В мире недорогих аккумуляторов важна производительность
Аккумуляторы FIAMM FG/FGH
Избыток литий-ионных аккумуляторов и активных материалов, а также литий-железо-фосфатных аккумуляторов (LFP), особенно в Китае, привёл к снижению стоимости систем хранения энергии, что способствовало рекордным поставкам аккумуляторных систем хранения энергии (BESS) в 2024 году в объёме 330 ГВт·ч. Эдвард Рэкли, руководитель отдела хранения энергии в компании CRU, специализирующейся на бизнес-аналитике, делится своим анализом.
По мере снижения цен на системы хранения энергии и производственных затрат мировые производители катодов и систем накопления энергии сталкиваются с необходимостью постоянно совершенствовать свою продукцию, иначе им грозит консолидация или даже исчезновение на всё более конкурентном рынке производства промежуточных аккумуляторов.
CRU утверждает, что индустрия BESS начинает переходить от этапа снижения затрат к этапу повышения производительности, аналогично переходу, произошедшему на рынке солнечной энергии с переходом от мультикристаллической к монокристаллической технологии заднего контакта пассивированного излучателя в период с 2015 по 2019 год. В случае с накопителями энергии это означает переход от оксида лития, никеля, марганца, кобальта (NMC) к элементам LFP и оптимизацию вокруг основного отраслевого показателя в долларах за киловатт-час. На графиках в этой статье сравнивается снижение стоимости солнечных технологий в прошлом (внизу) с тем, что происходит сегодня в сфере аккумуляторных батарей (внизу статьи).
Гипотеза CRU заключается в том, что для того, чтобы технология аккумуляторных накопителей заняла и удерживала значительную долю рынка, она должна постоянно совершенствоваться. Это может выражаться в повышении энергоёмкости и долговечности аккумуляторов. В случае с контейнерами BESS это приведёт к увеличению количества киловатт-часов на квадратный метр, а значит, к снижению требований к площади для разработчиков проектов промышленного масштаба.
Снижение затрат
С момента коммерческого дебюта литий-ионных аккумуляторов (ЛИА) в 1990-х годах их стоимость резко снизилась благодаря расширению производства. Это включало в себя расширение добычи полезных ископаемых, а также поставок материалов и компонентов для поддержки роста производства ЛИА. Это связано с тем, что, как и в случае с солнечной энергетикой, стоимость производства ЛИА в основном зависит от материалов.
Производство аккумуляторов достигло масштабов в тераватт-часах. После этого этапа стоимость элементов и систем не может продолжать снижаться без повышения производительности или увеличения количества энергии, хранящейся в определённом объёме или при определённом весе.
Повышение производительности
Повышение производительности становится жизненно важным для производителей для поддержания рентабельности. Что касается современных приложений BESS, то это в первую очередь обусловлено системами с более длительным сроком службы или аккумуляторами с более высокой плотностью энергии, которые накапливают больше энергии за один заряд, поскольку системы следующего поколения, обещающие более высокую емкость хранилища и более высокую производительность, внедряются благодаря исследованиям и разработкам.
Будет ли производительность аккумуляторов расти, как в случае с солнечными батареями, или мы приближаемся к пределу их возможностей быстрее, чем ожидалось? Будут ли будущие разработки направлены на увеличение срока службы? В конечном счёте успех BESS зависит от показателя удельной стоимости энергии — или удельной стоимости хранения в долларах за киловатт-час — который определяется капитальными и эксплуатационными расходами проекта, сроком службы аккумулятора, глубиной разряда и эффективностью. Чтобы новая технология вышла на рынок аккумуляторных систем хранения, она должна обеспечивать повышение производительности и/или снижение стоимости без ущерба для жизненного цикла системы хранения.
Вес системы
Что касается материала, то LFP является высокоразвитым, поскольку разрабатывался и оптимизировался почти 30 лет, а материал катода быстро приближается к своим практическим пределам удельной производительности.
По мере того как аккумуляторы LFP расходятся с аккумуляторами, разработанными для сектора электромобилей, мощность элементов за последние шесть лет резко возросла, увеличив потребление электроэнергии в коммунальных масштабах с 500 кВт * ч на транспортный контейнер до 8 МВт *ч. Диаграмма в верхней части этой статьи иллюстрирует увеличенную мощность, предлагаемую производителями. Эти энергоэффективные решения значительно сокращают затраты разработчиков на реализацию проекта, несмотря на потенциальный контроль температуры и проблемы безопасности.
Физические ограничения также могут снизить дальнейший рост энергопотребления системы. Современные 20-футовые LFP-устройства начинают превышать ограничения по безопасности перевозок в таких регионах, как Северная Америка и Европа. CRU ожидает, что эти ограничения могут ограничить будущую энергетическую мощность системы в среднесрочной перспективе от 8 до 11 МВтч.
Инновации следующего поколения, такие как LFP с высокой плотностью сжатия, повышают уровень накопления энергии в аккумуляторах без серьезных изменений конструкции, затрудняя выход на рынок новых технологий. Альтернативы, такие как натрий-ионные аккумуляторы, должны сочетать в себе преимущество в производительности при конкурентоспособной стоимости с убедительным планом повышения производительности, чтобы завоевать долю рынка по сравнению с их сильно оптимизированными литиевыми аналогами.
Будущее развитие BESS должно быть сосредоточено на экономически эффективных инновациях в области безопасности, возобновляемых источников энергии и срока службы. Несмотря на то, что срок службы литий-железо-фосфатных аккумуляторов увеличивается, а их стоимость продолжает снижаться, альтернативным химическим элементам будет сложно завоевать значительную долю рынка. В краткосрочной и среднесрочной перспективе литий-железо-фосфатные аккумуляторы будут оставаться лидером рынка до тех пор, пока жизнеспособная альтернатива с массовым производством не сравняется с ними по стоимости и не превзойдёт их по характеристикам.