Стоимость аккумуляторных батарей в последние годы падала сильнее, чем прогнозировали многочисленные аналитики. Профессор UC Berkeley Даниэль Каммен (Daniel Kammen) разработал новую модель, которая объясняет высокие темпы снижения стоимости аккумуляторов и предсказывает, что их будущее удешевление может происходить быстрее, чем прогнозируется сегодня. Модель опубликована в научном журнале Nature Energy.
Обычно учёные оценивают снижение стоимости технологий чистой энергетики, основываясь на единичных факторах, таких как годовой или накопленный объём производства. Такие однофакторные модели объясняют процессы эффектом обучения — чем больше промышленность масштабирует продукт, тем дешевле он становится. Эти модели информативны, но они не смогли объяснить недавнее падение стоимости и переоценили затраты на производство батарей в 2010-2015 годах.
Новая модель Каммена и его коллег рассматривает стоимость аккумуляторов как функцию двух переменных: объема производства и накопленного объёма соответствующих патентов, выпущенных в соответствии с международным договором о патентной кооперации (Patent Cooperation Treaty — PCT).
Когда исследователи соединили последние прогнозы производства батарей, с предположением, что патентная активность продолжится со средней скоростью, отмечавшейся за последние пять лет, у них получились интересные выводы.
Для того, чтобы конкурировать с автомобилями с двигателем внутреннего сгорания (ДВС), блок литий-ионных аккумуляторов должен стоить $125-$165 за киловатт-час (рассчитано для цен на бензин 2015 г). Двухфакторная модель показывает, что данный интервал и экономическая конкурентоспособность электромобиля будут достигнуты в период с 2017 по 2020 год — раньше, чем прогнозируется во многих других исследованиях.
Что же касается элементов батарей (cells), исследователи подчёркивают, что их стоимость снижалась быстрее, чем технологии солнечной и ветровой энергетики. С начала 90-х годов, когда киловатт-час ёмкости аккумулятора оценивался в $10000, цена может упасть ниже $100/кВт*ч уже в следующем году.
Модель также рассматривает экономику солнечной генерации в комбинации с накопителями энергии. Если капитальные затраты в солнечной энергетике снизятся к 2020 году до $1/ватт (для крупных электростанций это уже произошло), а накопители упадут в цене до $ 100/кВт*ч, домашние системы «солнечная электростанция плюс накопитель энергии» станут «широко конкурентоспособны». Приведённая стоимость киловатт-часа (LCOE) такой комбинации составит $0,11 за киловатт-час, что ниже нынешних средних тарифов на электроэнергию для домохозяйств в США. Это превратит накопители энергии из нишевого продукта для состоятельных семей в массовый продукт для каждого.
Поскольку в новой модели используются два фактора — объёмы производства и патентная активность — авторы оценивают их значение и влияние на общий результат с помощью разных комбинаций.
В одном из тестов авторы снизили долю патентов на одну треть. В результате оказалось, что для того чтобы компенсировать снижение патентной активности масштабом производства нужно будет увеличить его на дополнительные 307 ГВт*ч. Напомним для сравнения, что Тесла пока только планирует производить 35 ГВт*ч аккумуляторов в будущем.
С другой стороны, было подсчитано, что, если ученые увеличивают плотность энергии батареи на 20% благодаря обширным НИОКР в области материаловедения, а производство продолжается при текущей стоимости материалов и производственных линий, цена за кВт*ч накопителя энергии может снизиться на 16,7% без увеличения объемов производства.
Другими словами, масштаб — это далеко не все. Он должен хорошо подкрепляться НИОКР, только в таком случае может быть обеспечено быстрое снижение стоимости аккумуляторов.