Велика акумуляторна революція. Що в Америці?
Сьогодні акумуляторна революція зайвий раз наочно показала, що наша цивілізація в першу чергу електрична. Літаки, автомобілі, ракети все це вторинне, без електрики їм не літати і не їздити.
Новий Едісон продовжує генерувати ідеї і тут же втілює їх у життя. Не минуло й двох місяців, як Iлон Маск побився об заклад, що за сто днів побудує завод-батарею на 100 мегават-годин, вирішивши проблеми енергопостачання штату Південна Австралія. За день до того парі він ознайомив світ із проектом ракетної системи Big Falcon Rocket для польотів на Місяць, Марс і в Австралію.
А днями великий інженер презентував ще більш вражаюче: першу у світі електровантажівку.
Хоча що тут дивного? Це в легкових автiвках важко упакувати батарею пристойної ємності, тоді як вантажівка – платформа солідна! Як інженер, маючи справу з енергетикою (ставив системи обліку і контролю електроенергії на великих заводах), сам із задоволенням наводжу технічні характеристики його Tesla Semi Truck.
Запас ходу без підзарядки – 500 миль (800 кілометрів), а після півгодинної зарядки – ще 400 миль. За максимального завантаження в 36 тонн набирає швидкість 100 км на годину за 20 секунд, а без вантажу всього за 5секунд мало яка з легковух здатна на це. Є автопілот, так що колона машин зможе рухатися самостійно, і лише першій потрібен водій, що дуже здешевить перевезення (далекобійники у США непогано заробляють). До речі, собівартість перевезень буде як мінімум на 25 центів за милю дешевшою, ніж у дизельних траків, що також має велике значення, а з часом ця різниця буде тільки зростати.
Виробництво планують почати в 2019 р., і найбільша мережа магазинів Walmart відразу зробила замовлення на 15 машин для випробувань: 5 для США і 10 для відділень в Канаді (останнє важливо, бо літій-іонні батареї не полюбляють низьких температур). Якщо підтвердяться заявлені параметри, то можливі масові закупівлі. В середньому траки компанії, а їх у неї понад 60 тисяч, намотують 100 тисяч миль на рік, це означає, що кожна Tesla Semi щорічно збереже $25 000, а за масової заміни мова піде про сотні мільйонів.
Крім вантажівки Маск презентував новий Tesla Roadster, суперспорткар з відкидним верхом. Дані феноменальні: розгін до 100 км/год за 1,9 сек, пробіг без підзарядки до 1000 кілометрів. “Ви зможете доїхати з Лос-Анджелеса до Сан-Франциско і назад без підзарядки. Водіння спорткара на бензині буде нагадувати водіння на паровому двигуні”, – зауважив Маск Перша тисяча родстерів коштуватиме по $200 тисяч, продажі почнуться в 2020 р. Зараз Tesla Motors виробляє три моделі легкових електрокарів: люксовий седан Model S, масовий седан Model 3 і кросовер Model X. Для зарядки електрокарів компанія розвиває глобальну мережу станцій Supercharger. По всьому світу їх уже понад тисячу це 7,5 тисячі постів.
Звісно, не все поки ідеально. Компанія не виконала зобов’язань з поставки Model 3 першим клієнтам і замість 1500 машин у третьому кварталі дала тільки 260. Відставання пояснюють складністю налаштування нового виробництва, але труднощі будуть усунені найближчим часом. Так, фінансово третій квартал став найслабшим за всю історію компанії, а збитки за дев’ять місяців склали 1,28 млрд. Проте за квартал вдалося поставити 26 150 автомобілів усіх моделей це кращий результат в історії марки, а виручка при цьому зросла на 23 відсотки, так що можна списати збитки на хвороби росту.
Літій-іонний переворот і його проблеми
З появою літій-іонних елементів такі батареї набувають все більшого поширення і захоплюють все важчі категорії машин, їх ставлять на легкі судна і навiть проектують близькомагістральний авіалайнер на 220 місць. На наших очах вершиться технологічна революція! В 2016 році світове виробництво батарей (якщо вважати їхній базовий показник, ємність) досягло 28 гігават-годин. Це багато. Чому і виникають два приводи для занепокоєння.
По-перше, бурхливий розвиток електротранспорту може привести до того, що наявних потужностей не вистачить для його зарядки. Не минуло й десяти років з початку випуску машин, які не поступаються автомобілям з ДВЗ (двигуном внутрішнього згоряння), а майже всі великі автоконцерни відкрили лінії з їхнього виробництва, і парк електромобілів уже пішов на мільйони. Мало того, до справи підключаються компанії, що раніше не мали ніякого стосунку до автомобілів.
Так, в кінці вересня прийшло повідомлення, що Dyson, відомий британський виробник пилососів і вентиляторів, має намір інвестувати £1 млрд у створення власного електромобіля, який повинен вийти на ринок до 2021 року. Засновник і голова компанії Джеймс Дайсон висловив надію, що він буде першим у лінійці, за ним підуть інші моделі, і в найближчі роки цей сегмент стане головним джерелом доходів Dyson. Він поскаржився, що у компанії на відміну від Tesla немає $5 млрд для побудови мережі станцій швидкої зарядки, і тому розраховує на уряд, який повинен субсидіювати розмiщення точок підключення потужністю 21 кВт в будинках власників.
Автомайбутнiм своїх міст перейнялися мери Осло і Парижа, Берліна та Нью-Йорка, і наш Ді Блазіо має всі підстави вважати, що в 2025 році кожен п’ятий автомобіль міста, яке ніколи не спить, буде електричним. А за прогнозами експертів, ще через десять років такою буде кожна третя автiвка у світі майбутнє настає швидко.
Та чи здатні ми прогодувати мільйонні стада електромустангiв? Скільки енергії знадобиться їм за тотальної електризації?
Так, згідно з даними Департаменту автотранспорту, в 2015 р. у США було зареєстровано 263,6 млн транспортних засобів. Серед них близько 8,5 млн мотоциклів, яких поки майже не торкнулася електризація, близько 11 млн вантажівок, 0,8 млн автобусів. Решта – це легкові машини і легкі вантажівки-пікапи, яких понад 240 млн.
У грубому наближенні можна вважати, що останні пробігають в середньому 50 миль в день, або 20 000 за рік, що ємність батареї 75 кВт-год і повна зарядка потрібна через 400 миль. Тоді в рік знадобиться 50 зарядок, або 3750 кВт-год енергії, на чотириколісну одиницю, а в масштабах Америки буде потрібно до 1 млн гігават-годин. Якщо лічити більше завантаженi і ненажерливiші вантажівки, цифра може подвоїтися. Для порівняння: в 2016 році всі джерела США виробили понад 4 млн гВт-год. Тобто половина енергії піде на автотранспорт, що навряд чи під силу країні.
Втім, за відмови від ДВЗ звільниться маса енергії, що йде на виробництво палива для них, на транспортування і реалізацію. Згадайте цілі флоти танкерів, що борознять моря й океани, тисячокілометрові нафтопроводи з десятками компресорних станцій, які споживають багато енергії, нафтопереробні заводи з факелами спалюваного газу над ними, незліченні заправки по всій величезній країні, колони бензовозів, що постачають їх, і так далі й тому подібне. Ні, електрику набагато простіше і зручніше доставляти і збувати споживачам. Та й світ стане чистішим.
Тим паче, що все більше енергії припадає на поновлювані джерела, і вона вже дешевша за традиційну. Вартість кВт-години на нових сонячних станціях США впала до 3 центів, що в 2–4 рази дешевше середньої по країні, і продовжує знижуватися. Світовий рекорд належить Саудівській Аравії, одна з СЕС якої відпускає енергію за ціною 1.79 ¢ / kWh (уп’ятеро нижче за рекорд п’ятирічної давнини), але в 2020 році він перейде до Мексики.
На недавньому аукціоні італійці запропонували побудувати там СЕС на 3 терават-годин (3 тисячі гВт-год) з відпускною ціною 1.77 ¢ / kWh, і експерти пророкують, що на той час рекорд дійде до 1 цента за кВт-год! Так що з енергією проблем не буде.
Гряде нова революція?
Але є і другий привід для занепокоєння. Постачальники не встигають за попитом на літій. У найближчі роки потреба в ньому зросте в 2–4 рази, але родовища вийшли на ліміт видобутку, і ціни зросли з $4000 за тонну в 2014 р. до нинішніх $20 000. Бiльшiсть літію видобувається в Аргентині, Чилі, Австралії та Китаї, однак їхніх потужностей не вистачає, і геологи звернули увагу на підземні води долини Клейтон в Неваді, багаті розчиненим літієм. Вони сподіваються пробурити свердловини і випаровувати їх, отримуючи літієву сіль. Не менше шести стартапів купили або взяли в оренду землі в цій долині, але, на відміну від видобутку з руди, технологію випарювання поки що не відпрацьовано.
Якщо складнощі будуть подолані, штат Невада, який пережив свого часу золоту лихоманку, знову стане джерелом цінного для економіки металу, кориснішого за золото.
Є однак і серйозніші проблеми у літій-іонних батарей. Так, вони ефективніші за старі, але складні в експлуатації і вимагають добрячої електроніки, яка стежить за напругою, струмом заряду й багатьма іншими нюансами. Вони швидко втрачають ємність за низьких температур, і тоді їх треба підігрівати, витрачаючи енергію і запас ходу. Вони досить пожежонебезпечні й гасінню не піддаються. Вони, незважаючи на всі хитрощі інженерів Маска, недостатньо швидко заряджаються і не так вже й багато циклів заряду витримують. Та й не такi вже й компактні.
Тому величезний інтерес викликали повідомлення про швидку появу комерційно успішних твердотільних акумуляторів. Звучить воно трохи дивно як же без електроліту? Проте вже є експериментальні прототипи з характеристиками, які набагато перевершують показники літій-іонних елементів, і справа тепер за промисловими технологіями. Технічних подробиць дуже мало, бо йде жорстка конкурентна боротьба на полі, яке обіцяє мільярди і мільярди,
але той факт, що великі компанії вкладають у розробку величезні гроші, змушує з довірою ставитися до можливості нового революційного прориву. Вочевидь, він не за горами.
Серед розробників і згаданий Dyson, який вклав близько $1,3 млрд в цю справу, і Bosch, і Hyundai, що відмовилася на користь твердотільних батарей від, здавалося б, найперспективніших водневих паливних елементів, і BMW, і Samsung SDI, і світовий автолідер Toyota. Остання обіцяє, що нова батарея дебютує в електромобілях у 2022 р. Маючи в два-три рази більшу ємність за більшої компактності, вона буде пожежно безпечною, зможе працювати в ширшому діапазоні температур, витримувати в півтора раза більше циклів заряду, ніж нинішні літій-іонні, і, що найважливіше, зможе заряджатися за кілька хвилин!
Акумуляторна революція зайвий раз наочно показала, що наша цивілізація в першу чергу електрична. Літаки, автомобілі, ракети все це вторинне, без електрики їм не літати і не їздити. Радіо, електроніка, телебачення, Інтернет, мобільні телефони лише пилок на сяючих крилах електромагнітного метелика, що обійняв ними нашу блакитну планету і простягнув їх далеко в космос. Ми навіть не говоримо «електрика», ми говоримо «світло»!
Юрій КІРПІЧОВ, США (спеціально для “Українського репортера”)
Малюнок Олега СМАЛЯ
