การผงาดขึ้นของแบตเตอรี่ในหกกราฟ
(rmi.org)- ความต้องการแบตเตอรี่กำลังเพิ่มขึ้นจาก เอฟเฟกต์โดมิโนของการยอมรับใช้งาน ที่แพร่ขยายข้ามประเทศและอุตสาหกรรม โดย RMI เห็นว่าแนวโน้มนี้อาจช่วยลดความต้องการเชื้อเพลิงฟอสซิลทั่วโลกได้อย่างรวดเร็วถึงครึ่งหนึ่ง
- ยอดขายเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าทุก 2–3 ปีตลอด 30 ปีที่ผ่านมา โดยมีอัตราเติบโตเฉลี่ย 33% และในช่วง 10 ปีล่าสุดที่การแพร่หลายของรถยนต์ไฟฟ้าเริ่มเร่งตัว อัตราเติบโตอยู่ใกล้ 40%
- ตลอด 30 ปีที่ผ่านมา ต้นทุนแบตเตอรี่ลดลง 99% และความหนาแน่นพลังงานของเซลล์ระดับบนเพิ่มขึ้น 5 เท่า ทำให้เกิดโครงสร้างที่การขยายการใช้งานยิ่งผลักให้ราคาลดลงและสมรรถนะดีขึ้นอีก
- ต้นทุนที่ลดลงและความหนาแน่นที่ดีขึ้นเริ่มจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค ต่อไปยังรถสองล้อ·สามล้อและรถยนต์ โดยเป้าหมายการเปลี่ยนผ่านถัดไปคือ รถบรรทุกและระบบกักเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่ และหลังจากนั้นอาจขยายไปสู่การเดินเรือและการบิน
- RMI คาดว่าในปี 2030 ความหนาแน่นของแบตเตอรี่ระดับบนจะอยู่ที่ 600~800Wh/kg ต้นทุน 32~54 ดอลลาร์ต่อ kWh และยอดขายต่อปี 5.5~8TWh พร้อมมองว่าต้องอาศัยความพยายามต่อเนื่องเพื่อเร่งการเปลี่ยนผ่านที่รวดเร็วให้เร็วยิ่งขึ้น
เหตุใดความต้องการแบตเตอรี่จึงไต่ไปตาม S-curve
- ความต้องการแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นจาก เอฟเฟกต์โดมิโนของการยอมรับใช้งาน ที่แพร่จากประเทศหนึ่งสู่อีกประเทศหนึ่ง และจากภาคส่วนหนึ่งสู่อีกภาคส่วนหนึ่ง
- รายงาน X-Change: Batteries ของ RMI มองว่าแบตเตอรี่สามารถมีบทบาทสำคัญในการลดความต้องการเชื้อเพลิงฟอสซิลทั่วโลกลงอย่างรวดเร็วเป็นขั้น ๆ ได้ถึงครึ่งหนึ่ง และช่วยลดการปล่อยก๊าซในภาคขนส่งและภาคไฟฟ้า
- ยอดขายเพิ่มขึ้นตาม S-curve ซึ่งพบได้บ่อยในการเติบโตของเทคโนโลยีใหม่แบบพลิกโฉม
- ตลอด 30 ปี ยอดขายเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าทุก 2–3 ปี
- อัตราเติบโตเฉลี่ยอยู่ที่ 33%
- ในช่วง 10 ปีล่าสุดที่การแพร่หลายของรถยนต์ไฟฟ้าเริ่มเร่งตัว อัตราเติบโตอยู่ใกล้ประมาณ 40%
ต้นทุนที่ลดลงผลักดันการปรับปรุงสมรรถนะ
- เมื่อการใช้งานแบตเตอรี่แพร่หลายขึ้น ต้นทุนก็ลดลงอย่างรวดเร็ว ขณะที่ ความหนาแน่นพลังงาน ซึ่งเป็นตัวชี้วัดหลักของคุณภาพแบตเตอรี่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง
- ตลอด 30 ปีที่ผ่านมา ต้นทุนแบตเตอรี่ลดลง 99% และความหนาแน่นพลังงานของเซลล์ระดับบนเพิ่มขึ้น 5 เท่า
- เช่นเดียวกับที่มักเห็นในเทคโนโลยีแบบโมดูลาร์ ยิ่งติดตั้งแบตเตอรี่มาก ราคายิ่งลดลง และราคาที่ลดลงก็ยิ่งกระตุ้นให้มีการติดตั้งมากขึ้นอีก
- ทุกครั้งที่ปริมาณการติดตั้งเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า ต้นทุนแบตเตอรี่ลดลง 19%
- ภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน ความหนาแน่นพลังงานดีขึ้น 7%
- เมื่อพิจารณาทั้งต้นทุนที่ลดลงและความหนาแน่นที่เพิ่มขึ้น แบตเตอรี่จัดอยู่ในกลุ่ม เทคโนโลยีพลังงานสะอาด ที่พัฒนาเร็วที่สุด
โดมิโนแบตเตอรี่ที่ต่อเนื่องไปตามแต่ละภาคส่วน
- เมื่อต้นทุนลดลงและความหนาแน่นพลังงานสูงขึ้น ตลาดที่สามารถนำแบตเตอรี่ไปใช้ได้ก็ค่อย ๆ เปิดขึ้นตามลำดับ
- โครงสร้างที่เมื่อหนึ่งตลาดเปลี่ยนไปใช้ระบบไฟฟ้าจากแบตเตอรี่แล้ว การขยายขนาดและการพัฒนาเทคโนโลยีจะสร้างเงื่อนไขให้ตลาดถัดไปเปลี่ยนผ่านได้ เรียกว่า เอฟเฟกต์โดมิโนของแบตเตอรี่
- เทคโนโลยีแบตเตอรี่ถึงจุดเปลี่ยนครั้งแรกในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค จากนั้นจึงแพร่ไปยังรถสองล้อ·สามล้อและรถยนต์
- ในขั้นถัดไป รถบรรทุกและระบบกักเก็บพลังงานด้วยแบตเตอรี่มีแนวโน้มสูงที่จะตามมา
- ภายในปี 2030 แบตเตอรี่อาจสามารถคว้าส่วนแบ่งตลาดได้แม้ในภาคการเดินเรือและการบิน
ความเร็วการเติบโตที่การคาดการณ์เดิมพลาดไป
- RMI มองว่าการเติบโตและอัตราการพัฒนาของแบตเตอรี่จะเร็วกว่าการคาดการณ์ที่เป็นฉันทามติในปัจจุบันอย่างมาก
- เทคโนโลยีโมดูลาร์ขนาดเล็กมีหลักจากประสบการณ์สองข้อที่ใช้ได้
- เทคโนโลยีชั้นดีที่มีต้นทุนลดลงอย่างรวดเร็วมักมีแนวโน้ม เติบโตแบบเอ็กซ์โปเนนเชียล
- นักวิเคราะห์จำนวนมากมักพลาดการเติบโตแบบนี้ในช่วงแรก
- แบตเตอรี่ก็ไม่ใช่ข้อยกเว้น ผู้สร้างแบบจำลองประเมินความต้องการแบตเตอรี่ต่ำเกินจริงมาอย่างต่อเนื่อง
- ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การคาดการณ์แบตเตอรี่จำนวนมากแทบจะตั้งสมมติฐานว่าเติบโตแบบเส้นตรง แต่ยอดขายจริงยังคงแซงหน้าการคาดการณ์เหล่านี้ และนักวิเคราะห์ต้องปรับตัวเลขคาดการณ์ขึ้นซ้ำแล้วซ้ำเล่า
- RMI มองว่าความคิดแบบเส้นตรงอาจดูรอบคอบบนผิวเผิน แต่ในความเป็นจริงนั้นผิด
แนวโน้มปี 2030 และแรงขับเคลื่อนการเปลี่ยนผ่าน
- ในอีก 7 ปีข้างหน้า ปัจจัยที่ผลักดันการแพร่หลายของแบตเตอรี่มีแนวโน้มจะแข็งแกร่งขึ้น
- ต้นทุนจะลดลงต่อเนื่อง
- การสนับสนุนเชิงนโยบายจะเพิ่มขึ้นต่อเนื่อง
- การแข่งขันระหว่างเขตเศรษฐกิจจะกระตุ้นการแข่งขันยกระดับขึ้น
- แม้การยอมรับใช้แบตเตอรี่ยังมีอุปสรรค แต่มีสมมติฐานรองรับว่าปัญญา ความตั้งใจ และเงินทุนของมนุษย์กำลังขยายตัวเร็วกว่า
- RMI เห็นว่าสถานการณ์การยอมรับใช้งานที่ช้านั้นไม่น่าเชื่อถือ จึงสร้างแบบจำลองอนาคตเป็นสองแบบคือ เร็ว และ เร็วยิ่งขึ้น
- ตัวเลขคาดการณ์ปี 2030 มีดังนี้
- ความหนาแน่นแบตเตอรี่ระดับบน: 600~800Wh/kg
- ต้นทุน: 32~54 ดอลลาร์ต่อ kWh
- ยอดขายแบตเตอรี่: 5.5~8TWh ต่อปี
- สถานการณ์ “เร็ว” ซึ่งเป็นขอบล่าง สอดคล้องกับแนวโน้มเดียวกับ Net Zero scenario ของ BNEF ส่วนสถานการณ์ S-curve ที่เร็วยิ่งขึ้นนั้นสูงกว่าแนวโน้มดังกล่าว
บทบาทของแบตเตอรี่ในการลดความต้องการเชื้อเพลิงฟอสซิล
- กลยุทธ์ที่ดีที่สุดในการลดเชื้อเพลิงฟอสซิลอย่างรวดเร็วเป็นขั้น ๆ คือการเร่งติดตั้ง เทคโนโลยีที่ลดความต้องการ เชื้อเพลิงฟอสซิล
- แบตเตอรี่กำลังอยู่บนเส้นทางที่จะทดแทนเชื้อเพลิงฟอสซิล 86EJ ในการขนส่งทางถนน
- การปล่อยก๊าซของภาคส่วนนี้ในปัจจุบันอยู่ที่ 6GtCO2 ต่อปี
- ในภาคการเดินเรือและการบิน ความต้องการเชื้อเพลิงฟอสซิลอีก 23EJ อาจตกอยู่ในความเสี่ยง
- การปล่อยก๊าซของภาคส่วนนี้อยู่ที่ 1.6GtCO2 ต่อปี
- ในภาคไฟฟ้า แบตเตอรี่ช่วยจัดจังหวะตามธรรมชาติของแสงอาทิตย์และลมให้ตรงกับช่วงเวลาความต้องการไฟฟ้า ทำให้ลดความต้องการเชื้อเพลิงฟอสซิลได้เพิ่มเติมอีก 175EJ
- การปล่อยก๊าซที่เกี่ยวข้องเกือบ 15GtCO2 ต่อปี
- การเติบโตของแบตเตอรี่รวดเร็ว แต่ไม่ได้หมายความว่าจะเพียงพอโดยอัตโนมัติ ยังต้องอาศัยความพยายามที่ต่อเนื่องและเป็นระบบจากบริษัท รัฐบาล นักวิจัย และนักเคลื่อนไหวด้านสภาพภูมิอากาศ
- ไม่ว่าแรงจูงใจจะเป็นราคาที่ต่ำ ข้อได้เปรียบทางภูมิรัฐศาสตร์ หรือสภาพภูมิอากาศ การทำให้การเปลี่ยนผ่านที่รวดเร็วเร็วขึ้นอีกเป็นสิ่งจำเป็น
- สามารถรับรายงานฉบับเต็มได้ที่ X-Change: Batteries
1 ความคิดเห็น
ความคิดเห็นบน Hacker News
โดยรวมแล้วน่ากำลังใจ และโดยเฉพาะ บทบาทของแบตเตอรี่ในพลังงานแสงอาทิตย์ ดูสำคัญมาก
มีตัวชี้วัดที่น่าสนใจเกี่ยวกับเรื่องนี้อยู่สองอย่าง
เมื่อวานอัตราการจ่ายไฟขึ้นไปถึง 3GW และอัตราการชาร์จถึง 4GW กำลังเร่งผลักดันการเปลี่ยนผ่านเพื่อใช้พลังงานแสงอาทิตย์ส่วนเกินให้หมดอย่างรวดเร็ว และแม้พีกที่คาดไว้วันนี้คือ 25GW จึงยังมีทางอีกไกล แต่ความเร็วและขนาดในการทดแทนการผลิตไฟฟ้าแบบเดิมนั้นน่าทึ่งมาก อากาศสะอาด สุดยอด และต้องขอบคุณดวงอาทิตย์
เมื่อทั้งวัฏจักรการผลิตและการใช้พลังงานตั้งหลักได้แล้ว และทุกคนพึ่งพามัน เมื่อนั้นจึงจะปลอดภัยที่จะยกเลิกแรงจูงใจ คล้ายกับการเปลี่ยนยางรถบัสที่กำลังวิ่งอยู่ ใครสักคนต้องรับภาระค่ายางและล้อใหม่ รถสนับสนุนที่วิ่งขนาบข้าง เชื้อเพลิงเพิ่มเติม และส่วนลดค่ายางใหม่ เมื่อเปลี่ยนยางเสร็จ รถบัสก็วิ่งต่อได้โดยไม่ต้องมีการสนับสนุน
ถ้าเลือกวันที่โหลดสุทธิต่ำที่สุดในปี 2023 ก็อาจดูเหมือนแทบทั้งหมดถูกจ่ายด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ แต่ไม่ได้หมายความว่าแคลิฟอร์เนียเดินระบบทั้งหมดด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ทุกวันตั้งแต่ 10 โมงเช้าถึง 4 โมงเย็นตามที่ทวีตสื่อ วันนี้ ณ เวลา 11:56 น. ตามเวลามาตรฐานแปซิฟิก สัดส่วนพลังงานแสงอาทิตย์อยู่ราว 51% โครงข่ายไฟฟ้าของแคลิฟอร์เนียมีข้อดีมากพออยู่แล้ว จึงไม่จำเป็นต้องโกหก
ตรวจสอบเองได้ที่: https://www.gridstatus.io/live/caiso
ในแง่ราคา ผู้ผลิตชั้นนำขายในราคาที่ต่ำกว่าเกณฑ์ที่เคยมองกันว่ารถยนต์ไฟฟ้าจะชนะด้านความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจแล้ว: https://www.nextbigfuture.com/2024/01/ev-lfp-battery-price-w...
สงครามราคา ล่าสุดในจีนคือหลักฐานของเรื่องนี้
เช่น จะลากสายพ่วง 110V ยาวไปตามถนนเพื่อชาร์จรถข้ามคืนก็ไม่ได้ และค่าใช้จ่ายในการซื้อบ้านที่มีโรงรถก็สูงกว่าส่วนที่ประหยัดได้จากค่าน้ำมันมาก
ผมเดาว่าผู้ผลิตกำลังทำแพ็กให้เข้ากับขนาดเซลล์ที่หาได้ เคยนึกว่าแนวโน้มกำลังไปจากเซลล์ทรงกระบอก เช่น 4680 ไปสู่เซลล์แบบ prismatic หรือ pouch แต่ก็สงสัยว่าเซลล์ BYD ยาว 1 เมตรหายไปไหนแล้ว: https://pushevs.com/2020/05/26/byd-blade-prismatic-battery-c...
[1] https://cnevpost.com/2024/01/17/battery-price-war-catl-byd-c...
แผนภูมิและการวิเคราะห์ยอดเยี่ยม แต่มีสองอย่างที่น่าเสียดาย
ผมอยากแทนที่เชื้อเพลิงฟอสซิล และลดมลพิษกับภาวะเรือนกระจกให้มากที่สุดเท่าที่ทำได้ ในกระบวนการเปลี่ยนผ่านนี้ ผมคิดว่าต้องมีความโปร่งใสและความคาดหวังที่สมจริง ยิ่งตลาดมีข้อมูลมากเท่าไร ก็ยิ่งเคลื่อนไปสู่เป้าหมายได้มีประสิทธิภาพมากขึ้นเท่านั้น ตอนคุยเรื่องการผลิตและการกักเก็บพลังงานหมุนเวียน ผมหาคำตอบสำหรับคำถามเหล่านี้ยากมาก และส่วนหนึ่งก็คงเป็นเพราะความไม่รู้ของผมเองที่ไม่รู้ว่าควรไปดูที่ไหน เลยอยากถามตรงนี้เป็นพิเศษ และหวังว่าผู้เชี่ยวชาญจะช่วยชี้ทางได้อย่างรวดเร็ว
รถยนต์ไฟฟ้ามีประสิทธิภาพมากกว่ารถใช้น้ำมันเบนซินประมาณ 4 เท่า ในรถใช้น้ำมันเบนซิน มีพลังงานเพียง 20% ที่ถูกเปลี่ยนเป็นการเคลื่อนที่ ส่วนรถยนต์ไฟฟ้าแม้จะแตกต่างกันตามการเบรกแบบกู้คืนพลังงานและปัจจัยอื่น ๆ แต่ประมาณ 80% ประเด็นนี้เคยอธิบายละเอียดในบทความก่อนหน้า: https://www.sustainabilitybynumbers.com/p/electrification-en...
เส้นโค้งรูปตัว S คาดการณ์ได้ยาก และแทบทุกครั้งที่มีคนพยายามทำนายก็มักคลาดเคลื่อนอย่างมาก มีงานวิจัยที่อธิบายคำถามนี้ได้อย่างเป็นระเบียบ เราได้แซงหน้าคำทำนายทั้งหมดไปแล้ว
[0] https://www.inet.ox.ac.uk/files/energy_transition_paper-INET...
แผนภูมิความหนาแน่นพลังงาน นั้นค่อนข้างน่าประหลาดใจ ใครกันที่ขายแบตเตอรี่ที่จุได้ 500Wh/kg? ตัวเลขนั้นใกล้กับต้นแบบเพื่อการวิจัยมากกว่า เท่าที่รู้ คนของ Amprius และฝั่งแกมมา-ซัลเฟอร์ไปถึงหรือเกินระดับนั้นแล้ว
แต่รถยนต์และโทรศัพท์มือถือในช่วง 10 ปีที่ผ่านมาใช้วัสดุแคโทดตระกูลนิกเกิล-แมงกานีส-อะลูมิเนียม-โคบอลต์ออกไซด์ การพัฒนาขนาดใหญ่ในช่วงหลังคือการนำ LiFePO4 มาใช้ โดยยอมรับความหนาแน่นที่ต่ำกว่าเพื่อให้ต้นทุนต่ำลงและอายุการใช้งานยาวขึ้น
นี่ไม่ได้หักล้างการคาดการณ์เอง แต่ความเชื่อมโยงที่บทความพยายามวาดระหว่างความหนาแน่นพลังงานกับอุปสงค์ของตลาดดูไม่ค่อยน่าเชื่อถือ การพัฒนาแบตเตอรี่ความหนาแน่นสูงขึ้นดีสำหรับการใช้งานเฉพาะทางอย่างเครื่องบินน้ำไฟฟ้าที่อาศัย ground effect แต่ไม่จำเป็นสำหรับรถยนต์หรือการกักเก็บพลังงานในโครงข่ายไฟฟ้า รถยนต์โดยมากทำได้จริงอยู่แล้ว ส่วนการกักเก็บในโครงข่ายไฟฟ้านั้นแนวโน้มต้นทุนและอัตราการคายประจุเองสำคัญกว่า
มีเกร็ดท้องถิ่นที่อยากเสริมให้เหตุผลข้อที่สาม
แถวนี้มีสนามโกคาร์ตอยู่ไม่กี่แห่ง ไม่ได้ไปมาหลายปี พอไปดูเมื่อเร็ว ๆ นี้ปรากฏว่าทั้งหมดเปลี่ยนเป็น โกคาร์ตไฟฟ้า แล้ว เงียบกว่ามาก ไม่มีไอเสีย และใช้งานในอาคารได้ดีด้วย
ดังนั้นจึงบอกว่า การปฏิวัติไฟฟ้า กำลังมา และผู้คนกับประเทศจำนวนมากจะถูกกระทบ ต้นทุนไฟฟ้าจากแสงอาทิตย์และลมก็ลดลงด้วยอัตราใกล้เคียงกัน
การเปรียบเทียบ “ความหนาแน่นแบตเตอรี่พลังงานสูงสุด vs ต้นทุนแบตเตอรี่” ในแผนภูมิที่ 2 ดูแปลก
โดยทั่วไปมีใครเอา ระดับสูงสุด ของสาขาหนึ่งไปเทียบกับค่าเฉลี่ยของอีกสาขาหนึ่งหรือ? มันเหมือนเทียบเวลาเร่ง 0-60mph ของรถระดับท็อปกับราคารถเฉลี่ย ซึ่งไม่แน่ใจว่ามีข้อมูลที่มีความหมายอยู่จริงไหม ควรเทียบต้นทุนของรถคันเดียวกันสิ ไม่ใช่รวมรถที่ไม่ใช่ระดับท็อปเข้ามาไม่ใช่หรือ? ผมพลาดอะไรไปหรือเปล่า?
แน่นอนว่ามีการลดทอนลงบ้าง แต่ดิสก์เบรก ระบบฉีดเชื้อเพลิง และการควบคุมด้วยไมโครโปรเซสเซอร์ก็แสดงแนวโน้มแบบนั้นอย่างชัดเจน เรื่องนี้เกิดขึ้นกับแบตเตอรี่เมื่อเวลาผ่านไปเช่นกัน เป็นวิธีมองเห็นอนาคตล่วงหน้า และแค่ต้องปรับชดเชยการลดทอนเล็กน้อย
สิ่งที่น่าสนใจจริง ๆ คือการเติบโตมหาศาลของ ระบบกักเก็บแบบอยู่กับที่ ผมคิดว่าน่าจะเป็นภาคส่วนที่เติบโตเร็วที่สุด
ผมเห็นว่าควรแบ่งเงิน 25% ที่จะใช้กับแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าไปใช้กับ แผงโซลาร์สำหรับบ้าน จะดีกว่า มันทนได้ยากกับความหยิ่งของคนที่ยอมจ่ายเงินก้อนใหญ่ให้รถ แต่กลับไม่ยอมจ่ายแม้เงินที่ค่อนข้างน้อยให้กับอุปกรณ์ที่จะผลิตไฟฟ้าให้รถคันนั้น
แบตเตอรี่ก็เช่นกัน โซลาร์+แบตเตอรี่สำหรับบ้านลดปริมาณคาร์บอนสุทธิได้มากกว่าการใส่แบตเตอรี่ลงในรถครอบครัวมาก รถวิ่งแค่วันละไม่กี่ชั่วโมง แต่ระบบโซลาร์+แบตเตอรี่สำหรับบ้านแบบออฟกริดเต็มรูปแบบลดคาร์บอนได้ตลอด 24/7
กล่าวอีกอย่างคือ รถเครื่องยนต์สันดาป Honda Civic + โซลาร์/แบตเตอรี่ที่บ้าน ลดคาร์บอนได้มากกว่า Tesla ที่ไม่มีความสามารถในการผลิตไฟฟ้าจริง เพียงแต่มันไม่ใช่กระแสเท่านั้น
ยิ่งไปกว่านั้น V2G/H มีแนวโน้มสูงมากที่จะกลายเป็นจริงในอนาคตอันใกล้ และจะทำให้แบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้าถูกใช้เพื่อรักษาเสถียรภาพของโครงข่ายไฟฟ้าด้วย
ผมคิดว่าธุรกิจนั้นจะผลักดันให้การผลิตแบตเตอรี่ดีขึ้นและต้นทุนลดลง และผลกระทบต่อเนื่องจะไปไกลเกินกว่าอุตสาหกรรมรถยนต์มาก ราค แบตเตอรี่ที่ลดลงเมื่อเร็ว ๆ นี้เป็นหลักฐานที่ดีว่ากระบวนการนี้กำลังเกิดขึ้นจริง แน่นอนว่าไม่ต้องพูดก็รู้ว่าผลงานของคนคนเดียวมีน้อยมาก
บทความที่เกี่ยวข้อง: ราคาแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้ากำลังลดลงเร็วกว่าที่คาด: https://news.ycombinator.com/item?id=38304405