Независимый бостонский альманах

Великая аккумуляторная революция

27-11-2017
  • В юности я одно время работал автоэлектриком-аккумуляторщиком, затем стал инженером-наладчиком и ставил системы учета и контроля электроэнергии на больших заводах, так что тему знаю и слежу за ней. На наших глазах идут сразу две революции в энергетике: "зеленая" и аккумуляторная, причем идут они рука об руку и успехи одной тут же отражаются на достижениях другой. Что характерно и знаменательно, двигателем обеих революций стал один человек, величайший инженер нашего времени, гениальный организатор производства Илон Маск! Даже у Эдисона не было такого размаха.tesla1Итак, Маск сдержал слово: 23 ноября Tesla отчиталась об окончании работ по установке в штате Южная Австралия батарейной системы Powerpack мощностью 100 мегаватт. Проект, как и обещал Маск, был завершен в течение 100 дней ‑ работы официально начались 29 сентября. За день до этого пари он ознакомил мир с проектом ракетной системы Big Falcon Rocket для полетов на Луну, на Марс – и в Австралию. А на днях великий инженер представил нечто еще более поразительное: первый в мире электрогрузовик.
  • tesla3
  • Хотя, что тут поразительного? Это в легковушку трудно упаковать батарею приличной емкости, тогда как грузовик платформа солидная! С удовольствием привожу технические характеристики его Tesla Semi Truck. Запас хода без подзарядки 500 миль (800 километров), а после получасовой зарядки еще 400 миль. При максимальной загрузке в 36 тонн набирает скорость 100 км в час за 20 секунд, а без груза всего за 5секунд – мало какая из легковушек способна на это. Есть автопилот, так что колонна машин сможет двигаться самостоятельно, и лишь первой нужен водитель, что сильно удешевит перевозки (дальнобойщики в США очень неплохо зарабатывают). Кстати, себестоимость перевозок будет как минимум на 25 центов за милю дешевле, чем у дизельных траков, что также весьма существенно, а со временем эта разница будет только расти.

    tesla2

    Производство планируют начать в 2019 г., и крупнейшая сеть магазинов Walmart сразу сделала предзаказ на 15 машин для испытаний: 5 для США и 10 для отделений в Канаде (последнее важно, ибо литий-ионные батареи не любят низких температур). Если подтвердятся заявленные параметры, то возможны массовые закупки. В среднем траки компании, а их у нее более 60 тысяч, наматывают 100 тысяч миль в год, это значит, что каждая Tesla Semi ежегодно сбережет $25000, а при массовой замене речь пойдет о сотнях миллионов.

    Помимо грузовика Маск представил новый Tesla Roadster, суперспорткар с откидным верхом. Данные феноменальны: разгон до 100 км/ч за 1,9 сек, пробег без подзарядки до 1000 километров. "Вы сможете доехать из Лос-Анджелеса в Сан-Франциско и обратно без подзарядки. Вождение спорткара на бензине будет напоминать [вождение] на паровом двигателе", ‑ заметил Маск.

    Первая тысяча родстеров будет стоить по $200 тысяч, продажи начнутся в 2020 г. Сейчас Tesla Motors производит три модели легковых электрокаров: люксовый седан Model S, массовый седан Model 3 и кроссовер Model X. Для зарядки электрокаров компания развивает глобальную сеть станций Supercharger. По всему миру их уже более тысячи – это 7,5 тысяч постов.

  • Tesla-Roadster
  •  Да, не все пока идеально. Так, компания не выполнила обязательств по поставке Model 3 первым клиентам и вместо 1500 машин в третьем квартале дала только 260. Отставание объясняют сложностью настройки нового производства, но трудности будут устранены в ближайшее время. Да, в финансовом отношении третий квартал стал самым слабым за всю историю компании, а убытки за девять месяцев составили 1,28 млрд. Тем не менее за квартал удалось поставить 26150 автомобилей всех моделей ‑ это лучший результат в истории марки, а выручка при этом выросла на 23 процента, так что можно списать убытки на болезни роста.

    Литий-ионный переворот и его проблемы

    С появлением литий-ионных элементов их батареи получают все более широкое распространение и захватывают все более тяжелые категории машин, их ставят на легкие суда и проектируют ближнемагистральный авиалайнер на 220 мест. На наших глазах вершится технологическая революция! Сами посудите, в 2016 году мировое производство батарей (если считать их базовый показатель, емкость) достигло 28 гигаватт-часов. Это немало. Отчего возникают два повода для беспокойства.

    Во-первых, бурное развитие электротранспорта может привести к тому, что имеющихся мощностей не хватит для его зарядки. Не прошло и десяти лет с начала выпуска машин, не уступающих автомобилям с ДВС (двигателем внутреннего сгорания), а и почти все крупные автоконцерны открыли линии по их производству и парк электромобилей уже пошел на миллионы. Мало того, к делу подключаются компании ранее не имевшие никакого отношения к автомобилям.

    Так, в конце сентября пришло сообщение, что Dyson, известный британский производитель пылесосов и вентиляторов, намерен инвестировать £1 млрд. в создание собственного электромобиля, который должен выйти на рынок к 2021 году. Основатель и глава компании Джеймс Дайсон выразил надежду, что он будет первым в линейке, за ним последуют другие модели и в ближайшие годы этот сегмент станет главным источником доходов Dyson. Он посетовал, что у компании в отличие от Tesla нет $5 млрд. для построения сети станций быстрой зарядки, и потому рассчитывает на правительство, которое должно субсидировать установку точек подключения мощностью 21 кВт в домах владельцев.

    Автобудущим своих городов озаботились мэры Осло и Парижа, Берлина и Нью-Йорка ‑ и наш Ди Блазио имеет все основания полагать, что в 2025 году каждый пятый автомобиль города, который никогда не спит, будет электрическим. А по прогнозам экспертов еще через десять лет им будет каждый третий в мире – будущее наступает быстро.

    Но способны ли мы прокормить миллионные стада электромустангов? Сколько энергии понадобится им при тотальной электризации?

    Так, согласно данным Департамента автотранспорта, в 2015 г. в США было зарегистрировано 263,6 млн. транспортных средств. Среди них около 8,5 млн. мотоциклов, которых пока не коснулась электризация, около 11 млн. грузовиков, 0,8 млн. автобусов. Остальное легковые машины и легкие грузовики-пикапы ‑ более 240 млн.

    В грубом приближении можно считать, что последние пробегают в среднем 50 миль в день или 20000 за год, что емкость батареи 75 кВт-ч и что полная зарядка требуется через 400 миль. Тогда в год понадобится 50 зарядок или 3750 кВт-ч энергии на четырехколесную единицу, а в масштабах Америки потребуется до 1 млн. гигаватт-часов. При учете гораздо более интенсивно загруженных и прожорливых грузовиков цифра может удвоиться. Для сравнения: в 2016 году все источники США выработали несколько более 4 млн. ГВт-ч. То есть половина энергии уйдет на автотранспорт, что вряд ли по силам стране.

    Впрочем, при отказе от ДВС освободится масса энергии, идущей на производство топлива для них, на его транспортировку и реализацию. Вспомните целые флоты танкеров, бороздящих моря и океаны, тысячекилометровые нефтепроводы с десятками компрессорных станций, которые потребляют уйму энергии, нефтеперерабатывающие заводы с факелами сжигаемого газа над ними, бесчисленные заправки по всей огромной стране и колонны бензовозов, снабжающих их, и так далее и тому подобное. Нет, электричество гораздо проще и удобнее доставлять и сбывать потребителям. Да и мир станет чище.

    Тем более что все больше энергии приходится на восполняемые источники и она уже дешевле традиционной. Стоимость кВт-часа на новых солнечных станциях США упала до 3 центов, что в 2-4 раза дешевле средней по стране, и продолжает снижаться. Мировой рекорд принадлежит Саудовской Аравии, одна из СЭС которой отпускает энергию по цене 1.79¢/kWh (впятеро ниже рекорда пятилетней давности), но в 2020 году он перейдет к Мексике. На недавнем аукционе итальянцы предложили построить там СЭС на 3 терават-часов (3 тысячи ГВт-ч) с отпускной ценой 1.77¢/kWh и эксперты предсказывают, что к тому времени рекорд дойдет до 1 цента за кВт-ч! Так что с энергией проблем не будет.

    Грядет твердотельная революция?

    Но есть и второй повод для беспокойства. Поставщики не успевают за спросом на литий. В ближайшие годы потребность в нем возрастет в 2-4 раза, но месторождения вышли на предел добычи и цены возросли с $4000 за тонну в 2014 г. до нынешних $20000. Большая часть лития добывается в Аргентине, Чили, Австралии и Китае, однако их мощностей не хватает и геологи обратили внимание на подземные воды долины Клейтон в Неваде, богатые растворенным литием. Они надеются пробурить скважины и выпаривать их, получая литиевую соль. Не менее шести стартапов недавно купили или взяли в аренду земли в этой долине, но, в отличие от добычи из руды, технология выпаривания пока не отработана. Если сложности будут преодолены, штат Невада, переживший в свое время золотую лихорадку, снова станет источником ценного для экономики металла, более полезного, чем золото.

    Есть однако и более серьезные проблемы у литий-ионных батарей. Да, они эффективнее старых, но сложны в эксплуатации и требуют хорошей электроники, которая следит за напряжением и током заряда и за многими иными нюансами. Они быстро теряют емкость при низких температурах и тогда их надо подогревать, тратя энергию и запас хода. Они довольно пожароопасны и тушению не поддаются. Они, несмотря на все ухищрения инженеров Маска, недостаточно быстро заряжаются и не так уж много циклов заряда выдерживают. Да и не так уж компактны.

    Поэтому огромный интерес вызвали сообщения о скором появлении коммерчески успешных твердотельных аккумуляторов. Звучит оно несколько странно, – как же без электролита? – тем не менее уже имеются экспериментальные прототипы с характеристиками, которые намного превосходят показатели литий-ионных ячеек, и дело теперь за промышленными технологиями. Технических подробностей очень мало (например, вместо электролита используется отожженное стекловолокно), ибо идет жесткая конкурентная борьба на поле, которое обещает миллиарды и миллиарды, но тот факт, что ими занимаются крупные компании и вкладывают в разработку огромные деньги, заставляет с доверием относиться к возможности нового революционного прорыва. Очевидно, он не за горами.

    Среди разработчиков и упомянутый Dyson, вложивший около $1,3 млрд. в дело, и Bosch, и Hyundai, отказавшаяся в пользу твердотельных батарей от казавшихся наиболее перспективными водородных топливных элементов, и BMW, и Samsung SDI и мировой автолидер Toyota. Последняя обещает, что новая батарея дебютирует в электромобилях в 2022 г. Имея в два-три раза большую емкость при большей компактности, она будет безопасной в пожарном отношении, сможет работать в более широком диапазоне температур, выдерживать в полтора раза больше циклов заряда, чем нынешние литий-ионные, и, что самое, пожалуй, важное, сможет заряжаться за несколько минут!

    Что касается 2022 года, то не только «Тойота» обещает нам машины мечты, но и Маск, выступая недавно в Аделаиде на 68-м конгрессе Международной федерации астронавтики, представил проект транспортной системы BFR (Big Falcon Rocket). Она состоит из многоразовой сверхтяжелой ракеты и корабля на 120 человек На низкую опорную орбиту BFR способна вывести 150 тонн, на первую ступень планируется установить 31 двигатель Raptor. Главной целью Маск видит колонизацию Марса и уже в 2022 году SpaceX при помощи BFR отправит туда два грузовика, а на 2024-й ожидается сразу четыре миссии, две грузовые и две пилотируемые.

    Конечно, все, кто помнит о судьбе советской лунной ракеты Н-1 (я видел ее модель в вашингтонском аэрокосмическом музее рядом с моделью фон Брауновского «Сатурна», дневниками Мишина, партбилетом Гагарина и логарифмической линейкой Королева), бросятся предостерегать от пагубного технического решения: множество сравнительно маломощных двигателей на гигантской конструкции. Но Маску я верю больше, чем Мишину. Его двигатели, как показала практика, будут работать и даже выход одного-двух из строя не помешает успеху миссии. В конце концов, именно этот пакетный принцип и работает в электромобилях Маска – там сотни литий-ионных ячеек упакованы последовательно-параллельно.

    Но важнее иное. Аккумуляторная революция лишний раз наглядно показала, что наша цивилизация в первую очередь электрическая. Не атомная, не компьютерная, не информационная, а электрическая, слава Амперу и Вольта, Фарадею и Максвеллу, Эдисону и Тесла. Самолеты, автомобили, ракеты – все это вторично, без электричества им не летать и не ездить. Радио, электроника, телевидение, интернет, мобильные телефоны – всего лишь пыльца на сияющих крыльях электромагнитной бабочки, обнявшей нашу голубую планету и простершей их далеко в космос. Мы даже не говорим – электричество, мы говорим – свет!

Комментарии
  • Червона Калина - 27.11.2017 в 19:02:
    Всего комментариев: 66
    Статья через чур оптимистичная. В настоящее время твердотельные аккумуляторы не могут использоваться даже для айфонов - слишком большое внутренне сопротивление Показать продолжение
    Рейтинг комментария: Thumb up 3 Thumb down 1
  • Юрий Кирпичев - 28.11.2017 в 23:35:
    Всего комментариев: 570
    Расскажите это Гуденафу, соромлива калина.
    Рейтинг комментария: Thumb up 1 Thumb down 1
  • Витя - 29.11.2017 в 08:20:
    Всего комментариев: 12
    Замечательно интересно! Сегодня все тепловые электростанции по ночам примерно 5-7 часов в сутки работают вхолостую: остановить их невозможно, а регулировать Показать продолжение
    Рейтинг комментария: Thumb up 1 Thumb down 1
    • Юрий Кирпичев - 30.11.2017 в 04:35:
      Всего комментариев: 570
      мне пишут из Техаса и прочих югов США: кампания Маска по соляризации частных домовладений идет на ура. Поэтому котировки акций Дженерал Электрик вошли в крутое Показать продолжение
      Рейтинг комментария: Thumb up 1 Thumb down 0
  • Просто зритель - 29.11.2017 в 15:51:
    Всего комментариев: 241
    Илон Маск - гениальный аферист
    Рейтинг комментария: Thumb up 4 Thumb down 2

Добавить изображение



Добавить статью
в гостевую книгу

Будем рады, если вы добавите запись в нашу гостевую книгу. Будьте добры, заполните эту форму. Необходимой является информация о вашем имени и комментарии, все остальное – по желанию… Спасибо!

Если у вас проблемы с кириллическими фонтами, вы можете воспользоваться автоматическим декодером AUTOMATIC CYRILLIC CONVERTER.

Для ввода специальных символов вы можете воспользоваться вот этой таблицей. (Латинские буквы с диакритическими знаками вводить нельзя!)

Ваше имя:

URL:

Штат:

E-mail:

Город:

Страна:

Комментарии:

Сколько бдет 5+25=?