مقالات تحلیلی

چگونه باتری ها آینده را متحول خواهند کرد؟

نگاهی به آینده‌ی تکنولوژی ذخیره انرژی توسط باتری ها و آثار آن

یک دهه می‌تواند فرصت مناسبی برای ایجاد یک تغییر بزرگ باشد. در سال 2010، کاربرد باتری ها در حد تامین انرژی موبایل و لپ تاپ بود. اکنون و پس از گذشت یک دهه باتری ها به سطحی رسیده‌اند که می‌توانند انرژی یک خودرو یا خانه را تامین کنند.

در ده سال گذشته، پیشرفت‌هایی که در تولید باتری های لیتیوم-یون اتفاق افتاد، باعث شد که برای اولین بار در تاریخ، خودروی الکتریکی از لحاظ اقتصادی و عملکردی به یک انتخاب برای مصرف کنندگان تبدیل شود. دستیابی به ظرفیت ذخیره‌سازی در در سطح نیازهای شبکه‌ی توزیع برق، گام بعدی توسعه‌ی تکنولوژی باتری است که تحقق آن یک دهه‌ی متفاوت دیگر را رقم خواهد زد.

در شرایطی که فوریت مقابله با بحران آب و هوا روز به روز واضح‌تر می‌شود، توجه به انرژی های تجدیدپذیر نیز بیشتر می‌شود و نقش باتری ها به عنوان کلید استفاده از انرژی های تجدیدپذیر پررنگ‌تر می‌شود. میزان استفاده از انرژی های بادی و خورشیدی در حال افزایش است اما بدون تکنیک های ذخیره سازی کارآمد انرژی، در شرایطی که وزش باد وجود نداشته باشد و یا تابش خورشید نداشته باشیم، مجبور به استفاده از زغال و گاز طبیعی خواهیم بود. لذا اگر قصد داریم که تکیه کمتری بر سوخت های فسیلی داشته باشیم، ایجاد ظرفیت گسترده ذخیره سازی انرژی الزامی است.

گروه UBS که از یک نهاد ارائه دهنده خدمات مالی است، پیش‌بینی می‌کند که در دهه‌ی آینده هزینه‌های ذخیره سازی انرژی 66 تا 80 درصد کاهش داشته باشد و اندازه بازار آن تا 426 میلیارد دلار رشد کند. طبیعی است که با رشد این تکنولوژی، شاهد رشد اکوسیستم کسب و کار های پیرامونی آن نیز باشیم.

تحول در شبکه توزیع برق

تحلیلگران Cowen در پیامی به مشتریان خود اعلام کرده‌اند که شبکه برق در 10 سال آینده با تغییراتی بیشتر از 100 سال گذشته مواجه خواهد شد.

بازار در حال رشد ذخیره سازی انرژی فرصت های زیادی را به همراه آورده است. یکی از دلایل اصلی شکل گیری این فرصت ها، رویکرد حمایتی دولت ها برای دستیابی به انرژی پاک است. با وجود تمام فرصت ها و حمایت ها، این بازار نیز همانند هر بازار رقابتی دیگر، برای همه با سود و موفقیت همراه نیست. شرکت های زیادی سعی کرده‌اند به این بازار وارد شوند اما ورشکست شده‌اند. دست گذاشته روی محصول جدیدی که ساختارهای گذشته را تغییر می‌دهد، همواره برای سرمایه‌گذاران سودآور نیست.

جو اُشا از تحلیلگران شرکت JMP می‌گوید: “فکر می‌کنم همه این شرکت ها کار خوبی برای کاهش قیمت خودروهای الکتریکی در بازه 5 تا 10 سال آینده انجام خواهند داد. اما مطمئن نیستم که در این فرآیند سودآوری قابل توجهی برای سرمایه گذارانشان داشته باشند.”

بر این اساس، سرمایه‌گذاری روی شرکت‌هایی که تنها بر روی باتری تمرکز دارند، کار چندان عاقلانه‌ای به نظر نمی‌رسد. فرصت اصلی را باید در شرکت‌هایی یافت که از طریق فعالیت در حوزه انرژی بازار مناسبی برای خود ایجاد کرده‌اند و اکنون قصد دارند با سرمایه‌گذاری روی باتری، بازار خود را گسترش دهند. شرکت‌هایی مثل Sunrun و NextEra Energy که خود از تولیدکنندگان بزرگ انرژی خورشیدی هستند و ساخت مراکز ذخیره‌سازی را هم در دستور کار دارند، گزینه‌های بهتری برای سرمایه‌گذاران به شمار می‌روند و پیش‌بینی می‌شود تکنولوژی های مربوط به باتری هم در دل این شرکت‌ها توسعه یابد.

استفاده از فرصت‌های گسترده‌ای که باتری با خود به همراه آورده است زمانی ممکن خواهد بود که سرمایه‌گذاران و کارآفرینان یک نگاه اکوسیستم به این موضوع داشته باشند. در حالی که بسیاری در حال آزمایش تکنولوژی‌های مختلف باتری هستند، فرصت‌هایی نیز فارغ از اینکه کدام تکنولوژی بازار آینده را تسخیر کند، وجود دارد. برای مثال حوزه‌ی سیستم‌های مدیریت باتری انتخاب مناسبی برای سرمایه گذاری است چرا که محصول ایجاد شده در این حوزه، با وجود هر نوع باتری کاربرد خواهد داشت.

باتری ها: دستاورد طلایی علم

تکنولوژی های اولیه باتری به بیش از 200 سال پیش بازمی‌گردد و اکنون انواع مختلفی از باتری مورد استفاده قرار می‌گیرد. باتری‌های لیتیوم-یون در دهه 1970 معرفی شدند و برای اولین بار در سال 1991 توسط سونی و برای استفاده در دوربین‌های فیلمبرداری، تجاری شدند. اکنون این نوع باتری‌ها را در کاربردهای مختلفی اعم از گوشی‌های تلفن همراه، تجهیزات پزشکی و حتی ماهواره‌ها مشاهده می‌کنیم. اهمیت این نوع از باتری ها وقتی مشخص می‌شود که جایزه‌ی نوبل شیمی به سه دانشمندی که این باتری ها را توسعه داده‌اند، اهدا می‌شود.

آکادمی سلطنتی علوم سوئد در این باره می‌گوید: “در دهه‌های گذشته، باتری‌های لیتیوم-یون پیشرفت چشمگیری داشته‌اند و ما می‌توانیم انتظار داشته باشیم که پیشرفت‌های مهم بیشتری در تکنولوژی باتری اتفاق بیفتند.”

خودروهای الکتریکی: برد بیشتر و قیمت کمتر

تسلا که مدل Roadster خود را در سال 2008 رونمایی کرد، اولین شرکتی بود که توانست خودروهای برقی مبتنی بر باتری را تجاری سازی کند. پیش از آن، شرکت‌های اتومبیل‌سازی خودروهای هیبریدی تولید کرده بودند ولی عموما به دلیل هزینه‌های بالای تولید نسبت به تولید خودروهای تمام برقی علاقه‌مند نبودند.

خودروهای الکتریکی با برد بیشتر و قیمت کمتر

در دهه‌ی گذشته علاقه‌ی مصرف‌کنندگان به خودروهای برقی بیشتر شده است و با توجه به حمایت‌هایی که توسط دولت‌ها انجام شده است، خودروسازها هم دست به کار شده‌اند. تقریبا تمام خودروسازها در حال تولید خودروهای الکتریکی هستند یا برای آن برنامه‌ای دارند. در بدترین حالت در حال طراحی یا تولید خودروهای هیبریدی هستند. فورد برنامه‌ای برای توسعه 40 خودرو الکتریکی یا هیبریدی تا سال 2020 دارد و به آن 11 میلیارد دلار بودجه تخصیص داده است. ولکس واگن که برای طراحی 50 مدل الکتریکی تا سال 2028 برنامه ریزی کرده بود، این تعداد را به 70 مدل افزایش داده است.

قیمت باتری‌های مورد استفاده در خودروهای الکتریکی بر حسب توان آن‌ها محاسبه می‌شود. در 10 سال گذشته قیمت آن‌ها به نحوی کاهش یافته است که به صرفه اقتصادی رسیده است. در حال حاضر هزینه هر کیلووات ساعت ظرفیت باتری، 156 دلار است که نسبت به 10 سال پیش 85 درصد کاهش داشته است. پیش‌بینی می‌شود که بهبود روش‌های تولید و همچنین بازدهی باتری‌ها سبب شود که هزینه هر کیلووات ساعت ظرفیت تا سال 2024 به کمتر از 100 دلار کاهش یابد. تحقق این امر یک گام اساسی در توسعه خودروهای الکتریکی خواهد بود چرا که سبب برابری قیمت خودروهای الکتریکی و خودروهایی که از موتور احتراق داخلی استفاده می‌کنند، خواهد شد.

از بیش از یک میلیارد خودرویی که مورد استفاده قرار می‌گیرد تنها 5.1 میلیون آن‌ها الکتریکی هستند که رقم بسیار کمی است. اما پیش‌بینی می‌شود که سهم خودروهای الکتریکی افزایش یابد و در سال 2040، بیش از 57 درصد خودروهای تولید الکتریکی باشند و سهم خودروهای الکتریکی از کل خودروهای مورد استفاده به 30 درصد برسد.

فرصت‌های سرمایه‌گذاری در زنجیره تامین باتری

دلیل اصلی گران نسبی خودروهای الکتریکی، هزینه‌ی بالای مواد اولیه‌ای است که در تولید آن‌ها استفاده می‌شود.علاوه بر لیتیوم، مواد معدنی دیگری نظیر کبالت و گرافیت برای تولید باتری های لیتیوم-یون مورد نیاز هستند. نیکل، آلومینیوم و منگنز نیز در تولید این باتری ها کاربرد دارند.

با وجود تقاضایی که برای لیتیوم ایجاد شده است، قیمت آن دچار کاهش شده است. در چند سال گذشته، رشد فروش خودروهای الکتریکی از چیزی که پیش‌بینی می‌شد کمتر بوده است. از سوی دیگر میزان تولید متناسب با این پیش‌بینی‌ها افزایش یافته است. نهایتا در بازار حالتی رخ داده است که عرضه بیشتر از تقاضا است و لذا قیمت لیتیوم کاهش یافته است. با وجود چنین شرایطی پیش‌بینی می‌شود که در طی 5 سال آینده تقاضای لیتیوم در بخش‌های انرژی و حمل و نقل تا سه برابر افزایش یابد و با چیره شده بر عرضه، باعث افزایش قیمت آن شود.

وقتی که موضوع تولید خود باتری باشد، بازار در دست شرکت‌های آسیایی است. پاناسونیک با تسلا شراکت دارد و الجی هم باتری های مورد نیاز جنرال موتورز و فورد را می‌سازد.  این حوزه شاهد سرمایه گذاری های گسترده برای دستیابی به تکنولوژی‌های جدید است چنانکه در دسامبر 2019، الجی و جنرال موتورز خبر از یک سرمایه‌گذاری مشترک به مبلغ 2.3 میلیارد دلار برای تولید باتری های مورد استفاده در خودروهای الکتریکی داده‌اند.

از تامین برق یک موبایل تا تامین برق یک خانه

تقاضا برای باتری‌های بهتر و با ظرفیت بیشتر خودروهای الکتریکی، بر حوزه‌های دیگر، خصوصا ذخیره‌سازی انرژی برای خانه هم تاثیرگذار بوده است. کاهش هزینه‌های تولید برق خورشیدی و یارانه های وضع شده برای استفاده از برق خورشیدی باعث شده که تمایل برای استفاده از انرژی های تجدیدپذیر بیشتر شود و در پی آن نیاز برای ذخیره‌سازی این انرژی نیز مطرح شود. در ایران هم تولید برق توسط نیروگاه های خورشیدی خانگی مورد توجه قرار گرفته است و منابع گسترده‌ای برای ترویج آن توسط دولت در بودجه‌ی سال 1399 پیش‌بینی شده است.

از تامین برق یک موبایل تا تامین برق یک خانه

با افزایش تقاضا برای باتری‌های خانگی، شرکت‌های بزرگ مانند تسلا نیز به این بازار وارد شده‌اند و روی رشد آن حساب ویژه‌ای باز کرده‌اند. معمولا شرکت‌هایی که به حوزه باتری‌های خانگی وارد می‌شوند، خود در حوزه نیروگاه‌های خورشیدی خانگی هم فعالیت دارند.

گام بعدی: ذخیره‌سازی انرژی در سطح شبکه توزیع برق

بزرگ‌ترین بازار بالقوه‌ی ذخیره‌سازی انرژی، مصرف‌کننده‌های نهایی انرژی نیستند، بلکه شرکت‌های بزرگ تولید و توزیع برق هستند.

سهم انرژی‌های تجدیدپذیر مثل انرژی بادی و خورشیدی در تامین برق در حال افزایش است اما تا زمانی که زیرساخت ذخیره‌سازی انرژی ایجاد نشود و امکان کنترل تغییرات این انرژی‌ها فراهم نشود، همچنان شبکه توزیع برق بر سوخت‌های فسیلی تکیه خواهد داشت.

ذخیره‌سازی انرژی در سطح شبکه توزیع برق

با کاهش قیمت باتری، شرکت های تولید کننده برق به استفاده از باتری ها در سیستم خود روی آورده‌اند. باتری ها کمک می‌کنند در زمان کمینه مصرف، انرژی ذخیره و در زمان پیک مصرف به شبکه تزریق شود. این در حالی است که تا کنون شرکت‌های تولید برق مجبور بودند کمبود تولید در زمان پیک مصرف را به کمک نیروگاه‌های گازی که صرفا در چنین زمان‌هایی فعال می‌شوند، جبران کنند. استفاده از باتری ها در اماکنی مانند بیمارستان ها که نیازمند دسترسی دائمی به برق هستند، در حال رایج شدن است و باتری ها به مرور جایگزین جنراتورهای دیزلی می‌شوند.

توسعه‌ی تکنولوژی باتری برای شرکت های فعال در حوزه انرژی های تجدیدپذیر مزایایی به همراه دارد چنانکه سبب گسترده‌تر شدن استفاده از انرژی‌های بادی و خورشیدی می‌شود و این گسترش فرصت‌هایی را به همراه خواهد داشت. توسعه نرم‌افزارها و زیرساخت‌های هوشمندسازی شبکه توزیع برق برای اینکه بتواند منابع متغیر برق را کنترل کند و بهترین استفاده از انرژی ذخیره شده را داشته باشد، از جمله این فرصت‌ها است.

دهه‌ی آینده

هزینه بالا عاملی است که از گسترده شدن باتری‌های لیتیومی در شبکه توزیع برق جلوگیری می‌کند. یک عامل دیگر این است که ممکن است این نوع بخصوص از باتری، لزوما بهترین راهکار برای ذخیره‌سازی انرژی نباشد. آتش‌گرفتن باتری‌ها، محدودیت در بعضی مواد اولیه مانند کبالت، غیرقابل بازیافت بودن برخی اجزا و آثار زیست محیطی استخراج فلزات مورد نیاز برای تولید از جمله چالش‌های تولید باتری لیتیومی هستند که باید برای آن‌ها چاره اندیشی شود.

همزمان میلیاردها دلار هم برای یافتن جایگزین مناسب هزینه می‌شود. باتری‌های حالت جامد یک گزینه محتمل است، دیگر گزینه باتری‌های جریان هستند که از چند تانک حاوی الکترولیت برای ذخیره انرژی استفاده می‌کنند. با این حال هیچکدام از این روش‌ها هنوز خود را اثبات نکرده‌اند.

به این مطلب چه امتیازی می دهید ؟
[Total: 1 Average: 5]

سید علی رضوی

مدیر تیم اکوموتیو دانشجوی کارشناسی ارشد مدیریت مهندسی در دانشگاه صنعتی شریف

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

نوشته های مشابه

دکمه بازگشت به بالا
بستن