Стоимость натрий-ионных аккумуляторов уже почти сравнялась со стоимостью литий-ионных, и они будут дешеветь

Аккумулятор FIAMM FG 21202

Согласно новому исследованию, к 2050 году натрий-ионные аккумуляторы с высокой скоростью саморазряда смогут обеспечивать хранение энергии по цене 11–14 евро за мегаватт-час, что дешевле, чем литий-ионные аккумуляторы по цене 16–22 евро за мегаватт-час. При этом они будут иметь более высокое соотношение энергии и мощности, а также высокую циклическую долговечность.

Натрий-ионный аккумулятор мощностью 10 МВт компании China Southern Power Grid в китайском регионе Гуанси-Чжуан.

Любая технология, претендующая на то, чтобы конкурировать с литий-ионными аккумуляторами (ЛИА), сталкивается с проблемой стремительного снижения стоимости этой уже повсеместно распространённой технологии. В то время как ЛИА продолжают укреплять свои позиции на рынке, натрий-ионные аккумуляторы (НИА) всё ещё ждут своего часа.

Однако новое исследование, проведённое учёными из финского Университета Лаппеенранты в сотрудничестве с Технологическим институтом Карлсруэ в Германии и Университетом Алькалы в Испании, показало, что, хотя SIB-клетки ещё не получили широкого распространения на рынке, их стоимость уже приближается к стоимости LIB-клеток.

«Натрий-ионные аккумуляторы (НИА) пока не получили широкого распространения в электромобилях, поскольку плотность энергии остается ограничивающим фактором. Хотя НИА уже конкурентоспособны по цене с литий-ионными аккумуляторами (ЛИА), их гравиметрическая плотность энергии все еще отстает. Этот разрыв может сократиться, когда на рынке появятся твердотельные НИА», — рассказал Доминик Кейнер, младший научный сотрудник Школы энергетических систем Лувенского католического университета.

Тем не менее в настоящее время строятся и вводятся в эксплуатацию первые коммерческие аккумуляторные накопители энергии промышленного масштаба, в том числе проекты мощностью 100 МВт·ч. «Это свидетельствует о том, что SIB-аккумуляторы находятся на пороге полномасштабного выхода на рынок. Как только будут налажены цепочки поставок и начнёт действовать эффект масштаба, ничто не будет препятствовать тому, чтобы натрий-ионные аккумуляторы полностью захватили рынок, при условии, что существующие ограничения, связанные с литий-ионными аккумуляторами, будут преодолены», — говорит он.

В то время как предыдущие оценки привели к противоречивым результатам относительно экономической конкурентоспособности СИБ и оставили неисследованным потенциальное влияние SIB на энергетическую систему в целом, новое исследование сочетает восходящее моделирование затрат, включая будущие изменения производительности на материальном уровне для SIB, с моделью глобальной энергетической системы на период до 2050 года.

Результаты показывают, что с учётом последних изменений в стоимости и кривых обучения аккумуляторы больше не являются критически важным с точки зрения затрат компонентом энергетической системы. К 2050 году прогнозируемые капитальные затраты на аккумуляторные системы промышленного масштаба составят 28,5–51,9 евро/кВт·ч. При сегодняшнем паритете затрат в среднесрочной перспективе SIB потенциально превосходят LIB и менее подвержены резким скачкам цен и дефициту поставок.

Будучи так называемой технологией «подключи и работай», натрий-ионные аккумуляторы (НИА) могут производиться на существующих линиях по выпуску литий-ионных аккумуляторов (ЛИА) с минимальными изменениями. В результате опасения по поводу дефицита или резкого роста цен в значительной степени развеиваются, поскольку любое нарушение поставок ЛИА может просто привести к переходу на НИА, отмечают исследователи.

Кроме того, исследование показало, что снижение стоимости аккумуляторов в первую очередь приводит к увеличению их ёмкости, а не к дополнительному развёртыванию солнечных фотоэлектрических систем. В целом структура энергосистемы остаётся практически неизменной, с одинаковой долей солнечных фотоэлектрических систем, хотя более высокая ёмкость аккумуляторов позволяет активнее использовать процессы преобразования энергии в X при повышенной нагрузке. В этом контексте электрохимическое хранение энергии не является сдерживающим фактором для глобального энергетического перехода. Таким образом, согласно результатам исследования, к 2050 году спрос на стационарные аккумуляторы может достичь рекордного уровня — от 67,9 до 106,5 ТВт·ч, что превышает оценки, полученные в ходе предыдущих анализов энергосистем с оптимизацией затрат.

«Подводя итог, можно сказать, что с точки зрения стоимости и производительности твердотельные накопители уже достигли зрелости и в некоторых аспектах, таких как диапазон рабочих температур, могут даже превосходить литий-ионные аккумуляторы. Плотность энергии остается последним препятствием, но паритет по стоимости уже достигнут. Превосходство над литий-ионными аккумуляторами в масштабе зависит в первую очередь от создания надежных маршрутов поставок, а это вопрос времени и инвестиций», — говорит Кейнер.

По прогнозам, к 2050 году удельная стоимость хранения (LCOS) для натрий-ионных аккумуляторов с высокой скоростью саморазряда будет ниже, чем для литий-ионных аккумуляторов с низкой скоростью саморазряда. При этом оба варианта будут превосходить литературные справочные значения, а сценарии с более низкой стоимостью также будут характеризоваться более высоким соотношением энергии и мощности при сохранении большого количества циклов.

«Если говорить о 2050 годе, то, по нашим оценкам, удельная стоимость хранения (LCOS) будет варьироваться от 11,2–13,6 €/МВт·ч в сценарии MIN-Sh (только SIB с высокой скоростью обучения) до 15,8–22,1 €/МВт·ч в сценарии MAX-Ll (только LIB с низкой скоростью обучения). Для сравнения: в нашем эталонном сценарии LUT-LitRef из литературы указана цена 19,5–29,4 €/МВт·ч. Эти цифры включают в себя затраты на интерфейс (одинаковые для SIB и LIB), но не включают затраты на электроэнергию. Примечательно, что в сценариях с меньшими затратами также выше соотношение энергии и мощности (6–7 часов против 4–6 часов), при этом количество полных циклов во всех случаях остаётся высоким (более 300)», — говорит Кейнер.

Дальнейшие выводы обсуждаются в статье «Прогнозы стоимости натрий-ионных аккумуляторов и их влияние на переход к глобальной энергетической системе до 2050 года», опубликованной в Journal of Energy Storage.