Электрогенерация на возобновляемых источниках энергии (ВИЭ) занимает всё бóльшую долю рынка, например, в Германии на ВИЭ приходится около 50 % установленной мощности электростанций (94 из 182 ГВт), и эта доля продолжает неуклонно расти. В отдельные часы ВИЭ уже могут обеспечить до 100 % потребности в электроэнергии. При этом и тепловым, и атомным электростанциям приходится выполнять резервную функцию, поскольку выработка ВИЭ-генерации непостоянна. Аккумуляторы электроэнергии могут стать выходом для продолжения успешной интеграции ВИЭ в энергосистемы различных стран, они позволят сгладить колебания выработки ВИЭ и выровнять график нагрузки.
Другим трендом является развитие распределённой энергетики. Потребители хотят минимизировать свои затраты и устанавливают собственные генерирующие источники (например, солнечные батареи или ветрогенераторы). В странах, где доля распределённой генерации высока, возникает проблема интеграции таких потребителей в рыночную систему. Поскольку сам потребитель забирает от своего источника столько электроэнергии, сколько ему нужно в данный момент времени, у него могут возникать излишки. Проблема продажи этих излишков в сеть может быть решена с помощью аккумуляторов. На сегодняшний день 99 % промышленного аккумулирования и хранения электроэнергии (около 132,2 ГВт) обеспечивают гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС). На все прочие технологии накопления приходится 1 %, в основном речь идёт о накопителях на сжатом воздухе, сульфидных натриевых аккумуляторных батареях и литиевых аккумуляторных батареях.
Хранение электроэнергии названо Международным энергетическим агентством (МЭА) [1] одной из 12 прорывных технологий, которые существенным образом изменят глобальную экономику. По оценкам специалистов, совокупный среднегодовой темп роста рынка аккумуляторных батарей всех типов составит за ближайшие десять лет 18,7 %: с $ 637 млн в 2014 году до $ 3,96 млрд в 2025-м. Для аккумуляторных батарей текущие оценки затрат на их установку варьируются от $ 200 до $ 800 за 1 кВт установленной мощности. Мощность электрических накопителей в странах ЕС, США и Китае, по различным сценариям МЭА, к 2050 году возрастёт от двух до восьми раз.
Широкомасштабное производство аккумуляторов
Американская компания Tesla Motors строит гигантский завод для производства батарей для выпуска в продажу новой модели Tesla Model 3. Ещё в 2015 году глава компании Илон Маск представил проект крупнейшего в мире завода по производству литий-ионных аккумуляторных батарей для автомобилей и бытового использования Tesla Gigafactory. Мощности предприятия размещаются на территории США в штате Невада. Строительство фабрики должно быть завершено в текущем году, однако уже сейчас корпоративные планы в значительной мере основываются на мощностях Gigafactory.
На данный момент поставка аккумуляторных батарей для Tesla осуществляется из Азии, однако благодаря Gigafactory их производство должно переместиться в США. Эта фабрика позволит снизить затраты на батареи для автомобилей Tesla на треть, без чего невозможно реализовать проект доступного электрокара Tesla Model 3 стоимостью $ 35 тыс. Поставки из-за рубежа зачастую становились причиной срыва планов по производству автомобилей Tesla. Задержка даже самых малозначительных деталей создаёт большие проблемы для производства. Вот некоторые форсмажорные обстоятельства, которые в разное время оказались причиной задержек в сборке электромобилей Tesla: цунами, шторм с градом, землетрясение, пожар, а также перестрелки на границе США с Мексикой.
Итак, строительство Gigafactory позволит избежать всех сложностей с поставками самого важного элемента электрокаров Tesla — аккумуляторных батарей.
К середине 2016 года завод был завершён на 14 % и представлял собой несколько достроенных зданий со стальными перекрытиями посреди пустыни близ города Спаркс в штате Невада. Стоимость Gigafactory составляет $ 5 млрд, а сама фабрика займёт более чем 530 тыс. м² площади. Для создания завода была привлечена компания Panasonic, поставляющая аккумуляторные литий-ионные батареи для электрокаров. В нём будет всё необходимое для крупного производства батарей — сырьё (сталь, литий, сплавы) будет поставляться по железной дороге напрямую на завод. Фабрика будет производить всё необходимое, начиная от корпусов батарей и заканчивая элементами питания в сборе для продуктов Tesla.
Кроме того, локализация в одном месте позволит компании проводить исследования, изучать новые виды химического состава батарей и внедрять новые технологии при производстве. Компании больше не потребуется ждать, когда подобные решения будут приниматься поставщиками — для занятия большей части рынка необходимо контролировать цепочку поставок.
Для Tesla важно то, чтобы завод запустился именно в 2018 году, так как в это время стартуют продажи самой доступной машины в линейке Model 3, а компании необходимо выйти на полную мощность в 500 тыс. электрокаров в год. Для достижения этой цели необходимо увеличить в первую очередь поставку батарей для машин, а также снизить затраты на их производство — с этими проблемами и должен справиться завод Gigafactory.
Когда завод будет полностью закончен, он сможет производить такое количество аккумуляторов, что их хватит на 1,5 млн электрокаров. В случае успешной реализации проекта к 2020 году завод сможет произвести больше аккумуляторов, чем было произведено во всём мире в 2013 году. Экономическая выгода от строительства завода для штата Невада составит около $ 100 млрд в течение 20 лет. И, хотя продвижение проекта сталкивается с рядом проблем и не столь быстро, как было заявлено ранее [2–4], определённое направление развития индустрии задано.
Создание Gigafactory является частью главной идеи Маска Master Plan Part Deux («Генеральный план, часть вторая»). План предусматривает создание вертикально интегрированной компании, которая производит электромобили, батареи для накопления энергии и приведения этих автомобилей в движение, а также солнечные панели для генерации энергии. Планируется перевести на электрическую тягу все транспортные средства, включая автобусы и грузовики. Кроме того, подобные заводы можно было бы построить везде, где есть спрос на батареи — в Китае, Индии и Европе. Tesla купила неподалёку от Gigafactory ещё один участок земли, потенциально пригодный для строительства второго подобного завода.
Аккумуляторы для домашних хозяйств
Новые возможности энергообеспечения даёт домашний аккумулятор Tesla PowerWall, разработанный в 2015 году компанией Tesla. PowerWall представляет собой стационарную батарею, которая хранит электроэнергию, вырабатываемую с панелей солнечных батарей, расположенных на крыше дома. В течение дня устройство накапливает энергию, которую можно использовать как в дневное, так и в ночное время. В США предлагаются две модели мощностью 7 и 10 кВт·ч, их размер составляет 130 × 86 × 18 см, срок службы — минимум десять лет, в устройство вмонтирован компьютерный процессор с Wi-Fiсвязью как элемент «умного дома».
Аккумулируемой энергии достаточно для энергообеспечения дома или офиса с семи вечера до семи утра. Отпускная цена малой модели составляет $ 3000.
Кроме потребителей в США, в Tesla также сделали ставку на потребителей из Австралии, где устройство вызвало ажиотажный спрос. Компания даёт гарантию на десять лет, а модели PowerWall австралийцы приобретают за цену от $ 4000 до $ 5000 в зависимости от комплектации и функционала.
Учитывая, что наиболее дешёвая версия батареи имеет ёмкость 7 кВт·ч, при умеренном использовании её с запасом хватит на сутки. Помимо версии на 7 кВт·ч, представлена версия повышенной ёмкости — на 10 кВт·ч, а также модель PowerPack ёмкостью 100 кВт·ч для промышленных потребителей. То, что выбор Tesla пал на Австралию, напрямую связано с географическим положением и климатом континента, определяющими высокие значения потенциала солнечной энергии.
Продвижение на рынок солнечной энергетики
В 2016 году Tesla Motors приобрела компанию Solar City за $ 2,6 млрд [5]. Это произошло после падения стоимости акций Solar City на 57 % в 2015 году — удачный момент для поглощения. Solar City — крупнейшая в США компания по установке солнечных панелей на крышах домов, её объём продаж превышает суммарный объём продаж следующих компаний на этом рыночном сегменте. Слияние двух компаний имеет синергетический эффект. Результатом будет появление на рынке новых предложений по энергообеспечению домов за счёт автономного производства и аккумулирования солнечной энергии. Предусматривается также зарядка автомобильных аккумуляторов электрических моделей Tesla в ночном цикле. Сделка была проведена несмотря на накопленный долг Solar City в $ 3,25 млрд. Объединение опыта и производственных циклов позволит сэкономить издержки в размере $ 150 млн в год и выйти на прибыльность через два года. Собственное производство солнечных панелей достигло 1 ГВт установленной электрической мощности в 2016 году. Планируется переход от бизнес-модели лизинга панелей к продажам конечному потребителю.
Ситуация в России
Один из первых крупных российских проектов производства солнечных батарей в постсоветский период был заявлен в 2009 году — в Иркутской области (Усолье-Сибирское) компания «Нитол» должна была производить поликристаллический кремний, в Чувашии (Новочебоксарск) — солнечные модули, в Краснодаре (компания «Солнечный ветер») планировали производить сами солнечные батареи. Стоимость проекта составляла около $ 1 млрд [6]. В качестве инициатора и инвестора проекта выступила корпорация «Роснано». Однако в 2013 году проект «Нитол» был закрыт, что было связано, в частности, с резким падением мировых цен на поликремний в 2008– 2012 годах — с $ 400–450 до $ 15–20 за 1 кг из-за бурного развития технологий и перепроизводства, то есть проект «устарел ещё до реализации» [7]. Тонкоплёночная технология производства солнечных батарей, закупленная «Роснано» у компании Oerlikon, также оказалась на тот момент морально устаревшей.
В свою очередь, проект производства литий-ионных аккумуляторов отечественного завода «Лиотех», запущенный в декабре 2011 года в Новосибирске с участием «Роснано», с объёмом инвестиций 7,5 млрд руб., в итоге не был успешным. В 2014 году производство было приостановлено из-за низкого спроса на продукцию, в 2016-м была начата процедура банкротства предприятия. В настоящее время производство солнечных батарей в России занимается ряд предприятий, из которых завод в Новочебоксарске остаётся крупнейшим, тогда, как вопрос производства аккумуляторных батарей и вертикальной интеграции компаний, работающих в сфере возобновляемой энергетики, остаётся открытым.
Выводы
1. В мире сформировался тренд на создание вертикально интегрированных компаний, которые производит электромобили, батареи для накопления энергии и приведения этих автомобилей в движение, а также солнечные панели для генерации энергии.
2. С 2015 года компания Tesla Motors реализует проект самого большого в мире завода по производству аккумуляторных батарей для автомобилей и бытового использования Tesla Gigafactory.
3. Аккумулятор PowerWall представляет собой стационарную батарею, которая хранит электроэнергию, вырабатываемую с панелей солнечных батарей, расположенных на крыше дома. Помимо версии на 7 кВт·ч представлена версия повышенной ёмкости (10 кВт·ч), а также модель PowerPack ёмкостью 100 кВт·ч для промышленных потребителей.
4. Аккумуляторы электроэнергии могут стать выходом для продолжения успешной интеграции ВИЭ в энергосистемы различных стран, они позволят сгладить колебания выработки ВИЭ и выровнять график мощностной нагрузки. Их широкомасштабное внедрение может серьёзно изменить глобальную инфраструктуру в области потребления энергии.
5. Установка фотоэлектрических преобразователей в масштабе многих гигаватт по мощности требует развития производства аккумуляторов на том же уровне. Помимо пионерского опыта в США, подобные заводы можно было бы построить везде, где есть спрос на батареи — в Китае, Индии и Европе.
