Schmutzig günstige Batterien ermöglichen sofort das Laden im Megawatt-Maßstab ohne große Netzaufrüstungen

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Die Batteriepreise sind weiter gesunken, ehrlich gesagt schneller, als selbst Batterieoptimisten wie ich es sich erträumt hätten. Wir sehen kommerzielle, skalierte Preispunkte, mit denen wir nicht vor 2030 oder später gerechnet hatten. Das hat große Auswirkungen auf den Elektro-Lkw.

Im Jahr 2022 kostete eine Kilowattstunde Batteriekapazität 159 US-Dollar. Im Jahr 2023 136 $. Anfang 2024 waren Batterien für 95 Dollar pro kWh erhältlich. Und kürzlich kündigte CATL an, dass es Batterien zu einem Preis von 56 US-Dollar pro kWh bis Ende 2024 ausliefern werde. Es ist vernünftig anzunehmen, dass bis 2030 30 US-Dollar pro kWh wahrscheinlich sind, und dass es sich hierbei um eine konservative Prognose handelt.

Die meisten Berichte über das Laden von Lastkraftwagen im Megawatt-Maßstab konzentrieren sich auf den maximalen potenziellen Leistungsbedarf. A Whitepaper 2022 von RMI, National Grid, CalStart, Stable und Geotab analysierten beispielsweise Geotab-Daten für den Lkw-Verkehr in New York und Massachusetts. Das ist in Ordnung, aber es konzentrierte sich auf den Spitzenstrombedarf der Ladestationen und ging davon aus, dass keine Batteriepufferung verfügbar war. Angesichts der erheblichen Schwankungen der Verkehrsbelastung an den meisten Standorten bedeutete dies, dass nicht nach der Durchschnittsleistung, sondern nach der Maximalleistung gesucht wurde. Für über ein Viertel der 71 untersuchten Standorte ergab die Studie, dass 5 MW Netzstrom benötigt wurden. Das reicht aus, um fünf Tesla Semis oder gleichwertige Daimler-Lkw der Klasse 8 gleichzeitig aufzuladen.

Dies stellt ein Problem dar, da Netzanschlüsse im Multi-Megawatt-Bereich Jahre dauern können, während Anschlüsse im Sub-Megawatt-Bereich an den meisten Orten Monate dauern können Studien wie diese vom Energieministerium. Diese Energiemenge ist ein großes Infrastrukturprojekt. Aber was wäre, wenn Batteriepuffer günstig wären?

Schauen wir uns kurz die Transformatoren an, einen der limitierenden Faktoren. Transformatoren bestehen aus laminiertem Siliziumstahl oder amorphem Stahl, Kupfer- oder Aluminiumdraht, verschiedenen Isoliermaterialien wie Papier, Pressspan und Isolieröl, Stahl, Heizkörpern, Lüftern oder Kühlrohren aus Metallen wie Kupfer oder Aluminium, elektrischen Kontakten und Isolierungen Materialien und Porzellan oder Epoxidharz. Transformatoren sieht man jeden Tag, aber sie werden aus der visuellen Landschaft ausgeblendet. Die runden, mülleimergroßen Tonnen an Strommasten sind Transformatoren. Viele der Metallkästen neben Gewerbegebäuden sind Transformatoren.

Transformatoren werden mit Leistungsangaben geliefert, üblicherweise in Kilovoltampere (kVa). Sie können die Nennleistung in Kilowatt mit einer einfachen Berechnung ermitteln, indem Sie sie laut a mit 0,8 multiplizieren Artikel in Consulting-Specifying Engineer ab 2011, und glauben Sie mir, das Verhältnis wird sich seitdem nicht geändert haben. Ein typisches kleines Gewerbegebäude mit einer Fläche von 460 Quadratmetern könnte über einen 112,5-kVa-Transformator verfügen, der 90 kW Leistung liefern könnte. Größere Modelle haben eine Leistung von 450 kVa und liefern etwa 360 kW Leistung. Sie können modular zusammengestellt werden, um mehr Leistung aus größeren Verteilungsleitungen zu ermöglichen.

Es erübrigt sich zu erwähnen, dass an aktuellen Raststätten und anderen Orten, an denen große Lkw laden könnten, keine 6.250 kVa-Transformatoren im Leerlauf stehen. Aber sie haben typischerweise etwas überdimensionierte Transformatoren, vor allem neuere, weil Elektroautos auf dem Vormarsch sind und alles mit Strom betrieben wird, einschließlich aller Pumpen. Die gesamte Kühlung und Kühlung für Autohöfe wird von ihnen bezogen. Eine gewisse Übergröße ist ziemlich typisch.

Und denken Sie daran, dass 450 kW oder 900 kW neuer Leistung in der Regel ein paar Monate warten müssen.

Es ist viel einfacher, mehr Energie über ein Kabel zu liefern, als die Nennleistung des Kabels zu erhöhen. Orte mit unflexibler Energieerzeugung wie Ontario mit seiner Kernkraftwerksflotte würden wahrscheinlich gerne über Zählerbatterien verfügen, die rund um die Uhr Strom liefern. Die besten Tarife in Quebec gelten sicherlich für Standorte, die 95 % des Jahres den gleichen Strom verbrauchen.

Die Auslastung des Verteilungsnetzes ist in den Vereinigten Staaten gering und beträgt nur 40 bis 50 % UVP. Das bedeutet, dass Energieversorger für die doppelte Menge an Energie liefern, die tatsächlich zur Deckung von Spitzennachfragezeiten benötigt wird. Im Netz schlummern viele Energielieferkapazitäten ungenutzt, und billige Batterien können davon profitieren. Die Versorgungsunternehmen könnten bei gleichen Wartungskosten für ihr Netz eine um 20 % höhere Auslastung und damit 20 % höhere Einnahmen erzielen – ein klarer Gewinn.

Lassen Sie uns also ein paar Zahlen durchgehen. Nehmen wir an, eine Raststätte verfügt über eine verfügbare Transformatorkapazität von 112,5 kVa, 450 kVa und 900 kVa. Wie viele kWh könnten sie liefern, wenn sie 24 Stunden am Tag diese Spitzenleistung erreichen würden? Das wäre die Größe der Batterie. Wie viel würde diese Batterie bei den oben genannten Batteriepreisen für 2022, 2025 und 2030 kosten? Während es bei Batterien noch andere Kleinigkeiten gibt, die dem Anlagengleichgewicht bei Wasserstoffelektrolyseanlagen entsprechen, sind diese im Vergleich relativ unbedeutend und die Batterien selbst machen den größten Teil der Kosten aus. Nehmen wir also einfach den Batteriepreis plus 10 % für Extras und Installation. (Sie können mich gerne korrigieren, wenn dies eine schlechte Annahme ist.)

Wie viele Lkw könnten sie an einem Tag aufladen, wenn man davon ausgeht, dass der durchschnittliche Lkw 800 kWh benötigt, um seine 1,1-MW-Batterie zu füllen, genug, um weitere 730 Kilometer (450 Meilen) zurückzulegen?

Die Dollarwerte werden gerundet, da die Genauigkeit gering ist. Im Jahr 2022 hat die Serviettenmathematik die Idee, die Batterie zu puffern, wahrscheinlich zu einem Non-Starter gemacht. Wenn man sich die kommenden CATL-Preise im Jahr 2025 anschaut, sieht es so aus, als würde man als Übergangsmaßnahme eine Million US-Dollar an Batterien an wichtigen Lkw-Haltestellen abgeben, um Lkws innerhalb eines Jahres Zugang zum Megawatt-Laden zu ermöglichen, und mit dem Netzausbauprojekt beginnen, um mehr Strom auf den Standort zu bringen vernünftige Idee.

Im Jahr 2030 könnten kleinere Standorte, an denen nur wenige Elektro-Lkw pro Tag unterwegs sind, beispielsweise kleinere Vertriebszentren, es für sehr sinnvoll erachten, 300.000 US-Dollar für eine Batterie auszugeben, um elektrifizierte Lkw-Transporte mit schneller Abwicklung zu ermöglichen. Das ist viel billiger als ein Wasserstoff-Kompressions- und Pumpsystem, und die Batteriewartung bedeutet, dass man sie nicht anfassen muss, im Gegensatz zu den ständig ausfallenden Kompressoren in Wasserstofftankstellen.

Natürlich machen billige Batterien auch die Strompreisarbitrage möglich. Betrachten Sie Ontarios Übernachtungstarife von 0,02 US-Dollar pro kWh. Es kostet sie viel Geld, die Leistung ihrer Kernkraftwerksflotte zu reduzieren, und es kostet sie viel Geld, benachbarte Gerichtsbarkeiten zu bezahlen, wenn diese zu viel haben. Deshalb haben sie es sich zu einem günstigen Preis gemacht, nachts die Nachfrage auf Zeiten mit geringer Nachfrage zu verlagern. Ihre Spitzentarife betragen 0,21 US-Dollar pro kWh.

Dieser Unterschied von 0,19 US-Dollar pro kWh wäre 400.000 US-Dollar wert, wenn man davon ausgeht, dass die große 17-MWh-Batterie zu 33 % aus den niedrigsten Tarifen geladen wird und dass 33 % zu Spitzentarifzeiten verbraucht werden – eine vereinfachende Annahme, aber keine unangemessene Betrachtungsweise pro Jahr. Die 570.000 US-Dollar, die die Batterie kostet, erscheinen plötzlich nicht mehr so ​​hoch, wenn der ROI 17 Monate beträgt, oder?

Vor allem, wenn die Raststätte den Lkw-Fahrern, die Strom holen, keine Industriestromtarife in Rechnung stellt. In Kalifornien können die DC-Schnellladetarife 0,45 US-Dollar pro kWh betragen. Die Preisspanne für das Laden von Elektrofahrzeugen liegt in den USA zwischen 0,08 und 0,27 US-Dollar pro kWh, mit einem Durchschnitt von etwa 0,15 US-Dollar pro kWh Energiebehörde. Das Laden im Megawatt-Maßstab wird am oberen Ende der Skala liegen, denn Zeit ist für Lkw-Fahrer Geld. In Kalifornien liegen die Tarife außerhalb der Spitzenzeiten zwischen 0,20 und 0,25 US-Dollar, und wenn Sie Truckern 0,45 US-Dollar in Rechnung stellen, ist das ein schöner Aufschlag.

Bringen Sie billige Solarenergie auf allen Dächern und Vordächern der Raststätten an, und das Preis-Leistungs-Verhältnis wird noch besser. Selbst wenn eine erhöhte Nachfrage modelliert und der Netzausbau angeordnet wird, wird sich die Wahrscheinlichkeit, dass die Batterie bestehen bleibt und möglicherweise erweitert wird, um billigen Strom zu Spitzenzeiten und Einzelhandelspreisen besser zu puffern, deutlich erhöhen, zusätzlich zu einer höchstwahrscheinlichen Reduzierung des Stroms Power Upgrade selbst für mehr Einsparungen.

Bei diesen Preisen und den heutigen Preisen für Solarenergie ist die Bereitstellung ausreichender Ladekapazitäten in vielen Vertriebszentren weitaus rentabler als noch vor ein paar Jahren. Dies ist eine Herausforderung, auf die mich David Cebon, Gründer des Centre for Sustainable Road Freight in Cambridge, mehrfach hingewiesen hat, weshalb er ein starker Befürworter elektrifizierter Straßensysteme und dynamischer Aufladung ist. Es ist teuer und langsam, viel Strom zu kleineren Vertriebszentren zu bringen. Es ist bei weitem kein so großes Problem, ihnen viel Energie zuzuführen. Ich vermute, dass diese Preispunkte einige Neuberechnungen bei Center-Modellen auslösen werden. Wie immer mache ich Serviettenmathematik und manchmal führt dies dazu, dass andere strenge Studien durchführen.

In der schwedischen Studie, an der ich teilgenommen habe, wurde die Batteriepufferung überhaupt nicht modelliert, sondern es wurde von Industrietarifen für Strom ausgegangen und davon ausgegangen, dass der Netzausbau im Jahr 2035 abgeschlossen sein würde, eine vertretbare Vereinfachung in zwölf Jahren. Eine der Studien, die ich ausgewertet habe, eine schlechte vom International Council on Clean Transportation, die auf magische Weise herausgefunden hat, dass Wasserstoff, der mit Elektrizität an derselben Raststätte hergestellt wird, an der Elektro-Lkws aufgeladen werden, für die gleiche zurückgelegte Strecke nur 10 % teurer ist als Strom Dreimal so viel Strom wäre erforderlich, wenn man davon ausgeht, dass überhaupt keine Batteriepufferung möglich ist, während alle Schnellladegeräte bereits über eine gewisse Pufferung verfügen, und dass dies ein überzeugendes Argument für Wasserstoff ist.

Billige Batterien machen das Laden von LKWs und Flotten viel rentabler, weil sie das Problem der Spitzenleistung durch eine Energieversorgung über 24 Stunden hinweg ersetzen und weil sie sich durch Arbitrage der Strompreise selbst amortisieren. Dies gilt übrigens für die meisten Probleme beim Ausbau des Verteilungsnetzes, mit denen die USA konfrontiert sind. Ich bin zu dem Schluss gekommen, dass Wetten gegen Batterien in den 2020er Jahren wie Wetten gegen Bandbreite im Jahr 1999 sind. Es ist nur eine verlorene Wette.