joi, 15 aprilie 2010

Alternative energetice - fabricarea bateriilor

Episodul 11 al seriei alternativelor energetice inceputa aici. Explicam in episoadele trecute conceptul de EROEI, de bani ca simpla eticheta a produselor obtinute cu ajutorul energiei, ca si de relatia dintre randament si cost. Am trecut apoi la variantele oficiale incercand sa atrag atentia asupra capcanelor subventiei, plimbatul costului energetic si furatul propriei caciuli. Am continuat cu alte aspecte ale problemelor energetice ce apar dupa momentul producerii acesteia, anume transportul si stocarea. Dupa nitzica teorie, am trecut sa detaliem problema stocarii in cazul bateriilor din autoturismele electrice si azi continuam cu fabricarea acestora.

La sugestia lui SGC primita cu ocazia episodului anterior despre baterii, am sa incep cu o recapitulare a calculelor facute. Un tabel ce descrie costurile anuale aproximative pentru un autoturism cu o autonomie maxima de 500 KM in functie de tipul bateriei instalate:

Producator

Tehnologie

Cost 1KWh

Cost 50KWh

Life

Cost anual

Tesla

LiIon Cobalt Oxide

680 USD

34000 USD

7 ani

4800 USD

Altairnano

LiIon Titanate

2000 USD

100000 USD

15 ani

6600 USD

Prius

NiMH

2300 USD

115000 USD

2 ani

57000 USD

Clasic

benzina

0

0

-

500-1500 USD


In cazul autoturismului clasic, pretul variaza in functie de numarul de km parcursi. Majoritatea soferilor parcurg intre 5000 si 15000 km anual. Se poate argumenta ca masinile pe baterii devin rentabile daca se parcurg peste 50.000 km anual in regim de taxi sau transport profesionist. Dar in cazul acesta limitarea nu mai survine din viata bateriei ci din numarul de cicluri de incarcare. Bateriile NiMh si LiIon au doar undeva sub 1000 cicluri, doar la cele LiIon Titanate ajung la 9000 de cicluri sau chiar mai mult.

Asa cum spuneam in episodul anterior, costul unei incarcari la electrice este mult mai redus ca un plin de benzina, aproape neglijabil. Daca 1KWh costa aprox 0.4RON (vezi factura de curent) atunci o incarcare completa de 50KWh va costa 20 RON. Cu astia 20 RON faci maxim 500 KM in conditii ideale. Dar cel mai probabil doar vreo 200 KM prin oras cu caldura sau AC pornite. Asta inseamna cam 50-100 RON la mia de km. Deci aprox 150-300 USD la 10.000KM. S-ar putea spune ca tot e ceva. Dar cand dai 6600 USD pe an pentru baterie, evident ca cei 300USD pe curent devin neglijabili... :-)

Trecem mai departe la tehnologiile de constructie. Aratam in episodul anterior comportamentul bateriilor bazate pe litiu la frig. As vrea sa mai adaug un link ce demonstreaza limitarile acestei tehnologii: Lithium Battery Failures. Se observa acolo ca bateriile pe litiu pot functiona in parametrii corecti intr-o fereastra destul de mica de temperatura si voltaj, fiind astfel destul de sensibile la conditiile de incarcare si stocare. Pentru ca aici nu vorbim de laptopuri sau telefoane care stau aproape tot timpul intr-un mediu controlat. Ci de masini care stau zi si noapte afara in canicula sau ger si pachete imense de baterii care trebuie incarcate rapid.

Revenim apoi la o alta problema sensibila legata de materialele de constructie. Anume metalele rare. Chiar daca exploatarea de litiu s-ar putea face si din apele marilor, aceasta implica un cost energetic si mai mare. Metodele "clasice" implica resurse relativ limitate din tari precum Bolivia. Bolivia detine peste jumatate din rezervele mondiale de litiu. Bolivienii vor sa instaleze o uzina pilot care sa produca 1,2 kilotone pe an, iar productia ar putea ajunge la 30 de kilotone anual, in 2012. Insa problema este ca in prezent, litiul este folosit in baterii foarte mici, cele de masina sunt sensibil mai mari, iar Mitsubishi estimeaza ca va fi nevoie de o productie mondiala de 500 kilotone anual.

Concluzia trasa de japonezi este ca in 2015 cererea de litiu pe plan mondial va depasi oferta, astfel ca avansul masinilor electrice poate fi blocat. Iar aici repet ca problema nu se pune pentru cateva jucarii gen Tesla cu care sa se plimbe asa-zisii ecologisti. Ci de flote intregi de vapoare, avioane, excavatoare, tractoare sau tir-uri care papa grosul combustibililor in ziua de azi.

Se estimeaza ca in cativa ani, daca nu atingem Peak Litiu si trecem la productii de serie, costul unei baterii auto sa scada spre 300-400 USD la bateriile LiIon clasice. In cazul laptopurilor deja gasim preturi in aceasta zona si acum. Dar sa nu uitam ca in cazul autoturismelor, sistemele de monitorizare si incarcare sunt mult mai complexe, pentru ca se discuta de baterii mult mai mari ce necesita o fiabilitate mult mai crescuta. Diverse studii explica faptul ca masinile electrice trebuie sa rezolve problema costului bateriilor pentru a putea a deveni cu adevat o alternativa la cele clasice: It's the Battery, Stupid!

Se pleaca de la un rationament corect: "time to break even" on the total cost of ownership (TCO). Adica timpul necesar amortizarii totale raportat la masinile clasice, ce este calculat la aproximativ 19 ani. Adica abia daca folosesti electrica vreo 20 de ani incepi sa faci ceva economie energetica reala fata de o masina clasica. Ceea ce confirma in mare parte calculele mele. Diferenta e ca socotelile lor sunt facute in conditiile utilizarii unei baterii mai mici, altfel ar iesi mult mai rau. Amortizarea de 19 ani e pentru baterii cu o autonomie de maxim 200 KM. Adica 50-100 Km in conditii de exploatare reale, ceea ce ar limita mult utilizarea autoturismelor respective. Se explica faptul ca in mod normal timpul respectiv ar trebui redus la 3-5 ani si autonomia crescuta pentru a oferi o alternativa reala.

Majoritatea studiilor cad insa in capcanele pe care le-am tot explicat si eu pe aici: subventiile si marmota cresterii pretului la petrol in viitor. Asa cum spuneam insa, singura sansa pe care o avem este inovatia si nu furatul propriei caciuli cu subventii si marmote. Avem in acest moment tolba plina de promisiuni mai cunoscute publicului interesat gen EEStor, SPEED, EcoloCap sau Prieto Battery. Cat si unele mai putin cunoscute gen Prieto, Seeo, Acta cell, Amprius, Atieva, Boston Power, CFX, Electrovaya, Enax, Envia systems, ETV motors, Farasis energy, Flux Power, K2 Energy Solution, Leyden Energy, Nexeon, Sakti3, Porous Power Tech, Quallium si altele.

Putem ramane optimisti asadar. Ca una din aceste companii sa gaseasca un mod de a fabrica baterii la 100 USD per KWh sau chiar mai jos. Si poate in acel moment masinile pe baterii vor incepe sa aiba cu adevarat o sansa reala. Pana atunci insa e bine sa nu ne imbatam cu apa rece si sa fim atenti inainte de a pune eticheta "verde" pe orice jucarie. Care face de fapt risipa de energie in loc sa o economiseasca asa cum se lauda.

P.S. Rog luati in considerare ceea ce spuneam AICI inainte de adaugarea unor eventuale comentarii. Va multumesc.

6 comentarii:

  1. Bravo Flavian
    O analiza extrem de buna
    Desi nu am facut calcule cam banuiam si eu ceva
    Dar .....
    Masinile electrice sint bune pt distante mici, adica in oras .Eu nu vad deocamdata distante f mari
    Evident in costul de functionare al unei masini electrice trebuie trecut si amortizarea acumulatorului care costa de te usuca si are in gen 1000de cicluri de incarcare desc
    In film parca 'Who kill electric car' se face o analiza destul de buna chiar pt USA si exista oameni dispusi sa plateasca aceste costuri
    Stocarea energiei electrice se mai poate face in Supercapacitori, in aer comprimat , in Fly Wheel ( volante ) asa ca treba nu e chiar atit de crunta .....Iar adevarata revolutie o vad eu in disocierea apei ..

    RăspundețiȘtergere
  2. Chiar si pentru distante mici, o masina electrica va consuma pe durata de viata mai multa energie decat o benzinara normala cu motor mic.

    Am vazut si eu "who killed the electric car" acum ceva vreme. Oamenii sunt dispusi sa plateasca sume exorbitante pe tot felul de lucruri, nu asta e problema.

    Ideea pe care majoritatea nu o pricep este ca in momentul de fata tot ce inseamna masina pe baterii face risipa de energie, nu economie cum se tot sugereaza.

    RăspundețiȘtergere
  3. Multumim Flavian,
    Sper ca in curand sa se schimbe ceva in privinta extractiei, costului si folosirea Litiului sau a alotr metale rare pt. a folosi mai eficient energia stocata.
    Noroc.

    RăspundețiȘtergere
  4. Poate ca bateriile Zebra, cu sodiu/fier, sunt o alternativa pentru vehiculele grele - dezavantajul acestora, faptul ca lucreaza la temperaturi de peste 300C, ar fi compensat de faptul ca bateriile vor fi utilizate "mai tot timpul" si deci vor putea fi mentinute usor calde. Cu parantezele de rigoare..tone de baterii pentru un drum relativ modest...

    RăspundețiȘtergere
    Răspunsuri
    1. Am auzit si de zebra. Am totusi o vaga impresie ca bateriile ca si concept vor fi in curand depasite, nu doar in cazul autoturismelor ci si in multe alte aplicatii,

      Ștergere
  5. Despre baterii: http://en.wikipedia.org/wiki/Stanford_R._Ovshinsky

    RăspundețiȘtergere