Триумф батарейки: Нобелевская премия за технологию, создавшую рынок на $100 млрд
Нобелевская премия Джона Гуденафа, Стэнли Уиттингема и Акиры Йосины — закономерный итог развития технологии энергонакопителей, и шире — электрохимии и физики, в ХХ веке. Цель, лежавшую в основе этого развития, можно сегодня определить так: найти альтернативные способы не только получения, но и хранения энергии. О том, что ученые прошлого действительно ставили перед собой такие задачи, можно судить по известному высказыванию Д. И. Менделеева: «Сжигать нефть — все равно, что топить печку ассигнациями».
Исследованиями лития и возможностей его использования в энергонакопителях начали заниматься в 1970 году. Создание первой батареи на основе ионов лития принадлежит британо-американскому химику Стэнли Уиттингему, который в этом году вместе с коллегами Джоном Гуденафом и Акирой Йосино был удостоен Нобелевской премии по химии.
В 1970-х центральным событием в мире стал нефтяной кризис 1973 года, который, очевидно, положил начало гигантским и по сей день инвестициям в новые технологии как производства электрической энергии, так и ее хранения. Мировая общественность увидела в нестабильности нефтяного рынка реальную угрозу, и для представителей науки поиск альтернатив и достижение их экономической эффективности стал вызовом.
Отрасли литий-ионных технологий в этом году исполняется 28 лет. Считается, что первый коммерческий продукт в 1991 году выпустила японская Sony Corporation. С тех пор объемы производства выросли в сотни раз, а сферы применения значительно расширились. Суммарный объем производства литий-ионных аккумуляторов к 2023 году, по данным Benchmark Minerals, может достичь 1000 ГВт*ч. Объем рынка, по данным аналитического агентства Market Research Engine, к 2024 году превысит $92 млрд, тогда как на сегодня он составляет порядка $38 млрд. Как и производство компонентов для солнечной энергетики, более половины производственных мощностей будет сосредоточено в Китае. Сегодня этот показатель не превышает 300 ГВт*ч.
За счет каких отраслей будет стимулироваться спрос на накопители? Этот вопрос остается открытым, так как каждая сфера — будь то сфера электротранспорта в широком видении (электромобили, водный или воздушный транспорт), портативная электроника с целым рядом гаджетов или городская среда со всей ее инфраструктурой — дает свое обоснование под необходимость развития сегмента storage.
Мощность 1000 ГВт*ч эквивалентна 20 млн электромобилей. Сегодня флот автомобилей на электрической тяге едва превышает 5 млн единиц. Поэтому прогнозный показатель к 2023 году достижим в том случае, если компании-производители электромобилей реализуют заявленные планы по расширению производств. А эти планы тоже весьма условны. Сегодня мы видим на примере Японии, что продажи электромобилей частным лицам приближаются к нулю.
Куда большим потенциалом внедрения не столько накопителей, сколько целых систем хранения энергии, оснащенных системами контроля режимов и автоматизации, обладает сфера возобновляемых источников энергии. Для солнечных электростанций и ветроэнергетических установок вопрос хранения энергии является ключевым. Суммарная мощность всей установленной в мире солнечной генерации к концу года, по данным ассоциации SolarPower Europe, достигнет 600 ГВт. И здесь важен не столько объем, сколько особенность строящейся и перестраивающейся энергосистемы.
Основной спор сегодня в глобальном сегменте новой энергетики разворачивается вокруг того, какой вид примет эта энергосистема: будет она сетевой, или будущее за распределенной (distributed) энергетикой. Точность прогнозирования в данном вопросе критически важна для развития отрасли накопителей. В случае с распределенной энергосистемой (когда, к примеру, городская агломерация самостоятельно обеспечивает себя электрической энергией) устройствам хранения энергии будет отведена не менее важная роль, чем генерирующим мощностям.
В пользу тезиса об опережающем развитии распределенной генерации говорит статистика. Сегодня в мире около 1 млрд людей, или 14 процентов мирового населения, по данным Международного энергетического агентства, не имеют доступа к электрической энергии. В первую очередь, это районы Африканского континента южнее Сахары и часть территорий Юго-Восточной Азии. Нет сомнений в том, что синергетический эффект возобновляемых источников энергии и накопителей энергии там будет востребован. Свою нишу системы хранения энергии найдут и в городах других континентов, где рост численности населения ведет к разрастанию городских территорий, а значит, требует расширения электроэнергетической инфраструктуры. В прошлом году Великобритания явила миру пример «островной» электростанции мощностью несколько мегаватт, основой которой стали солнечные модули в комплекте с системой хранения энергии, позволяющей перейти нескольким поселкам на автономное энергоснабжение.
Необратимость тренда на все большее внедрение систем хранения энергии, хотим мы того или нет, объясняется еще и неустойчивостью геополитических факторов. Рост протекционистских мер, стремление большинства национальных экономик к энергетической независимости может вести к суверенизации энергетического сектора. В этом смысле попытки большинства стран, в том числе России, продолжить развитие отрасли накопителей вполне логичны.
Для России мировое признание успехов ученых в сфере литий-ионных технологий — знак того, что недооценка этой отрасли, инвестиции в которую еще в 2018 году превысили $23 млрд, будет серьезной ошибкой. На анализ ситуации и рынков времени практически нет. Очевидно, начать стоит с более активного участия в международной научной кооперации, параллельно продолжая реализацию пилотных проектов и формируя собственную модель работы на внутреннем и внешнем рынках. На сегодняшний день в России литий-ионные аккумуляторы производятся только на новосибирском заводе «Лиотех»: проектная мощность завода составляет 1 ГВт*ч в год, а суммарные инвестиции составляют 13,6 млрд рублей.