План избранного президента США Джо Байдена по борьбе с глобальным потеплением требует строительства огромных полос солнечных батарей и ветряных турбин, но попытка заставить их работать будет зависеть исключительно от батарей. Это относится и к планам по изменению климата в Европе, Китае и других странах, потому что невозможно перейти на безуглеродные автомобили и электрические сети без значительного расширения мощностей по хранению электроэнергии. Несмотря на то, что цены на батареи резко упали за последнее десятилетие, а производство резко возросло, трудная часть еще впереди.
1. Почему батареи так важны?
Сокращение выбросов парниковых газов потребует электрификации многих объектов, которые сейчас работают на ископаемом топливе, и производства этой электроэнергии с использованием возобновляемых источников энергии. Но в отличие от традиционных электростанций, которые сжигают уголь или природный газ, большинство возобновляемых источников энергии не могут поставлять электроэнергию все время. Ветряные электростанции бесполезны в спокойные дни, а солнечные батареи ничего не производят ночью. Отсюда и необходимость накапливать энергию.
2. Какова повестка Байдена для аккумуляторов?
Он хочет создать зеленую электрическую сеть к 2035 году, с батареями, поддерживающими солнечные электростанции, ветряные электростанции и другие безуглеродные источники энергии. Он также хочет, чтобы автомобили работали на электричестве, и хочет, чтобы их батареи были произведены в США, а не импортированы из Китая. Он также будет вкладывать деньги в исследования новых химикатов и крупномасштабных технологий хранения энергии, с целью сокращения затрат на 90% ниже сегодняшних литий-ионных батарей.
3. Кто их сейчас делает?
Китай правит батарейным бизнесом, по данным BloombergNEF, он производит 79% мировых поставок. Это не случайно — китайское правительство много лет назад включило аккумуляторы в список высокотехнологичных отраслей промышленности, в которых оно хотело доминировать, с инициативой «Сделано в Китае 2025», направляя субсидии отечественным поставщикам. США занимают второе место с 7% мирового производства. Однако больше отечественных заводов планируется построить в Джорджии, Нью-Йорке, Северной Каролине и Огайо. Одним из сдерживающих факторов был доступ США к необходимым минералам, в частности к литию, большая часть которого в настоящее время поступает из Южной Америки, Австралии и Китая.
4. Что с этим можно сделать?
Три компании планируют добывать литий из подземного рассола в пустыне Южной Калифорнии, и официальные лица штата, назвавшие эту территорию как «Литиевая долина», также хотят заманить производителей батарей. Другие месторождения лежат ниже Арканзаса и Невады.
5. Какое влияние все это окажет?
Стремительный рост мирового производства аккумуляторов в последнее десятилетие привел к сокращению издержек, а средняя цена батарейного блока упала более чем на 88% с 2010 по 2020 год, по данным BNEF. Они все еще падают, хотя и не так быстро. По оценкам BNEF, в 2024 году они упадут ниже 100 долларов за киловатт-час, что является долгожданной вехой. По этой цене электромобили должны стоить примерно столько же, сколько и их газовые собратья, побуждая больше водителей переходить на электромобили. Цены на батареи будут продолжать снижаться, и BNEF прогнозирует $58 за киловатт-час в 2030 году и $ 44 в 2035 году. Это, однако, не означает того драматического сокращения, к которому стремится Байден.
6. Как батареи используются для зеленой энергии?
Они не только в автомобилях: коммунальные службы по всей территории США начали подключать большие батареи к электрической сети, как для резервного копирования переменной мощности солнечных и ветряных электростанций, так и для замены небольших «пиковых» электростанций, которые работают только тогда, когда спрос на электроэнергию растет. Калифорния была особенно агрессивной, установив в 2020 году достаточно новых сетевых батарей для выработки 572 мегаватт электроэнергии или 2213 мегаватт-часов. Этого достаточно, чтобы питать примерно 430 000 домов в течение почти четырех часов.
7. Как это работает?
Переход не был гладким. Прошлым летом в штате произошло первое за 20 лет серьезное отключение электроэнергии, поскольку из-за сильной жары возникли проблемы с поставками. Отчасти проблема заключается в том, что старые газовые установки закрывались быстрее, чем батареи заменяли их. Хотя к следующему лету будет подключено больше батарей, их емкость остается ограниченной, как правило, обеспечивая электроэнергией не более четырех часов за раз. Этого достаточно, чтобы продержаться до раннего вечера, после закрытия солнечных станций, но может быть недостаточно, если ночные температуры остаются высокими во время экстремальных тепловых волн. Летом Калифорния будет подвергнута более тщательной проверке как пример того типа сети, которую хочет построить Байден.
8. Что еще входит в план Байдена?
Это непростая цель: теперь литий-ионные батареи питают все, от смартфонов до электросети, и во всем мире строится так много заводов по их производству, что любой радикально иной технологии аккумуляторов может быть трудно выйти на рынок. Это не значит, что инновации мертвы. Многие компании используют свои собственные хитрости, часто различные химические рецепты для анода или катода, и некоторые из них могут увеличить производительность и/или сократить затраты на значительные суммы. Tesla Inc., например, в 2020 году объявила о серии изменений в химии ячеек, дизайне и производственных процессах, которые, как утверждает компания, сократят затраты на батарейные блоки на 56%. И многие компании исследуют твердотельные аккумуляторы, которые заменяют жидкие электролиты твердыми. Но, скорее всего, потребуется больше.
9. Почему это так?
Даже самые большие литий-ионные аккумуляторы не обеспечивают такого масштаба накопления энергии, который в конечном счете понадобится обществу, чтобы отказаться от ископаемого топлива. Для этого потребуются технологии хранения, способные обеспечить энергией не только четыре часа подряд, но и дни или недели. Насосные гидроэлектростанции, которые используют воду и гравитацию для хранения и высвобождения энергии, являются проверенным временем решением, но на их строительство уходят годы и требуется правильный рельеф местности. Водород возник как еще один потенциальный ответ. Солнечные и ветровые установки могут приводить в действие электролизеры для отделения водорода от воды, и этот водород можно хранить до тех пор, пока он не понадобится, для сжигания в турбинах, выработки электроэнергии или подачи через топливные элементы. Другие возможности включают хранение сжатого воздуха в подземных пластах или надземных резервуарах, выпуск его через турбину, когда это необходимо. И одна компания, Energy Vault, даже предложила использовать башни из бетонных блоков, которые могут быть подняты с помощью электрического двигателя, когда электричество дешево и обильно. Когда электричество необходимо, они были бы опущены вниз, используя силу их спуска к двигателю в обратном направлении, чтобы генерировать электричество.
