Это создаст новый рынок аккумуляторов, который, согласно новому отчету IDTechEx «Рынки аккумуляторов для строительной, сельскохозяйственной и горнодобывающей техники 2024-2034», вырастет до 7,8 млрд долларов, при постоянном ежегодном темпе роста в 27,1% в течение 10 лет и годовом спросе более 50 ГВт·ч в 2034 году.
На рынке CAM-систем востребован широкий диапазон типоразмеров батарей. Источник: IDTechEx
Индустрия CAM-оборудования несколько запоздала на вечеринке электрификации, но это означает, что она извлекает выгоду из процветающей и устоявшейся цепочки поставок для электрификации, благодаря автомобильной промышленности. На заре автомобильной электрификации развитие батарей определялось двумя факторами: плотностью энергии для обеспечения запаса хода и стоимостью батареи. Таким образом, индустрия электромобилей отдавала предпочтение никель-марганцево-кобальтовым (NMC) и литий-железо-фосфатным (LFP) батареям, которые предлагают сбалансированное решение этих двух факторов. Однако новый отчет об исследовании рынка от IDTechEx приходит к выводу, что CAM-станки имеют широкий спектр потребностей, создавая возможности для аккумуляторных технологий за пределами устоявшегося автомобильного рынка.
Сегодня на рынок выходит множество аккумуляторных технологий, от усовершенствованных литий-ионных батарей до революционных натрий-ионных вариантов. Каждая технология имеет свои преимущества и недостатки; например, литий-титанатные (LTO) батареи имеют срок службы в десять раз дольше, чем другие батареи, но обладают вдвое меньшей плотностью энергии. Или батареи, использующие кремний вместо графита в аноде, обладают исключительной плотностью энергии и высокой емкостью, но страдают от низкого срока службы. Как и во многих других сферах жизни, здесь есть компромиссы; не существует идеального решения, которое предлагало бы наилучшую плотность энергии, мощность, долговечность, стоимость и безопасность в одном комплекте. К счастью, в CAM часто встречаются типы оборудования, потребности которых соответствуют преимуществам и недостаткам существующих вариантов батарей.
Грузовые автомобили — хороший пример высокоспециализированного оборудования, требующего специальных навыков. Эти гигантские машины, весом более 150 тонн, используются для транспортировки сырья, добываемого на шахтах по всему миру. Время их работы огромно, поскольку они обычно работают более 20 часов в сутки, 360 дней в году. Из-за своего веса и времени работы им требуются большие батареи. IDTechEx видела в таких машинах батареи емкостью до 2 МВт·ч. Для сравнения, 2 МВт·ч эквивалентны 20 батареям Tesla Model S или 50 батареям Nissan Leaf (по 40 кВт·ч каждая). Батарея такого размера будет весить около 10 тонн и, вероятно, будет стоить от 500 000 до 1 миллиона долларов. К счастью, учитывая, что машина и так весит много и перевозит грузы весом в сотни тонн, размер и вес батареи не являются критически важными; на самом деле, двигатели, которые заменяет электрическая силовая установка, уже весят от 10 до 25 тонн.
Для электрического карьерного самосвала компания IDTechEx выделяет три основных приоритета, которым должен соответствовать выбранный тип батареи:
1. Она должна обеспечивать быструю зарядку для поддержания необходимого времени безотказной работы.
2. Она должна иметь длительный срок службы. По оценкам IDTechEx, карьерный самосвал за весь срок службы выдержит 12 000 циклов зарядки.
3. Она должна быть экономически целесообразной. Некоторые технологии батарей не выдерживают 12 000 циклов, что требует дорогостоящей замены. Другие технологии могут достичь этого срока службы, но обычно стоят немного дороже.
Учитывая эти приоритеты, в отчете IDTechEx делается вывод, что LTO — отличный вариант для грузовых автомобилей. LTO — очень надежная технология, а батареи, предлагаемые производителями готовых аккумуляторных батарей, такими как Forsee Power, ABB и Voltabox, имеют срок службы от 20 000 до 100 000 циклов. Кроме того, она отлично подходит для быстрой зарядки, многие образцы способны зарядиться за 6 минут или меньше. Конечно, у LTO есть и недостатки: ее плотность энергии примерно вдвое ниже, чем у LFP-батарей, и она дороже за кВт⋅ч. Однако ни один из этих факторов не является особенно важным для грузовых автомобилей. Они достаточно большие, чтобы выдерживать дополнительный вес, а долговечность батарей LTO исключает необходимость замены, что с лихвой компенсирует их дополнительную стоимость.
Однако большие батареи и возможности быстрой зарядки создают другую проблему: зарядка. Если батарея емкостью 2 МВт·ч должна заряжаться за 6 минут, ей потребуется подключение к сети мощностью 20 МВт. Эта потребность в энергии настолько высока, что для ее зарядки потребуется приблизительно шесть специализированных морских ветротурбин. В настоящее время изучаются решения для этих задач зарядки, эта тема анализируется в отчете IDTechEx «Автономная зарядка электромобилей 2024-2034: технологии, сравнительный анализ, участники рынка и прогнозы».
В индустрии автоматизированного проектирования и производства (CAM) множество подобных машин. Машин, для которых характерен специфический набор требований, обусловленных их специализированным применением. Мини-экскаваторы имеют небольшие шасси, требующие решений, аналогичных тем, что используются в автомобильной промышленности. Крупные погрузчики нуждаются в больших и недорогих батареях, что может создать рынок для натрий-ионных решений. В сельском хозяйстве пространство шасси более ограничено, но сезонное использование означает меньшее количество циклов, что может открыть двери для технологий кремниевых анодов.
Автор: д-р Джеймс Джеффс, старший технологический аналитик компании IDTechEx
