Рост численности населения, загрязнение окружающей среды и сокращение объемов иссякаемых природных ресурсов обусловили необходимость создания инновационных решений в области чистых технологий, которые были бы рациональнее, безопаснее и эффективнее. Тем не менее, высокие затраты и технические ограничения в сфере хранения энергии препятствуют достижению паритета между поставщиками возобновляемых и традиционных источников энергии с точки зрения их масштабов применения и стоимости.
Будущее чистых технологий может зависеть от технологических достижений в пока еще не получившей заслуженного признания сфере - сфере литиевых аккумуляторов.
Маленькая литиевая батарейка, которую часто используют в игрушках, ноутбуках, мобильных устройствах и механических инструментах, может в ближайшем будущем стать основным источником питания для автомобилей и крупных электросетей. Обыкновенная батарейка может заставить практически бесконечно двигаться не только кролика из рекламы Energizer, но и все человечество, ведь все мы хотим жить на чистой планете, не принося вреда окружающей среде.
Так же стремительно, как ветер меняет свое направление, разработки в сфере аккумуляторов кардинальным образом меняют процессы конструирования продуктов в динамично развивающемся секторе чистых технологий. Инновационные компании нуждаются в производственных инструментах, таких как PLM, которые позволят им наиболее эффективно использовать происходящие изменения и оперативно перестраивать направления производства, чтобы сохранить свою конкурентоспособность.
Обыкновенная батарейка: ключ к устойчивому развитию.Прежде чем мы приоткроем завесу, скрывающую будущее хранения энергии, давайте обратимся к истории аккумуляторов, в частности, литиевых, которая берет свое начало от багдадских батареек, упоминаемых уже в 2500 году до нашей эры.Ионно-литиевые аккумуляторы были впервые предложены в 70-х годах прошлого века и получили коммерческое распространение в 90-х. С тех пор рынок ионно-литиевых аккумуляторов вырос до 11 миллиардов долларов США (на 2010 год), и ожидается, что к 2020 году он будет составлять 43 миллиарда. По прогнозам аналитического агентства Global Industry Analysts (GIA), объем мирового рынка всех типов бытовых аккумуляторов может достигнуть 55, 4 миллиарда долларов США уже в 2017 году. Литиевые аккумуляторы представляют собой «вторичные аккумуляторы», то есть предполагают возможность перезарядки, в то время как «первичные аккумуляторы» дозаряжены быть не могут. Вторичные аккумуляторы составляют лишь 10% от всего объема батареек, но образуют 60% глобального рынка аккумуляторов по стоимости. К вторичным относятся свинцово-кислотные, никель-кадмиевые, никель-металлгидридные, натрий-серные и проточные батарейки.
По данным Всемирного отчета об аккумуляторах за 2012 год, общая мировая потребность в первичных и вторичных аккумуляторах возрастет на 8,5 % и составит 144 миллиарда долларов США к 2016 году. Ожидается, что китайский рынок аккумуляторов сохранит свои лидирующие позиции и, кроме того, будет развиваться самыми быстрыми темпами благодаря наличию огромного сектора производства электроники, а также расширению выпуска и использования автомобилей. С ростом государственной производственной базы и личных доходов продажи аккумуляторов в Индии также возрастут, хотя несколько более низкими темпами, нежели в Китае.
В отчете содержатся прогнозы о том, что продажи на рынках потребительских товаров в 2016 году будут расти рекордными темпами. Рост доходов в развивающихся странах спровоцирует расширение использования основных устройств, работающих на аккумуляторах, а возрастающее использование портативных электронных устройств, в свою очередь, подстегнет спрос на аккумуляторы на мировом рынке потребительских товаров. В отчете отмечается, что ожидаемые темпы роста спроса на вторичные аккумуляторы будут выше, чем объемы продаж первичных аккумуляторов.
Популярность портативных электронных устройств стремительно возрасла, что привело к увеличению доли поставщиков вторичных аккумуляторов - в особенности, литиевых - на рынке. По данным последнего отчета, подготовленного порталом Marketresearch.com, к 2022 году ожидается снижение стоимости ионно-литиевых аккумуляторов на 45%. Ионно-литиевые аккумуляторы могут уступить свою долю рынка более дешевым солевым батарейкам в более крупных проектах, но останутся основным источником питания для проектов, ограниченных в пространстве, благодаря своей высокой энергоплотности.
Ожидается, что объем рынка литиевых аккумуляторов будет продолжать расти приблизительно на 10 процентов в год. Высокий спрос на электронику также спровоцирует определенный спрос на никель-металлогидридные аккумуляторы (которые продаются в магазинах в традиционных форматах AAA и AA и используются в качестве небольших аккумуляторных батареек).
Рост спроса на аккумуляторные батарейки. Производство гибридных транспортных средств и электромобилей, а также рост производства и использования традиционных авто сыграет на руку поставщикам автомобильных аккумуляторов. Согласно прогнозам, приведенным в отчете независимой исследовательской компании Lux Research, рынок аккумуляторов для электромобилей увеличится с 7,7 миллиарда долларов за 2010 год до 14,5 миллиарда уже в 2015 году. В электротранспортном секторе используются четыре типа перезаряжаемых аккумуляторов:
Свинцово-кислотные - традиционно в большинстве электромобилей используются свинцово-кислотные аккумуляторы благодаря их наиболее проверенным технологиям, широкой доступности и низкой стоимости.Водяные на основе никеля - никель-кадмиевые и никель-металлогидридные аккумуляторы являются основными типами водяных (с использование жидкого электролита) аккумуляторов на основе никеля. Основными проблемами никель-кадмиевых аккумуляторов являются стоимость и токсичность кадмия (ЕС установил запреты на большинство случаев их использования).
Ионно-литиевые - самый популярный и наиболее распространенный тип аккумуляторов для портативной потребительской электроники, характеризующийся долговечностью, высоким удельным потреблением энергии, сравнительно небольшим весом и достаточно быстрой заряжаемостью/ энергоотдачей.
Литий-металлические и воздушно-металлические - в настоящий момент находятся на стадии разработки, предполагают десятикратное увеличение энергоемкости. Еще не был осуществлен их полномасштабный запуск в транспортном секторе, поскольку технология пока находится в стадии исследования и разработки, однако она уже продемонстрировала определенные успехи при эксплуатации и потенциал энергоплотности в определенных сферах.
К интересному выводу пришли специалисты аналитической компании Lux Research в своем последнем отчете «Альтернативные способы хранения энергии», согласно которому существенную роль в скачке спроса на эти аккумуляторы в течении следующих пяти лет сыграют не автомобили, а электровелосипеды и скутеры. Прогнозируемый объем рынка электровелосипедов и скутеров составит 10,9 миллиарда долларов в 2015 году в сравнении с 6,4 миллиарда за 2010 год. В связи с этим регулирующие органы, автопроизводители и СМИ устремили свои взгляды на технологии аккумуляторов для гибридных автомобилей и электромобилей.
Аккумуляторы не для электросетей... пока. Валовые вложения в основные капиталы, промышленное производство в глобальных масштабах и меры по развитию промышленного производства в развивающихся странах будут стимулировать продажи аккумуляторов для промышленного использования и сетевого накопления энергии.
В своем последнем отчете специалисты портала MarketResearch.com утверждают, что главной опцией для использования в сеточных батареях являются свинцово-кислотные аккумуляторы, которые генерируют более 55 процентов доходов от всех сеточных батарей в настоящее время. К 2018 году их доля сократится до приблизительно 30 процентов, поскольку произойдет коммерциализация новых технологий в сфере сеточных батарей. Свинцово-кислотные аккумуляторы же будут преобразованы при помощи углеродных электродов, что по прогнозам приведет к четырехкратному увеличению их производительности. Кроме того, за рынок будут бороться также ультрааккумуляторы, сочетающие в себе свинцовые и углеродные электроды. В 2018 году доходы с продаж свинцово-углеродных аккумуляторов/ ультрааккумуляторов составять около 300 миллионов долларов.
Большое будущее аккумуляторов. Ионно-литиевые аккумуляторы будут доминировать на автомобильном рынке и рынке потребительских товаров в течение долгого времени благодаря своей высокой производительности и энергоплотности, продолжительному циклу и длительному сроку службы, а также безопасности эксплуатации. Литий-металлические системы представляют потенциал увеличения энергоплотности в будущем. Однако внутренние проблемы, связанные с реверсивностью, циклируемостью и безопасностью литий-металлических аккумуляторов могут препятствовать жизнеспособности таких систем.
Не прекращаются исследования, направленные на повышение производительности и сокращение размеров ионно-литиевых аккумуляторов. В августе 2012 года ученые из Корейского института перспективных научных исследований и технологий (KAIST) разработали твердую тонкопленочную ионно-литиевую батарейку, которая, по их утверждению, обладает наибольшей энергоплотностью среди всех гибких батареек. Еще одной тенденцией, которая приведет к прорыву в отрасли источников питания, является разработка ультратонких гибких литий-полимерных аккумуляторов, которые могут быть использованы в электронных книгах и планшетных компьютерах будущего - толщиной с бумажный лист и с возможностью сложения.
Процветание экосистемы чистых технологий, необходимой для развития сферы аккумуляторов, требует сотрудничества между проедпринимателями в сфере передовых технологий источников питания, исследовательских институтов и государственных органов, которые должны утвердить политику и методы поощрения дальшейших исследований в области новых технологий хранения энергии. Несмотря на свой небольшой размер, аккумуляторы, в частности, ионно-литиевые, могут сыграть огромную роль в раскрытии потенциала возобновляемых источников энергии в будущем.
PLM позволяет оперативно реагировать на изменения и менять направления производства. Новые достижения в области технологий хранения энергии возвещают о наступлении эры возрождения и неограниченных возможностей возобновляемых источников энергии. Совсем недавно компания Solid Power продемонстрировала доказательство того, что она вплотную приблизилась к созданию литий-металлического аккумулятора, который позволит удвоить ассортимент электромобилей, представленных на рынке.
Этот прорыв может в корне изменить всю отрасль электрического автомобилестроения. Инструменты рационального управления жизненным циклом изделий (PLM) позволят производителям комплексного оборудования внедрить революционные инновации, в частности, в сфере аккумуляторов, в составные части своих продуктов и в два счета изменить направления производства.
Добавить комментарий