Электрогрузовик Tesla Semi
Новый Эдисон продолжает генерировать идеи ‑ и тут же воплощает их в жизнь. Американская хватка! Не прошло и двух месяцев, как Маск побился об заклад, что за 100 дней построит завод-батарею на 100 мегаватт-часов, решив проблемы энергоснабжения штата Южная Австралия. За день до пари он ознакомил мир с проектом ракетной системы Big Falcon Rocket для полетов на Луну, на Марс… и в Австралию. А на днях великий инженер представил нечто не менее поразительное — первый в мире электрогрузовик.
А собственно, что тут поразительного? Это в легковушку трудно упаковать батарею приличной емкости, а грузовик — платформа солидная! Сам, будучи инженером, имея дело с энергетикой (ставил системы учета и контроля электроэнергии на больших заводах), с удовольствием привожу технические характеристики его Tesla Semi Truck.
Запас хода без подзарядки 500 миль (800 километров), а после получасовой зарядки еще 400 миль. При максимальной загрузке в 36 тонн набирает скорость 100 км в час за 20 секунд, а без груза — всего за 5 секунд – мало какая из легковушек способна на это. Есть автопилот, так что колонна машин сможет двигаться самостоятельно, и лишь первой нужен водитель, что сильно удешевит перевозки. Кстати, себестоимость перевозок будет как минимум на 25 центов за милю дешевле, чем у дизельных траков, что также весьма существенно, а со временем эта разница будет только расти.
Производство планируют начать в 2019 г., и крупнейшая сеть магазинов Walmart сразу сделала предзаказ на 15 машин для испытаний: 5 для США и 10 для отделений в Канаде (последнее важно, ибо литий-ионные батареи не любят низких температур). Если подтвердятся заявленные параметры, то возможны массовые закупки. В среднем траки Walmart, а их у нее более 60 тысяч, наматывают 100 тысяч миль в год, это значит, что каждая Tesla Semi ежегодно сбережет $25 000, а при массовой замене речь пойдет о сотнях миллионов.
Помимо грузовика Маск представил новый Tesla Roadster, суперспорткар с откидным верхом. Данные феноменальны: разгон до 100 км/ч за 1,9 сек, пробег без подзарядки до 1000 километров. «Вы сможете доехать из Лос-Анджелеса в Сан-Франциско и обратно без подзарядки. Вождение спорткара на бензине будет напоминать [вождение] на паровом двигателе», ‑ отметил Маск.
Первая тысяча родстеров будет стоить по $200 тысяч, продажи начнутся в 2020 г. Сейчас Tesla Motors производит 3 модели легковых электрокаров: люксовый седан Model S, массовый седан Model 3 и кроссовер Model X. Для зарядки электрокаров компания развивает глобальную сеть станций Supercharger. По всему миру их уже более тысячи – это 7,5 тысяч постов.
Да, не все пока идеально. Так, компания не выполнила обязательств по поставке Model 3 первым клиентам и вместо 1500 машин в третьем квартале дала только 260. Отставание объясняют сложностью настройки нового производства, но трудности будут устранены в ближайшее время. Да, в финансовом отношении третий квартал стал самым слабым за всю историю компании, а убытки за 9 месяцев составили 1,28 млрд. Тем не менее, за квартал удалось поставить 26 150 автомобилей всех моделей ‑ это лучший результат в истории марки, а выручка при этом выросла на 23%, так что можно списать убытки на болезни роста.
Литий-ионный переворот и его проблемы
С появлением литий-ионных элементов их батареи получают все более широкое распространение и захватывают все более тяжелые категории машин, их ставят на легкие суда и проектируют ближнемагистральный авиалайнер на 220 мест. На наших глазах вершится технологическая революция! Сами посудите, в 2016 году мировое производство батарей (если считать их базовый показатель, емкость) достигло 28 гигаватт-часов. Это немало. Отчего возникают 2 повода для беспокойства.
Во-первых, бурное развитие электротранспорта может привести к тому, что имеющихся мощностей не хватит для его зарядки. Не прошло и 10 лет с начала выпуска машин, не уступающих автомобилям с ДВС (двигателем внутреннего сгорания), а почти все крупные автоконцерны открыли линии по их производству, и парк электромобилей уже пошел на миллионы. Мало того, к делу подключаются компании, ранее не имевшие никакого отношения к автомобилям.
Так, в конце сентября пришло сообщение, что Dyson, известный британский производитель пылесосов и вентиляторов, намерен инвестировать £1 млрд в создание собственного электромобиля, который должен выйти на рынок к 2021 году. Основатель и глава компании Джеймс Дайсон выразил надежду, что электромобиль будет первым в линейке, за ним последуют другие модели, и в ближайшие годы этот сегмент станет главным источником доходов Dyson. Он посетовал, что у компании в отличие от Tesla нет $5 млрд для построения сети станций быстрой зарядки и потому рассчитывает на правительство, которое должно субсидировать установку точек подключения мощностью 21 кВт в домах владельцев.
Автобудущим своих городов озаботились мэры Осло и Парижа, Берлина и Нью-Йорка… Ди Блазио, мэр последнего, имеет все основания полагать, что в 2025 году каждый пятый автомобиль города, который никогда не спит, будет электрическим. А по прогнозам экспертов еще через 10 лет им будет каждый третий в мире – будущее наступает быстро.
Но способны ли мы прокормить миллионные стада электромустангов? Сколько энергии понадобится им при тотальной электризации?
Согласно данным Департамента автотранспорта, в 2015 г. в США было зарегистрировано 263,6 млн транспортных средств. Среди них около 8,5 млн мотоциклов, которых пока не коснулась электризация, около 11 млн. грузовиков, 0,8 млн. автобусов. Остальное — легковые машины и легкие грузовики-пикапы ‑ более 240 млн.
В грубом приближении можно считать, что последние пробегают в среднем 50 миль в день или 20 000 за год, что емкость батареи 75 кВт-ч и что полная зарядка требуется через 400 миль. Тогда в год понадобится 50 зарядок или 3750 кВт-ч энергии на четырехколесную единицу, а в масштабах Америки потребуется до 1 млн. гигаватт-часов. При учете гораздо более интенсивно загруженных и прожорливых грузовиков цифра может удвоиться. Для сравнения: в 2016 году все источники США выработали несколько более 4 млн. ГВт-ч. То есть половина энергии уйдет на автотранспорт, что вряд ли по силам стране.
Впрочем, при отказе от ДВС освободится масса энергии, идущей на производство топлива для них, на его транспортировку и реализацию. Вспомните целые флоты танкеров, бороздящих моря и океаны, тысячекилометровые нефтепроводы с десятками компрессорных станций, которые потребляют уйму энергии, нефтеперерабатывающие заводы с факелами сжигаемого газа над ними, бесчисленные заправки и колонны бензовозов, снабжающих их, и так далее и тому подобное. Нет, электричество гораздо проще и удобнее доставлять и сбывать потребителям. Да и мир станет чище.
Тем более что все больше энергии приходится на восполняемые источники, и она уже дешевле традиционной. Стоимость кВт-часа на новых солнечных станциях США упала до 3 центов, что в 2-4 раза дешевле средней по стране, и продолжает снижаться. Мировой рекорд принадлежит Саудовской Аравии, одна из СЭС которой отпускает энергию по цене 1.79 с/kWh (впятеро ниже рекорда пятилетней давности), но в 2020 году он перейдет к Мексике. На недавнем аукционе итальянцы предложили построить там СЭС на 3 терават-часов (3 тысячи ГВт-ч) с отпускной ценой 1.77 с/kWh, и эксперты предсказывают, что к тому времени рекорд дойдет до 1 цента за кВт-ч! Так что с энергией проблем не будет.
Грядет твердотельная революция?
Но есть и второй повод для беспокойства. Поставщики не успевают за спросом на литий. В ближайшие годы потребность в нем возрастет в 2-4 раза, но месторождения вышли на предел добычи, и цены возросли с $4000 за тонну в 2014 г. до нынешних $20 000. Большая часть лития добывается в Аргентине, Чили, Австралии и Китае, однако их мощностей не хватает, и геологи обратили внимание на подземные воды долины Клейтон в Неваде, богатые растворенным литием. Они надеются пробурить скважины и выпаривать их, получая литиевую соль. Не менее 6 стартапов недавно купили или взяли в аренду земли в этой долине, но, в отличие от добычи из руды, технология выпаривания пока не отработана. Если сложности будут преодолены, штат Невада, переживший в свое время золотую лихорадку, снова станет источником ценного для экономики металла, более полезного, чем золото.
Есть, однако, и более серьезные проблемы у литий-ионных батарей. Да, они эффективнее старых, но сложны в эксплуатации и требуют хорошей электроники, которая следит за напряжением и током заряда и за многими иными нюансами. Они быстро теряют емкость при низких температурах, и тогда их надо подогревать, тратя энергию и запас хода. Они довольно пожароопасны и тушению не поддаются. Они, несмотря на все ухищрения инженеров Маска, недостаточно быстро заряжаются и не так уж много циклов заряда выдерживают. Да и не столь уж компактны.
Поэтому огромный интерес вызвали сообщения о скором появлении коммерчески успешных твердотельных аккумуляторов. Звучит несколько странно, – как же без электролита? – тем не менее, уже имеются экспериментальные прототипы с характеристиками, которые намного превосходят показатели литий-ионных ячеек, и дело теперь за промышленными технологиями. Технических подробностей очень мало (например, вместо электролита используется отожженное стекловолокно), ибо идет жесткая конкурентная борьба на поле, которое обещает миллиарды и миллиарды, но тот факт, что ими занимаются крупные компании и вкладывают в разработку огромные деньги, заставляет с доверием относиться к возможности нового революционного прорыва. Очевидно, он не за горами.
Среди разработчиков и упомянутый Dyson, вложивший около $1,3 млрд в дело, и Bosch, и Hyundai, отказавшаяся в пользу твердотельных батарей от казавшихся наиболее перспективными водородных топливных элементов, и BMW, и Samsung SDI и мировой автолидер Toyota. Последняя обещает, что новая батарея дебютирует в электромобилях в 2022 г. Имея в 2-3 раза большую емкость при большей компактности, она будет безопасной в пожарном отношении, сможет работать в более широком диапазоне температур, выдерживать в 1,5 раза больше циклов заряда, чем нынешние литий-ионные, и, что самое, пожалуй, важное, сможет заряжаться за несколько минут!
Аккумуляторная революция лишний раз наглядно показала, что наша цивилизация — в первую очередь электрическая. Самолеты, автомобили, ракеты – все это вторично, без электричества им в будущем не летать и не ездить. Радио, электроника, телевидение, интернет, мобильные телефоны – лишь пыльца на сияющих крыльях электромагнитной бабочки, обнявшей нашу голубую планету и простершей их далеко в космос. Мы даже не говорим – электричество, мы говорим – свет!
