, dolgotrajnejše in cenejše. In vsakič to odpre nove poslovne primere in aplikacije.
Padec cen baterij
Skoraj stoletje smo samozadovoljno uporabljali svinčeve baterije, dokler nas prenosniki in osebni računalniki niso prisilili, da smo razvili nekaj boljšega. Leta 2008 so baterije znašale več kot 1500 $/kWh, zdaj pa je NMC baterijske celice (litijeve baterije s katodo iz niklja, mangana in kobalta) mogoče kupiti za manj kot 100 $/kWh in nekoliko težje litij železofosfatne celice, ki so v vseh pogledih boljše od te prve celice je mogoče dobiti že za 47 USD/kWh. Vse te baterije lahko še vedno postanejo cenejše, natrijeve baterije pa obljubljajo, da bodo še vedno cenejše. In kar naenkrat bomo vsepovsod postavili stacionarne baterije.
Materialni stroški za baterije: tekoče številke
Težko je napovedati, kako dobre in poceni bodo baterije jutrišnjega dne. Vendar imamo razlog za domnevo, da bodo še naprej postajali veliko cenejši.
Uporabljam metodo, pri kateri gledam na dve stvari:
- Krivulja učenja, ki jo kaže tehnologija
- Materiali, ki jih potrebujete (kot preverjanje resničnosti)
1. Izračun krivulje učenja
Glede točke 1. Povedati bi vam moral o Wrightovem zakonu, ker tako delujejo krivulje učenja: za vsako podvojitev proizvodnje bo cena padla za določen odstotek. Uporabil bom čudovit odprtokodni članek Waya in drugih o krivuljah učenja (ki tudi kaže, kako nam pospeševanje energetskega prehoda prihrani denar). Ta graf je še posebej pomemben za nas:
Barvne črte lahko prezrete in se osredotočite na pike. Pike kažejo, kako so opazovane cene padle (navpična os), ko so se izkušnje s proizvodnjo povečale (vodoravna os). Ker sta obe osi logaritemski, je rezultat Wrightsovega zakona skoraj ravna črta. Ali vidite, kako predvidljivo si sledijo pike?
Zdaj pa izračunajmo stopnjo učenja na podlagi tega grafa. Vidimo, da je prehod z npr. 10 na 1200 GWh baterij znižal cene baterij s 1200 $ na približno 150 $. Za izračun učenja na preprost način najprej ugotovite, kako pogosto se je proizvodnja podvojila. Torej nekajkrat podvojimo 10: 10>20>40>80>160>320>640>1280. To je sedem podvojitev. Zdaj je naslednje vprašanje, za koliko odstotkov se je cena znižala za vsako podvojitev. Formula za to je: začetna cena x (100 % – stopnja učenja ) ^ 7. In odgovor je, da se cena zniža za približno 25 % za vsako podvojitev.
Prihodnja ocena
Če želimo torej napovedati prihodnjo ceno, moramo najprej napovedati prihodnjo rast. Kot sem rekel v uvodu, sem se naučil, da so napovedi vedno preveč konzervativne, zato rad pogledam dejanski razvoj in to ekstrapoliram. Dober vir za to je nedavno poročilo IEA o baterijah . Zato sem vzel njihove podatke o proizvodnji baterij od leta 2015 do 2023 (stran 20) in z njimi izdelal te grafe.
Pike so njihovi podatki. Dodal sem črto trenda tako, da sem prilagodil eksponentno rast 59 % na leto. Kot lahko vidite, se trendna linija zelo dobro prilega. Dejansko ima korelacijo 99,9 %!
Predpostavimo torej, da se bo ta rast baterij nadaljevala še nekaj let in poglejmo proti letu 2030. (Vsi drugi napovedovalci domnevajo, da se bo rast umirila, in to počnejo vsako leto. Za baterije je to prav tako ekstremno, kot je bilo s sončno energijo . Toda to je tema drugega bloga.)
To bi pomenilo skoraj natanko 10 podvojitev leta 2030. Vsakič bi se cena znižala za 25 %. Končni rezultat bi bile baterijske celice, ki stanejo le 8 USD na kWh. Ampak počakaj! Tukaj nastopi metoda številka 2.
2. Izračun materialov, ki jih potrebujemo
Vedno sem mislil, da je cena baterije manj kot 50 USD na kWh na ravni celice le želja. Pogosto sem izračunal stroške NMC baterij (glej zgoraj). Primerjal sem prvo različico z imenom NMC111 (kjer imate enake količine niklja, mangana in kobalta) z novimi baterijami NMC811 (kjer nikelj predstavlja 80 % teže, mangan in kobalt pa le 10 %), vendar ni bilo tako pomembno za ceno katode. Surovine za katodo bi vedno stale približno 50 USD na kWh, ko bi energijska gostota dosegla vrh pri okoli 300 Wh/kg. Če k temu prištejete približno 10 USD na kWh litija, ne morete dobiti nižje od 60 USD/kWh.
Potem pa so se LFP baterije vrnile in CATL jih je nekako uspel povečati na več kot 200 Wh/kg. Verjemite mi: če bi pred nekaj leti napovedali, da bo LFP ta svetloba, bi bili videti nori. Zdaj bi zelo spodobna baterija s 60 kWh (dobra za doseg približno 350 km v varčnem EV) tehtala le 300 kg, če bi bila narejena iz LFP.
In potem sem pogledal surovine: železo in fosfat sta manj kot 20 centov na kWh. Enako velja za ogljik za anodo. V teoriji bi lahko katodni in anodni materiali kar naenkrat postali nižji od enega dolarja na kWh! Kar naenkrat litij predstavlja 90 % stroškov surovin, vendar bi ti stroški znašali le 11 $/kWh ali tako.
To je seveda noro govorjenje! Mislim, iti pod 50 $/kWh je že noro. Potem pa smo dobili jasnost glede cen baterij leta 2024 in izkazalo se je, da je LFP že okoli 50 USD/kWh ! Leta 2024! Ne 2030! Govori se, da bodo popolnoma nameščene omrežne baterije (torej ne le celice) na voljo pod 100 USD/kWh (ki mimogrede IEA pričakuje po letu 2050).
Natrij
Toda zdaj je čas za natrij. Pri LFP baterijah stroški surovin prevladujejo zaradi litija, medtem ko je cena natrija približno 30-krat manjša. Posledica bi bili stroški surovin za katodo in anodo, ki bi spet padli na približno 1 USD/kWh! In gostota energije je precej dobra. Natrij je že pri 160 Wh/kg, kar bi npr. pomenilo, da baterija s 60 kWh še vedno tehta manj kot 400 kg na ravni celice.
Ekstrapolacija krivulje učenja torej daje 8 USD/kWh leta 2030, medtem ko bi materialni stroški lahko dosegli nekaj dolarjev na kWh. In to ni niti govora o npr. litij-žveplovih baterijah, ki bi stale prav tako malo, a bi bile tudi izjemno lahke.
Moja napoved: stacionarne baterije v vaši hiši in povsod bodo spremenile nevihtno električno omrežje v miren bazen
Skupnost za obnovljivo energijo, katere del sem, je do zdaj dokazala, da lahko imamo cenovno dostopen energetski sistem, ki večinoma temelji na vetru in soncu . Vendar se praktična skupnost, katere del sem, na Nizozemskem sooča z ogromnimi težavami zaradi prezasedenosti omrežja: več kot 10 000 podjetij ne more dobiti električne energije, ki jo potrebujejo, in število hitro narašča. V naslednjih desetih letih nameravamo porabiti 236 milijard za omrežje. Zdaj sem prepričan, da bodo poceni baterije (npr. 5 ur shranjevanja za celotno državo ali 7 TWh, ki stanejo ‘samo’ 5 milijard evrov ali več) nadomestile večino teh naložb v omrežje.
Predvidevam, da bomo dolgo pred letom 2030 povsod imeli dolgotrajne baterije za manj kot 50 USD/kWh. Vaša hiša bo dobila 20 kWh baterijo, ki stane samo 1000 USD, ki se bo povrnila v manj kot treh letih in poskrbela, da vaša poraba električne energije čez dan nikoli ne bo dosegla vrhunca, da vaša napetost skoraj ne niha in da ne boste nikoli več doživeli izpada električne energije. Podjetja in poslovna središča bodo kupila večje baterije, ki bodo hitro rešile njihove težave z zastoji v omrežju.
Veter in sonce bosta čez dan dosegla skoraj konstantno ceno, ker baterije preprosto absorbirajo odvečno električno energijo, ki jo proizvedejo, ko je nekoliko cenejša, in jo vrnejo, ko je nekoliko dražja. Veter in sonce bosta torej še naprej hitro rasla.
Hkrati bodo te baterije poskrbele, da bodo izpadi električne energije, nihanja napetosti in prezasedenost omrežja zaradi konic v širšem omrežju stvar preteklosti. Povsod bodo vrhovi in padci v mreži izravnani s poceni baterijami.
Priprave na prihodnost: načrtujte odprto in varno omrežje okoli lokalnega odziva na povpraševanje, ki je kot internet
Da bi poceni baterije rešile naše težave z zastoji v omrežju in utrle pot soncu in vetru, se moramo pripraviti. Vidim veliko podobnosti z internetom.
Globalno omrežje potrebuje nekaj podobnega modelu OSI interneta , kar bo vsem po svetu omogočilo razvoj strojnih rešitev, ki so interoperabilne med seboj. Ne le na ravni strojne opreme in v smislu protokola (verjetno TCP/IP), ampak tudi v smislu, kako oprema, ki uravnava pretok energije, samodejno komunicira med seboj. Bilo bi podobno standardom W3C , ki zagotavljajo, da lahko to preberete v brskalniku, vendar posebej za energijo. Nazadnje menim, da se moramo prepričati, da vse naprave uporabljajo kriptografijo z javnimi zasebnimi ključi, tako da smo lahko prepričani, da dobimo informacije od zaupanja vredne naprave, za katero vemo, da bi morala obstajati in ima znane zmogljivosti. Mislim, da je to tudi področje, kjer bi porazdeljene knjige z nizkimi energetskimi zahtevami (torej ne Proof of Work , ampak Proof of Stake ) lahko zablestele z ustvarjanjem sistema ” nezaupanja vrednega ” (kar pomeni, da sistem preprosto deluje, tudi če ni “zaupanja vredne” stranke ki igra šefa).
Za zaključek
Mislim, da sem močno podcenjeval, kako poceni in vseprisotne bi lahko postale stacionarne baterije s prihodom sodobnih natrijevih baterij. Mislim, da bodo naše omrežje obrnili na glavo iz nečesa, kar se upravlja od zgoraj navzdol, v nekaj, kar je večinoma decentralizirano in od spodaj navzgor. Z baterijami boste poskrbeli, da bo elektrika v vašem domu zanesljiva in cenejša, vaša soseska bo uporabljala baterije za skupno rabo lokalne elektrike (na ta način boste prihranili pri stroških omrežja in zamudah pri gradnji omrežja) in na splošno bo omrežje postalo cenejše, bolj odporno in se lahko spoprime z ogromnimi količinami sonca in vetra.
