В скором будущем транспорт и энергетика будут тесно связаны между собой, благодаря аккумуляторным батареям, которые внедряются в данные отрасли ускоренными темпами. От того, насколько достаточным будет их количество, будет зависеть электрификация дорожного транспорта и переход к возобновляемым источниками энергии.
Ожидается, что мировой спрос на аккумуляторные батареи вырастет более чем в 14 раз в течение следующего десятилетия, с ежегодным увеличением на 25%, и достигнет 2600 ГВт-ч к 2030 году.
Основным фактором роста спроса на батареи будет размещение аккумуляторов в электрических сетях и в электромобилях.
Аккумуляторы играют все более важную роль в решении следующих задач мирового масштаба:
1) обезуглероживание выбросов от дорожного транспорта и электростанций в атмосферу;
2) обеспечение перехода от ископаемого топлива к возобновляемым источникам при выработке электроэнергии;
3) обеспечение доступа населения к электроэнергии в не электрифицированных регионах.
В глобальном измерении, внедрение аккумуляторных батарей может сократить выбросы углерода в транспортном и энергетическом секторах на 30%, обеспечить доступ к электричеству для 600 миллионов человек, которые в настоящее время его не имеют, и создать 10 миллионов безопасных и устойчивых рабочих мест к 2030 году.
В состоянии ли мировая экономика быстро отреагировать на столь стремительное внедрение аккумуляторных батарей и осуществить качественный переход в энергоснабжении?
По мнению многих экспертов — это возможно, но при условии создания замкнутого жизненного цикла аккумуляторных батарей, то есть фундаментальных изменений в способах добычи материалов, их рециклинга, в технологии производства элементов батарей, а также в эксплуатации самих батарей.
Переход к замкнутому жизненному циклу позволит извлечь больше пользы при эксплуатации аккумуляторных батарей, а также получить выгоду от уже использованных батарей. В результате интенсивность парниковых газов в цепочке создания их стоимости снизится на 34 мегатонны (Мт), создав при этом дополнительную экономическую ценность в размере около 35 млрд. долларов США.
Например, такие решения как передача электроэнергии «от электромобиля в электросеть» (V2G) могут снизить затраты на создание инфраструктуры зарядки электромобилей до 90%, а в 2030 году — покрыть 65% спроса на аккумулированную электроэнергию в глобальном масштабе.
Международные организации и объединения, государственные регулирующие органы, производители аккумуляторов и транспортных средств будут работать вместе над тем, чтобы:
- обеспечить обмен данными между основными заинтересованными сторонами для повышения эффективности и продления срока службы батарей посредством их ремонта, реконструкции и утилизации;
- способствовать техническому развитию в разработке батарей с несложной разборкой с целью их дальнейшего перепрофилирования, ремонта, а также повторного использования материалов;
- гармонизировать национальные и международные правила для обеспечения безопасной и экономичной транспортировки батарей.
К примеру, паспорт батареи позволит обмениваться данными по таким параметрам, как химический состав материалов, происхождение, состояние батарей и история передачи ответственности. Он мог бы стать средством для отслеживания аккумуляторных батарей в течение всего их жизненного цикла и, в ближайшем будущем, помочь в создании системы по продлению срока службы и вторичному использованию материалов батарей.
Аккумуляторные батареи в дорожном транспорте
К 2030 году на долю пассажирских электромобилей будет приходиться наибольшая доля (60%) мирового спроса на аккумуляторы, за которым последует сегмент коммерческих автомобилей (23%). Географически Китай будет являться крупнейшим рынком аккумуляторных батарей для электромобилей (43%). Бытовая электроника, на которую сегодня приходится более 20% рынка батарей, в 2030 году будет представлять лишь незначительную долю на мировом рынке аккумуляторов.
На выбросы от дорожного транспорта приходится 5,8 Гт CO2-эквивалента в год — почти 11% всех выбросов парниковых газов в мире. Пассажирский автомобильный транспорт является крупнейшим источником выбросов (4,0 Гт CO2-экв), затем следует коммерческий автомобильный транспорт (1,8 Гт CO2-экв). Электрификация является ключевым решением для декарбонизации выбросов от автомобильного транспорта. Уже сейчас электромобили выделяют на 30-60% меньше выбросов, чем автомобили с двигателем внутреннего сгорания. Если не предпринимать никаких усилий, глобальные выбросы от автомобилей продолжат расти. А электрификация транспорта может обеспечить рост мобильности населения без увеличения выбросов CO2. Электромобили также помогут улучшить качество окружающего воздуха по содержанию оксида азота и твердых частиц.
Ожидается, что легковые автомобили будут электрифицироваться в быстром темпе. В базовом варианте к 2030 году будет продано около 215 миллионов электрических пассажирских транспортных средств (включая гибридные, полу-гибридные и полностью электрические транспортные средства). Это предполагает их ежегодный рост продаж на 23% с 2018 по 2030 год. Законодательное стимулирование и рост потребительского спроса будут способствовать быстрому внедрению электромобилей в нашу жизнь.
Электрификация коммерческих транспортных средств будет также на подъеме. Например, электрификация городских автобусов растет значительно быстрее, чем легковых и грузовых автомобилей. К 2030 году рыночная доля электробусов в Европе ожидается на уровне 75%. Крупнейшим рынком электробусов в мире является Китай. Уже сегодня около 380 000 электробусов функционируют в Китае, в то время как в Европе всего лишь 1500.
В среднесрочной перспективе основной движущей силой роста спроса на электромобили будет их улучшенная потребительская стоимость. Они станут дешевле и удобнее. В течение следующего десятилетия совокупная стоимость владения или стоимость жизненного цикла электромобилей достигнет паритета с автомобилями, работающими на ископаемом топливе. Наряду с более низкими затратами, удобство для потребителей улучшится по мере развертывания большего количества общественных (быстрых) зарядных станций. Расширяющаяся сеть зарядки откроет более широкие возможности использования электромобилей, в том числе и для дальних поездок. У многих правительств есть ряд политик, стимулирующих внедрение электромобилей, такие как денежные субсидии и нефинансовые стимулы (например, приоритетная парковка). Регулирования, налагаемые на автопроизводителей, стимулируют рост предложения электромобилей. Например, Бразилия, Китай, Европа, Индия, Мексика и Северная Америка ввели в действие стандарты низкоуглеродистого топлива (LCFS), нацеленные на снижение выбросов парниковых газов от новых автомобилей и наложение финансовых штрафов, если они не будут выполнены. Так, в Европе выбросы ограничены на уровне 95 г CO2 / км с 2020 года и должны быть снижены еще на 37,5% до 59 г CO2 / км в 2030 году. Чтобы достичь этой цели в 2030 году, 25-40% продаж новых автомобилей должны приходиться на электромобили. Некоторые государства даже определили цели по запрету продаж автомобилей с двигателем внутреннего сгорания уже в 2025 году.
Переходу к замкнутому жизненному циклу аккумуляторов в дорожном транспорте будут способствовать: каршеринг электромобилей; умная зарядка (V1G), передача электроэнергии «от электромобиля в электросеть» — V2G, восстановление и ремонт батарей, перепрофилирование аккумуляторов электромобилей после их использования, а также вторичное использование материалов батарей.
Аккумуляторные батареи в энергетике
Аккумуляторные батареи превратят возобновляемые источники энергии из альтернативных в надежные и базовые ресурсы.
С 11,9 Гт CO2-эквивалента, на энергетический сектор пришлось 23% всех глобальных выбросов парниковых газов в 2017 году. Сегодня в мире структура энергетики смещается в сторону прерывистых возобновляемых источников энергии. Ожидается, что в 2030 году в мире будет добавлено 380 ГВт дополнительных мощностей по выработке энергии от возобновляемых источников, в то время как выработка от ископаемых источников уменьшится. На некоторых рынках, например, в Германии и в Калифорнии более 50% энергоснабжения будет осуществляться за счет возобновляемых источников энергии, и прерывистая генерация от возобновляемых источников будет составлять более 50% поставок электроэнергии после 2035 года.
Прерывистый характер возобновляемых источников энергии требует балансировочные решения, которые позволяют использовать полученную энергию тогда, когда это необходимо. Аккумуляторные батареи являются идеальным краткосрочным энергетическим буфером и могут использоваться как в больших масштабах («до счетчика»), так и близко к потребителю энергии («после счетчика»). Они более гибкие, чем другие варианты, такие как насосная гидроэлектростанция, поскольку они не требуют особых географических условий и могут быть развернуты как в больших, так и в малых масштабах. Они имеют очень короткое время отклика, что делает их пригодными для стабилизации сети. Ожидается, что в 2030 году аккумуляторные батареи, подключенные к электросети, станут доминирующим решением для обеспечения ее гибкости и стабильности, будет установлено около 220 ГВтч таких батарей.
Спрос на аккумуляторные батареи в энергетическом секторе увеличивался на 60-70% в год с 2015 по 2018 год. Основными движущими факторами такого роста являются:
- Расширение использования прерывистых возобновляемых источников энергии
В зависимости от конкретной страны, каждый дополнительный ГВт ветровой энергии подразумевает необходимость иметь аккумуляторную батарею емкостью примерно 1 ГВтч и каждый дополнительный ГВт солнечной энергии – батарею около 3 ГВтч.
- Снижение инвестиций в системы передачи и распределение энергии
Сетевые батареи являются альтернативой дорогостоящим обновлениям инфраструктуры по передаче и распределению электроэнергии в регионах с ограниченной пиковой мощностью.
- Децентрализация энергосистемы
Энергосистемы становятся все более децентрализованными, потребители становятся производителями энергии (например, при использовании солнечных систем на крыше). Чем более децентрализованными становятся энергетические системы, тем больше выгоды ожидается от батарей при балансировке нагрузок. Кроме того, батареи обеспечивают децентрализованные энергетические решения для доступа населения к надежному источнику энергии в не электрифицированных районах.
- Контроль частоты
Кратковременные колебания выработки возобновляемой энергии, вызванные изменением погоды, могут привести к дисбалансу частоты сети. Батареи обеспечивают доступность возобновляемой энергии в этих условиях.
- Коммерческая и промышленная выработка солнечной энергии
Большие поверхности крыш коммерческих и промышленных зданий делают финансово привлекательным производство солнечной энергии в сочетании с технологиями ее хранения.
С 2010 по 2017 год был достигнут огромный прогресс в обеспечении электроэнергией более 350 миллионов человек, которые ранее испытывали недостаток электроэнергии. Наибольший прогресс был достигнут в Азии, где пока что 91% населения в настоящее время имеет доступ к электричеству. Тем не менее, уровень электрификации по всей Африке остается низким, примерно 45% населения не имеют доступа к электроэнергии. Батареи помогают преодолеть эти проблемы и обеспечить доступ к чистой и надежной энергии через микросети, солнечные домашние системы и солнечные уличные фонари.
Подводя итог, можно сказать, что аккумуляторные батареи играют решающую роль в обеспечении перехода к энергоснабжению и транспорту будущего. Однако расширение цепочки создания стоимости батареи сопряжено с рядом проблем, которые необходимо решать уже сегодня.
При базовом сценарии производство батареи в 2030 г должно вырасти в 14 раз, до 2600 ГВтч. Ожидается, что годовой доход от производства аккумуляторов вырастет до 300 миллиардов долларов в 2030 году, а в течение следующего десятилетия потребуется 440 миллиардов долларов в совокупных инвестициях по всей цепочке создания стоимости. Без преднамеренного вмешательства этот рост будет сопровождаться высокими социальными и экологическими потерями, а также неиспользованным экономическим потенциалом.
Чтобы удовлетворить базовый спрос в 2 600 ГВт-ч к 2030 году, мощности поставок и производства должны быть увеличены на всех этапах цепочки создания стоимости, от добычи полезных ископаемых до производства элементов и вторичного использования материалов батарей.
Например, поставки основного сырья для батарей должны будут увеличиться в диапазоне от 4 раз (кобальт) – до 24 раз (никель класса 1), и они несут значительные социальные, экологические и имущественные риски.
Литий
Почти половина сегодняшнего лития добывается для связанных с батареями целей. С резким увеличением потребности в батареях, поставки лития должны будут увеличиться в 6 раз с 2018 по 2030 год. Литий хорошо распределен в земной коре, а основные месторождения с высоким содержанием находятся в Австралии, Чили и Аргентине. Имея операций с относительно низкой капиталоемкостью, когда цены на литий были высокими, многие новые участники рынка объявили о проектах и начали свое производство, что привело к перенасыщению рынка лития в настоящее время.
Никель
Запасы никеля разбросаны по всему миру: на семь стран приходится по 7–20% от мирового объема запасов (Австралия, Бразилия, Канада, Индонезия, Новая Каледония, Филиппины и Россия). Сегодня основные области применения никеля в основном выходят за рамки батарей (например, производство нержавеющей стали, где в значительной степени используется никель класса 2 с низким уровнем чистоты). Однако, в связи с растущим спросом на аккумуляторы для электромобилей спрос на никель высокой чистоты класса 1 в 2030 году увеличится в 24 раза по сравнению с 2018 годом. Достаточный объем привлеченных инвестиций в новые рудники и перерабатывающие комплексы для никеля класса 1 будут иметь решающее значение в обеспечении своевременных и достаточных поставок в ближайшие годы.
Кобальт
Ожидается, что спрос на кобальт для использования в батареях возрастет в 4 раза к 2030 году по сравнению с сегодняшним уровнем (в 2030 году прогнозируется удвоение общего мирового спроса). Кобальт является почти исключительно побочным продуктом, полученным, в основном, из медных и никелевых руд. Несмотря на то, что общий спрос увеличивается, доля кобальта в батарейных элементах постоянно снижается, вызывая менее оптимистичный прогноз роста спроса на этот металл. Примерно 70% добываемого сегодня кобальта поступает из ДРК. В то же время, большая часть операций по переработке кобальта осуществляется в Китае, на долю которого приходится 60% поставок рафинированного кобальта в 2018 году.
Производство элементов
В настоящее время используется приблизительно 350 ГВт-ч мощностей по производству батарейных элементов. До 2025 года будет объявлено еще о 510 ГВт-ч мощности, что составит 860 ГВт-ч мощностей по производству элементов, из которых 60% будет находиться в Китае. Однако для удовлетворения потребности в батареях в 2600 ГВтч в 2030 году потребуется еще 1700 ГВтч. То есть, для удовлетворения спроса в базовом варианте потребуется дополнительный объем инвестиций в размере 140 млрд. долл. США до 2030 года.
Вторичное использование материалов
В базовом варианте, в 2030 году, как ожидается, 54% отработавших батарей будут переработаны, что обеспечит 7% общей потребности в сырье для их производства. Это потребует увеличения мощностей по переработке отслуживших батарей в 2030 году более чем в 25 раз по сравнению с сегодняшним днем.
Алла Бриттанова, 27-09-2019
