Shrnutí — Na základě oznámení společnosti Tesla o Dni baterií očekává DNV do roku 56 snížení nákladů na baterie o 2025 % (měřeno v $/kWh). Celosvětově DNV předpovídá, že osobní elektrická vozidla pravděpodobně začnou prodávat své protějšky se spalovacím motorem od roku 2032. dále. V Severní Americe, Evropě a Číně k tomu dojde dlouho před rokem 2030. Za předpokladu úspěchu na všech frontách dosáhne Tesla kritické hustoty baterie pro elektrická letadla krátkého doletu – konkrétně 400 Wh/kg s dlouhou životností.
Tento článek je převzat z DNV GL. pro originál, klikněte zde.
Akce Tesla Battery Day konečně proběhla. Elon Musk učinil několik velkých oznámení. Společnost plánuje zbavit se kobaltu ve svých bateriích a vyrábět vlastní „stolní“ baterie, nazývané 4860 články. Tento typ baterie je šestkrát výkonnější a dojezd se zvýší o 16 procent. Díky nové technologii baterií se vůz Tesla za 25,000 60 dolarů stane skutečností. Oznámena byla také Tesla Model S s pohonnou jednotkou Plaid, která dokáže zrychlit na 2 mph za méně než 200 sekundy a lámat rekordy na tratích. Maximální rychlost: XNUMX mph.
Decentralizovaná a elektrická budoucnost
Posláním Tesly je urychlit světový přechod k udržitelné energii. Dne 22. září 2020 společnost oznámila několik opatření k radikálnímu snížení nákladů na baterie elektrických vozidel (EV) a zároveň ke zvýšení jejich dojezdu. Tesla oznámila balíček inovací, které mají být implementovány v průběhu příštích 2-3 let a které jsou navrženy tak, aby:
- snížit náklady na baterie o 56 % (měřeno v $/kWh)
- zvýšit dojezd (na kg baterie) o 54 %
- snížit investiční náklady na kWh výrobní kapacity o 69 %
Pokud dosáhne svých cílů, bude Tesla téměř jistě vyrábět celosvětově nejhospodárnější lithium-iontové baterie a urychlí nasazení baterií po celém světě. Důsledky pro automobilový průmysl jsou obrovské; účinně signalizuje konec spalovacího motoru. Podle názoru DNV a pana Sustainability byl Elon Musk oprávněně zklamán reakcí médií na oznámení Tesla ‚Battery Day‘.
Důsledky vývoje baterií pro námořní průmysl
DNV, globální konzultant pro námořní průmysl, zkoumal, zda oznámení Tesly o „Dnu baterie“ posouvá její poslání s odkazem na její výhled energetické transformace do roku 2050. DNV předpovídá rychlou energetickou transformaci, která se vyznačuje více než zdvojnásobením spotřeby elektřiny. v energetickém mixu do roku 2050. Předpovídají, že do poloviny století bude více než 60 % této elektřiny dodávat variabilní obnovitelné zdroje (tj. solární fotovoltaiku (PV) a vítr, zhruba stejným podílem), což vyžaduje velmi množství úložiště pro zajištění stability a flexibility energetického systému závislého na variabilních zdrojích energie. Z tohoto důvodu je vývoj v oblasti bateriového úložiště kritický a inovace společnosti Tesla, shrnuté níže, mají významný vliv na budoucí vývoj. Nejen na zavádění elektrických vozidel (EV), ale na energetický systém jako celek.
Během prognózovaného období DNV očekává snížení nákladů na baterie o 19 % při každém zdvojnásobení instalované kapacity. Prognóza uvádí, že globální přírůstky kapacity baterie o 430 gigawatthodin (GWh) v roce 2020 vzrostou na téměř 4 terawatthodiny (TWh) v roce 2025 – na základě průměrných nákladů 156 $/kWh v roce 2020, které klesnou na 80 $/kWh v roce 2025 To je jeden z hlavních faktorů, které stojí za předpovědí DNV, že 50 % celosvětově prodaných nových osobních vozidel bude do roku 2032 na elektrický pohon.
Není zde záměrem Teslu obhajovat nebo analyzovat důsledky jejího oznámení na budoucí výkonnost této společnosti. Místo toho se DNV zaměřuje na zastřešující prohlášení společnosti Tesla: urychlit přechod na obnovitelné zdroje energie. DNV porovnala Teslovy projekce s vlastní prognózou energetického přechodu.
Obecně řečeno, považují projekce společnosti za v souladu s prognózou DNV. Jinými slovy, Tesla dělá to, co musí udělat, aby udržela krok s předpovědí vývoje – a do té míry, že může předběhnout předpovědi DNV, by to odpovídalo jejímu postavení lídra na trhu. Pokud bude dosaženo nárůstu výroby Tesly, DNV ukazuje, jak rychle získá velmi významný podíl na trhu s bateriemi (více než jednu třetinu do konce tohoto desetiletí) a bude skutečně v pozici snížit nákladovou křivku. své vlastní – kromě toho, že podněcuje odpovídající soutěžní akci.
Předpokládaný vývoj společnosti Tesla se posuzuje na třech frontách: náklady, využívání elektrických vozidel, rozsah a dopad na energetickou transformaci.
Předpověď ceny baterie
Současná dolarová cena Tesly za kWh je přísně střeženým firemním tajemstvím. Obecně se však má za to, že se svými současnými partnerstvími (Panasonic, CATL a LG Chem) je Tesla asi 20 % pod průměrnými tržními náklady. Údaje DNV naznačují tržní průměr v roce 2020 ve výši 156 $/kWh, což znamená, že současná úroveň nákladů Tesly je kolem 125 $/kWh.
S 56% snížením nákladů by Tesla byla na cestě k dosažení nákladů na baterie kolem 55 $/kWh do roku 2025. To je výrazně pod referenční hodnotou 100 $/kWh, při níž se všeobecně předpokládá, že elektrická vozidla dosahují nákladové parity s vozidla se spalovacím motorem (ICEV). To však předpokládá, že společnost dostane všech pět „kachen“ za inovaci baterií v řadě (viz poslední část) a zahájí plnou výrobu své nové baterie. To je velký předpoklad vzhledem ke zvyku společnosti v minulosti natahovat výrobní termíny. Nicméně Tesla může v roce 50 předběhnout naše předpokládané náklady na baterie ve výši 2030 $/kWh, a tím by upevnila svůj status lídra na trhu.
Společnost v podstatě závodí s mírou učení se nákladů v odvětví (CLR) pro bateriové články, kterou DNV vypočítala na 19 % za každé zdvojnásobení instalované kapacity.
Převzetí elektrického vozidla
Tesla plánuje do roku 20 vyrábět 2030 milionů elektrických vozidel ročně, což je 50násobek produkce v roce 2019. Mnoho z těchto projekcí je založeno na zahrnutí elektrického vozidla za 25,000 45 USD „během příštích tří let“ – jak bylo oznámeno na nedávném Dni baterie. V této cenové relaci již existuje několik elektrických vozidel, ale žádné s dostatečnou užitnou hodnotou pro majitele (kombinace ceny, dojezdu, přístupu k nabíjení atd.), aby byli skutečně o hlavu a ramena lepší než benzinové auto s průměrnou cenou. Přidání vozu s nižší cenou do svého portfolia by umožnilo společnosti Tesla získat 45 % z našich plánovaných 2030 milionů osobních elektrických vozidel prodaných v roce XNUMX.
Za poslední čtyři roky DNV předpovídala, že elektrická vozidla dosáhnou parity celkových nákladů na vlastnictví se spalovacím motorem kolem roku 2022/2023. Soukromí kupující vozidel však mají tendenci být více motivováni kupní cenou než celkovými náklady na vlastnictví, a proto je snížení kupní ceny předem klíčem k urychlení celosvětového využívání elektřiny. Strategie společnosti Tesla přidat do své flotily „rozpočtové“ vozidlo k tomu pomůže – ale stále bude vyrábět velké množství svých dražších vozidel a využívat prémii k financování inovací. Její portfolio je jako takové ideálně uzpůsobeno pro budoucí vývoj na severoamerickém trhu – kde DNV předpovídá, že elektrická vozidla začnou prodávat své protějšky se spalovacím motorem před rokem 2030. Má také dobré postavení v Evropě a Číně, kde podobný crossover k elektrickým vozidlům se uskuteční před rokem 2030. Celosvětově DNV předpovídá, že osobní elektrická vozidla pravděpodobně začnou prodávat své protějšky se spalovacím motorem od roku 2032 dále.
Tera Scale
Aby společnost DNV ocenila skutečný rozsah ambicí společnosti Tesla, vypočítala, že výroba 3T TWh kapacity baterie do roku 2030 by společnosti Tesla poskytla 40% podíl na světovém trhu s bateriemi – dnes prakticky od nuly (viz níže). 3 TWh předpovídá Mezinárodní energetická agentura (IEA). celkem globální kapacita baterií elektrických vozidel v roce 2030 v rámci „Scénáře udržitelného rozvoje“ založeného na klimatických cílech Pařížské dohody. Tesla zdůrazňuje, že bude nadále odebírat baterie také od svých současných dodavatelů, což by společnosti umožnilo získat vyšší podíl na trhu EV, než by jinak umožňovala vlastní výroba baterií.
Plán náběhu z její pilotní továrny na lithium-iontové baterie v Kalifornii s její roční kapacitou 10 GWh zahrnuje pro Teslu řádový skok na 100 GWh do roku 2022, než se do roku 3 zvýší na 2030 TWh.
Co je vysoce relevantní, ale poněkud skryté mezi řádky v oznámení o Dni baterie, je zaměření na „stavbu stroje, který staví stroj“. Hlavním cílem společnosti Tesla je odstranit co nejvíce překážek pro zvýšení výroby a dosažení vyššího výkonu. To je zřejmé od nového designu „rosolového válce“ v baterii až po zahrnutí baterie jako konstrukčního prvku podvozku automobilu, což umožňuje největší stroj na odlévání hliníku na světě.
Čas samozřejmě posoudí, zda jsou plány na exponenciální zvýšení produkce dosažitelné. Úspěšný pokrok může dobře podnítit rychlejší růst mezi svými konkurenty (s nimiž je Tesla otevřená licencování softwaru a dodávání pohonných jednotek a baterií) a růst celkového trhu s bateriemi a elektřinou, který předčí prognózu DNV. Ale mezi dneškem a takovou možností leží mnoho možných černých labutí, které zahrnují několik nejasných detailů spojených s oznámeními Tesla’s Battery Day, v neposlední řadě plán společnosti vertikálně integrovat a řídit celý hodnotový řetězec od dolu až po recyklované baterie. Jak sami manažeři Tesly opakovaně zdůrazňovali, skok od pilotního provozu k sériové výrobě je mimořádně náročný.
Verdikt DNV
Oznámení o Dni baterií jsou do značné míry v souladu s předpovědí DNV vývoje baterií pro elektromobily. Pokud Tesla naplní všechny své ambice v této oblasti, může katalyzovat rychlejší nástup elektromobilů – osobních i užitkových. Úspěch by se mohl přenést do přilehlých dopravních odvětví. Například za předpokladu úspěchu na všech frontách Tesla také více než dosáhne kritické hustoty baterie pro elektrická letadla s krátkým doletem – konkrétně 400 Wh/kg s dlouhou životností. Elon Musk nedávno prohlásil, že k tomu může dojít během tří až čtyř let.
Jak DNV podrobně uvádí ve své úplné zprávě Energy Transition Outlook, ani rychlý energetický přechod, který předpovídají, není dostatečně rychlý, aby svět splnil ambice Pařížské dohody. K tomu je zapotřebí nejen mnohem více obnovitelné energie, ale také mnohem větší energetická účinnost a zachycování a ukládání uhlíku aplikované zejména v těch odvětvích, kde je (údajně) těžké emise snižovat – například v těžké přepravě na dlouhé vzdálenosti a v průmyslových procesech. vyžadující vysoké teplo.
Hlavním dopadem Tesly bude urychlení zavádění elektrických vozidel a pokrok v obnovitelných zdrojích. Jinými slovy, tlačí proti otevřeným dveřím při řešení takzvaných „snadno utlumitelných“ sektorů. Navíc její plány expanze jsou v souladu s naší prognózou, která, jak jsme dospěli k závěru, není dostatečně rychlá.
To neznamená, že Tesla neposune jehlu na přechodu. Jak moc, to se teprve uvidí, protože to také závisí na jeho schopnosti významně změnit trh úložiště na úrovni užitných věcí. Efekty druhého řádu by mohly zahrnovat urychlení ještě větší expanze obnovitelných zdrojů energie, takže přebytečná energie může být k dispozici pro dřívější škálování výroby vodíku založeného na elektrolýze, než předpovídáme. Podle názoru DNV je příliš brzy na to, abychom hovořili o dlouhodobém dopadu Tesly na sektory mimo ty, které lze snadno zmírnit.
Z hlediska udržitelnosti DNV chválí plány společnosti Tesla na eliminaci používání kobaltu v bateriích a zaměřování se na možnost snížení velkého množství spotřeby odpadních vod. Varují však, že svět si nemůže jednoduše vybudovat cestu z klimatické krize. Technologie jistě může zajistit požadovaný energetický přechod, ale pouze na pozadí odvážných politik a regulací doprovázených posuny v chování směrem ke sdílení a cirkulárním ekonomickým modelům.
Tesla’s Battery Day 2020 – Shrnutí inovací
Aby Tesla dosáhla svých ambiciózních cílů, inovuje na pěti frontách:
+1. Nový design buňky
Tesla odhalila svou novou architekturu 4680 buněk, výrazně větší než současných 2170 článků používaných v Tesle Model 3 a Model Y. Když jsou všechny věci stejné, větší články by znamenaly větší hmotnost a tepelné problémy, ale Tesla se s tím vypořádává se svou novou „tabulkou“. ‘ architektura. V podstatě to znamená odstranění dvou jazýčků spojujících víčko baterie a plechovku s anodou/katodou „jellyroll“ a nahrazení spirálovou architekturou umožňující mnohem více bodů připojení, čímž se zvyšuje účinnost a snižuje odpor. Čistým efektem je tvarový faktor se 6násobným nárůstem výkonu (kritický pro těžkou práci, kterou vykonává např. Tesla Semi) a který umožňuje 16% nárůst dojezdu při současném snížení nákladů $/KWh o 14 %. To samo o sobě je působivé, ale ještě působivější je, že článek 4680 je navržen s ohledem na sériovou výrobu – používá méně oceli a snáze se montuje.
+2. Nová konfigurace buněčné továrny
Tesla investuje značné úsilí do efektivity výrobních linek pro vlastní výrobu článků – čerpá inspiraci z technologie závodu s neustálým pohybem, např. ve stáčecím průmyslu. Významnější je však Tesla nová technologie „suché elektrody“, která nahrazuje současnou standardní „mokrou“ metodu, která se opírá o obrovské sušící pece. Nový suchý proces, neboli prášek do filmu, umožňuje 10násobné snížení spotřeby energie a podlahové plochy – což je jak významná úspora, tak přínos pro životní prostředí. Důležité je, že je třeba poznamenat, že zatímco Tesla je nyní na svém čtvrtém „suchém lakovacím“ stroji, do úplného sestavení nové linky zbývají asi 3 roky. Za předpokladu, že k tomu dojde, přispěje největším podílem (asi jednou třetinou) kroků, které společnost podniká, aby dosáhla cíle snížení nákladů $/KWh o více než polovinu. Rovněž představuje více než třetinu předpokládaného 69% snížení investic na požadavky na GWh.
+3. Materiál anody
Tesla plánuje snížit objem a hmotnost svých anod článků nahrazením grafitu účinnějšími křemíkovými krystaly metalurgické kvality. Ty budou stabilizovány v iontově vodivém polymeru, který se vyhýbá problému s rozpínáním křemíku při pohybu iontů lithia. Společnost neposkytla časovou osu pro tuto inovaci – která není pro Teslu zcela jedinečná –, ale z toho vyplývá, že to bude její standardní přístup v horizontu tří let. Zatímco celkový příspěvek ke snížení nákladů na baterie je 5 %, velkou výhodou je předpokládané zvýšení dojezdu o 20 %.
+4. Materiál katody
Plánované změny chemického složení baterie na katodě přinášejí podstatné výhody z hlediska nákladů (-12 %) a nepatrně zvyšují dosah (4 %). Zde je cílem eliminovat drahý a eticky problematický kobalt ve prospěch katody bohaté na nikl. Tesla přidá k niklu „nové povlaky“, aby zajistila stabilitu v nepřítomnosti kobaltu, což povede k 15% snížení nákladů $/KWh. Problémem je, že to zvýší poptávku po niklu, což přiměje generálního ředitele Elona Muska, aby vyzval těžaře niklu, aby zvýšili produkci. Tesla také hledá rozmanitost pomocí třístupňového přístupu ke katodové chemii, s použitím levnějšího železa pro vozidla střední třídy, kombinace nikl/mangan pro dojezd „středně plus“ a vysoký obsah niklu pro vozidla s dlouhým dojezdem, jako jsou Semi a Cybertruck. . Společnost také plánuje postavit zařízení na výrobu katod v Severní Americe, aby se snížily míle ujeté niklem o 80 %. Katodová továrna by byla umístěna společně se zařízením na konverzi lithia, které zavede nový proces regenerace bez sulfátů (který se opírá o přidávání kuchyňské soli do lithiových jílů), čímž se eliminuje současné používání škodlivých chemikálií a velkého množství odpadní vody.
+5. Integrace mobilního vozidla
Tesla se inspirovala evolucí palivových nádrží letadel – kde místo navrhování palivových nádrží, které by se vešly do křídel, se křídla stala palivovou nádrží – Tesla předpokládá, že její budoucí bateriové sady budou plnit stejný druh dvojí povinnosti: dodávat energii i tuhost konstrukce. Umožňují to dvě novinky. Prvním z nich je nový přístup k jednomu lití, usnadněný novou hliníkovou slitinou pro přední i zadní část vozidla, což umožňuje, aby se strukturální baterie účinně stala podlahovou vanou spojující oba konce. Druhou novinkou je, že namísto toho, aby byly články obklopeny chladicí kapalinou, budou zabaleny dohromady a obklopeny epoxidem, čímž vznikne velmi tuhá jednoduchá struktura s chladicí kapalinou rozloženou ve vrstvě pod vložkou. To nejen nabízí vynikající tepelné řízení, ale umožňuje odstranění nadbytečných ocelových podpěr, což přispívá ke snížení hmotnosti již dosažené velkoformátovými články, které snižují celkové použití oceli v akumulátoru až o 40 %. S lepším chlazením a snížením hmotnosti Tesla odhaduje zvýšení dojezdu o 14 %, přičemž integrace mobilních vozidel sníží náklady o 7 %.
