Менее трех месяцев прошло с того, как я начал цикл постов о происходящей в мире энергетической революции, однако даже за этот короткий промежуток времени в этой области произошли чрезвычайно знаковые события, демонстрирующие чрезвычайно быстрое приближение новой энергетической реальности.
Если еще в сентябре технология натрий-ионных батарей хоть и представлялась как достаточно близкая технологическая перспектива, но все еще требующая научных и инженерных изысканий, то уже к концу ноября она превратилась в технологию, готовую к началу промышленного применения. Так, шведская компания Northvolt, которая является единственным не азиатским крупным производителем литий-ионных батарей в мире, объявила о прорыве в области натрий-ионных батарей: компании удалось достигнуть сопоставимой с литий-железо-фосфатными батареями емкости на единицу веса.
Первое поколение натрий-ионных батарей от Northvolt ориентировано на энергетический сектор – производство батарей для стационарных систем хранения энергии. Однако по мере улучшения характеристик этой новой технологии, компания ожидает, что следующие поколения батарей найдут применение и в транспортном секторе.
Натрий-ионные батарей имеют ряд преимуществ по сравнению с литий-ионными – в первую очередь свою устойчивость к воздействию низких и высоких температур, а также высокую пожарную безопасность. Подобные преимущества позволяют использовать эти батарей в регионах с очень жарким, или наоборот, очень холодным климатом, расширяя географию энергоперехода на Африку, Ближний Восток, Юго-Восточную Азию, а также регионы с суровым климатом.
Главной же особенностью новых натрий-ионных батарей является то, что в своем составе они не содержат каких-либо редких цветных металлов или минералов, а также токсичных элементов. Так, в составе таких батарей присутствует лишь берлинская лазурь, уголь, и натрий, входящий в состав обычной пищевой соли. В результате натрий-ионные батареи становятся прямым конкурентом разработанных в Китае литий-железо-фосфатных батарей: Northvolt ожидает, что сможет обеспечить на четверть более низкую стоимость единицы мощности хранения энергии по сравнению с литий-железо-фосфатными батареями.
Напомню, преимуществом литий-железо-фосфатных батарей также является отсутствие в их составе дорогих цветных металлов, таких как кобальт, никель или магний, благодаря чему они значительно дешевле. При этом они менее токсичны, чем батареи с этими цветными металлами, обладают большим количеством циклов зарядки, более широким спектром рабочих температур и рядом других преимуществ. Однако они заметно отстают от батарей с цветными металлами по энергетической емкости, в результате чего находят применения либо в наиболее дешевых, но с другой стороны массовых, моделях электромобилей с относительно небольшой дальностью хода на одной зарядке, либо в батареях, предназначенных для промышленного хранения энергии, где малая энергоемкость на кг веса не имеет большого значения.
В результате Европа получает доступ к технологии, способной обеспечить ей технологическую независимость как от слабо предсказуемых поставщиков цветных металлов, представленных в основном авторитарными странами, в том числе Россией, так и от Китая,
чье технологическое преимущество в области литий-железо-фосфатных батарей могло бы поставить энергетический и автомобильный сектор Европы в зависимость от другого не самого предсказуемого авторитарного государства вместо газовой и нефтяной зависимости от России.
При этом также в ноябре о своем прорыве в области натрий-ионных батарей объявили и японские ученые. Они, вероятно, своим путем пришли к идентичной шведской технологии – использовании в качестве анода твердой формы углерода, по сути угля. Таким образом, от японских компаний также можно ожидать в ближайшем будущем анонса своих версий натрий-ионных батарей.
В Китае же ведущий местный производитель электромобилей BYD анонсировал начало строительство завода по производству натрий-ионных батарей, которые будут использоваться для производства легких городских электрокаров и скутеров. При этом Китай также осваивает натрий-ионную технологию для строительства промышленных систем хранения энергии: так, еще в августе в стране вступила в строй первая батарейная электростанция на натрий-ионных батареях.
Батареи являются ключевым элементом перехода транспорта и энергетики с ископаемого топлива на ВИЭ, и натрий-ионные батареи определенно будут существенной частью этого перехода, став дополнением к литий-ионным технологиям. Высокие темпы развития технологий хранения электроэнергии указывают на то, что человечество находится еще очень далеко от достижения предела эффективности этих технологий, которая достигнута, например, в технологиях ДВС или технологиях производства электроэнергии из ископаемых источников энергии. А значит в ближайшее десятилетие мы продолжим наблюдать быстрое совершенствование технологий в этой области. Так, все еще ждет своего часа потенциально революционная технология по производству солнечной энергии – перовскиты, способная уменьшить стоимость солнечной энергии еще на десятки процентов, а соответственно и кардинально изменить нынешние прогнозы по темпы внедрения ВИЭ в мировую энергетику.
В прошлом десятилетии отрасль ВИЭ в мировом масштабе преодолела стадию опытно-промышленных разработок, требовавших масштабного бюджетного субсидирования, и стала наконец самостоятельным окупаемым сектором экономики. При этом благодаря многократному увеличению своих оборотов, отрасль ВИЭ нарастила объемы инвестиций в НИОКР с миллионов и десятков миллионов долларов до миллиардов и десятков миллиардов. Помимо частных инвестиций находятся на пике и объемы государственных вложений в фундаментальные исследования в области энергетики: так, в США объем инвестиций в НИОКР в сфере энергетики сопоставим с тем, что наблюдался на пике нефтяного кризиса конца 70-х.
Текущее десятилетие становится десятилетием быстрого наращивания мощностей по объемам производства и ввода в строй ВИЭ, а также мощностей по производству батарей. Так, если в прошлом году в мире было введено 268 ГВт солнечных мощностей, то в этом году объем ввода прогнозируется уже на уровне около 400 ГВт (+49%). При этом, несмотря на такие гигантские темпы роста, мировые цены на поликремний (основное сырье для производства солнечных батарей) демонстрируют устойчивое снижения благодаря быстрому росту мощностей по его производству. Таким образом, мы наблюдаем быстрое падение цен в условиях бума сектора (!), что в целом можно назвать экономическим феноменом. Прогнозируется в этом году и новый рекорд по вводам в мире ветровых мощностей на уровне около 111 ГВт против 88,5 ГВт в прошлом году.
В результате следующее десятилетие неизбежно станет началом ускоряющегося сокращения мирового потребления ископаемого топлива. Ожидается, что годовые темпы ввода солнечных мощностей достигнут к 2030 г. уровня в 1 000 ГВт, а ветровых – 200 ГВт. При этом мировая установленная мощность электростанций на ископаемом топливе составляет сейчас около 4 500 ГВт. В то же время эти цифры нельзя сравнивать напрямую без учета коэффициента использования установленной мощности (КИУМ). Так, для мощностей на ископаемом топливе он составляет в среднем около 70%, в то время как для ветра он составляет около 25% и около 15% для солнечных электростанций.
Умножив установленную мощность на ее КИУМ, можно привести эти цифры к одному знаменателю: так, установленная мощность на ископаемом топливе составляет тогда около 3 200 ГВт, а годовые совокупные темпы ввода ВИЭ составят к 2030 г. около 200 ГВт. Таким образом, для замены всех мощностей на ископаемом топливе при таких объемах ввода ВИЭ понадобится всего около 16 лет. Безусловно, этот расчет весьма условен, не учитывает ни рост мирового энергопотребления, ни технологический прогресс, однако в целом он не сильно противоречит целям Европы по достижению углеродной нейтральности уже к 2050 г., а Китая к 2060 г. Такие темпы ввода ВИЭ потребуют большого парка мощностей по хранению энергии, и в этом свете прорыв в области натрий-ионных батарей приобретает практически революционное значение.
С точки зрения цен на ископаемое топливо значение имеет не то, когда миру удастся достигнуть углеродной нейтральности, а именно тот момент, когда мировой спрос на ископаемое топливо начнет падать.
Совершенно очевидно, что этот момент наступит уже в ближайшие десять или менее лет, после чего цены на ископаемое топливо неизбежно упадут уже навсегда, а сырьевые страны утратят свое нынешнее мировое экономическое влияние.
В результате энергопереход станет ключевым геополитическим событием конца этого десятилетия, которое навсегда уберет с мировой шахматной доски неадекватные авторитарные сырьевые режимы.
! Орфография и стилистика автора сохранены
