Wie weit können Batteriekosten noch sinken?
(aukehoekstra.substack.com)- Wenn Natrium-Batterien sehr günstig werden, könnten stationäre Batterien in Wohnungen, Unternehmen und im gesamten Stromnetz eingesetzt werden, und lokale Demand Response sowie Speicherung könnten eine größere Rolle übernehmen als der Netzausbau
- Betrachtet man Batteriekosten anhand von Wright’s Law und der Lernkurve, sind sie bei jeder Verdopplung der Produktionsmenge um etwa 25 % gefallen; extrapoliert man diesen Trend bis 2030, könnte der Zellpreis auf 8 Dollar pro kWh sinken
- Auch bei den Materialkosten liegt LFP 2024 bereits bei rund 50 Dollar pro kWh, und Natrium, das etwa 30-mal günstiger als Lithium ist, könnte die Rohstoffkosten für Kathode und Anode auf etwa 1 Dollar pro kWh senken
- In den Niederlanden können wegen Netzengpässen mehr als 10.000 Unternehmen den benötigten Strom nicht beziehen, und obwohl in den kommenden zehn Jahren 236 Milliarden Euro ins Stromnetz fließen sollen, ergibt eine Rechnung, dass Batterien für 7 TWh Speicherkapazität über 5 Stunden etwa 5 Milliarden Euro kosten könnten
- Damit günstige Batterien das Stromnetz tatsächlich verändern, braucht es zusätzlich eine internetähnlich interoperable Struktur, automatische Kommunikationsstandards, Public-Key-Kryptografie und ein vertrauensbasiertes System auf Basis energiearmer verteilter Ledger
Warum günstige Batterien das Stromnetz verändern
- Wenn Natrium-Batterien ausreichend günstig werden, erweitert sich die Rolle von Batterien im Energiesystem deutlich
- Lokale Demand Response wird wichtiger
- Resilienz und Netzstabilität verbessern sich
- Der Bedarf an Netzausbau sinkt
- Solar- und Windenergie können leichter wachsen
- Batterien könnten über Elektroautos hinaus zum entscheidenden Mittel werden, um Engpässe im gesamten neuen Energiesystem zu verringern
- Durch Verbesserungen bei Produktionsverfahren, Materialzusammensetzung und Packaging sind Batterien leichter, langlebiger und günstiger geworden, und jedes Mal eröffneten sich neue Business Cases und Anwendungsfelder
Die bisherige Entwicklung der Lithium-Batteriepreise
- Blei-Säure-Batterien waren fast ein Jahrhundert lang weit verbreitet, doch die Nachfrage nach Laptops und PCs trieb die Entwicklung besserer Batterien voran
- 2008 lagen die Batteriekosten bei mehr als 1.500 Dollar pro kWh
- Heute lassen sich NMC-Batteriezellen für unter 100 Dollar pro kWh kaufen
- NMC ist eine Lithium-Batterie mit einer Kathode aus Nickel, Mangan und Kobalt
- LFP-Zellen sind etwas schwerer als frühe Lithium-Batterien, in vieler Hinsicht aber besser und inzwischen auf 47 Dollar pro kWh gefallen
- Natrium-Batterien könnten noch günstiger werden als bestehende Batterien und so die Verbreitung stationärer Batterien beschleunigen
Der mit Lernkurven berechnete Preis für 2030
- Für die Prognose von Batteriekosten werden zwei Maßstäbe verwendet
- die Lernkurve der Technologie
- die erforderlichen Materialkosten
- Nach Wright’s Law sinkt der Preis bei jeder Verdopplung der Produktionsmenge um einen konstanten Anteil
- Ausgehend von der Batteriepreis-Grafik aus dem Open-Access-Paper von Way et al. zeigt sich, dass die beobachteten Preise mit wachsender Produktionserfahrung nahezu geradlinig sinken
- In einer Beispielrechnung fällt der Preis bei einem Anstieg der Batterieproduktion von 10 GWh auf 1.200 GWh von 1.200 Dollar pro kWh auf etwa 150 Dollar
- 10→20→40→80→160→320→640→1280 entspricht ungefähr 7 Verdopplungen
- Die Lernrate in diesem Bereich beträgt rund 25 % Preisrückgang pro Verdopplung der Produktionsmenge
- Mit den Batteriedaten zur Produktion 2015–2023 aus dem aktuellen Batteriebericht der IEA passt eine jährliche Wachstums-Trendlinie von 59 % gut zu den Daten
- Die Korrelation der Trendlinie wird mit 99,9 % angegeben
- Nimmt man für 2023 2.410 GWh und ein jährliches Wachstum von 59 % an, ergibt das für 2030 61.917 GWh
- Das entspricht nahezu exakt 8 Verdopplungen
- Ausgehend von 80 Dollar pro kWh im Jahr 2023 und einem 25-prozentigen Rückgang über 8 Verdopplungen ergäbe sich 2030 ein Zellpreis von 8 Dollar pro kWh
Die Preisuntergrenze durch Materialkosten
- In der Vergangenheit wirkten Batteriepreise von unter 50 Dollar pro kWh auf Zellebene unrealistisch
- Bei NMC-Batterien machten die Rohstoffkosten der Kathode sowohl bei NMC111 als auch bei NMC811 keinen großen Unterschied
- Bei einem Peak der Energiedichte von etwa 300 Wh/kg lagen die Rohstoffkosten der Kathode bei rund 50 Dollar pro kWh
- Rechnet man etwa 10 Dollar Lithiumkosten pro kWh hinzu, war es schwer, unter 60 Dollar pro kWh zu kommen
- LFP-Batterien sind wieder stark aufgekommen, und CATL hat die Energiedichte auf mehr als 200 Wh/kg erhöht
- Eine 60-kWh-LFP-Batterie kann in einem günstigen EV etwa 350 km Reichweite ermöglichen
- Das Zellgewicht kann bei etwa 300 kg liegen
- Die Rohstoffkosten für Eisen und Phosphat bei LFP liegen bei unter 20 Cent pro kWh, und Kohlenstoff für die Anode liegt in einer ähnlichen Größenordnung
- Theoretisch könnten die Materialkosten für Kathode und Anode bei unter 1 Dollar pro kWh liegen
- In diesem Fall würde Lithium zwar rund 90 % der Rohstoffkosten ausmachen, die gesamten Rohstoffkosten lägen aber nur bei etwa 11 Dollar pro kWh
- Preisdaten aus 2024 zeigen, dass LFP bereits bei rund 50 Dollar pro kWh liegt
- Es gibt auch Gerüchte, dass vollständig installierte Netzbatterien für unter 100 Dollar pro kWh angeboten werden
- Die IEA erwartet, dass installierte Netzbatterien erst nach 2050 unter 100 Dollar pro kWh fallen
Noch niedrigere Rohstoffkosten bei Natrium-Batterien
- Bei LFP-Batterien dominieren Lithiumkosten die Rohstoffseite, doch Natrium ist etwa 30-mal günstiger als Lithium
- Natrium-Batterien könnten die Rohstoffkosten für Kathode und Anode wieder auf rund 1 Dollar pro kWh senken
- Die Energiedichte liegt bereits bei 160 Wh/kg
- Eine 60-kWh-Batterie könnte auf Zellebene unter 400 kg bleiben
- Die Extrapolation der Lernkurve weist auf 8 Dollar pro kWh im Jahr 2030 hin, und auch die Materialkostenrechnung zeigt die Möglichkeit von nur wenigen Dollar pro kWh
- Lithium-Schwefel-Batterien bleiben eine weitere Option, die ähnlich günstig und zugleich sehr leicht sein könnte
Netzengpässe und stationäre Batterien
- Die Sichtweise lautet, dass ein günstiges Energiesystem auf Basis von Wind- und Solarenergie möglich ist
- In den Niederlanden sind Netzengpässe ein großes Problem
- Mehr als 10.000 Unternehmen erhalten nicht den benötigten Strom
- Diese Zahl wächst schnell
- In den kommenden zehn Jahren sollen 236 Milliarden Euro ins Stromnetz investiert werden
- Günstige Batterien könnten einen erheblichen Teil dieser Netzinvestitionen ersetzen
- Einer Rechnung zufolge könnten Batterien für 7 TWh Speicherkapazität über 5 Stunden landesweit etwa 5 Milliarden Euro kosten
- Es wird prognostiziert, dass langlebige Batterien schon vor 2030 für unter 50 Dollar pro kWh breit ausgerollt werden könnten
- In Wohnhäusern könnten 20-kWh-Batterien für etwa 1.000 Dollar installiert werden
- Die Amortisationszeit wird mit weniger als 3 Jahren angegeben
- Sie könnten Lastspitzen am Tag vermeiden, Spannungsschwankungen verringern und Stromausfälle verhindern
- Unternehmen und Industrieparks könnten größere Batterien kaufen und so Netzengpässe schnell entschärfen
Preise von Solar- und Windenergie und Netzstabilität
- Batterien nehmen überschüssigen Strom aus Solar- und Windkraft auf, wenn die Preise etwas niedriger sind, und speisen ihn wieder ein, wenn die Preise etwas höher liegen
- Durch diese Betriebsweise können Wind- und Solarenergie über den Tag hinweg nahezu konstante Preise erzielen
- Die Verbreitung von Batterien macht das schnelle Wachstum von Wind- und Solarenergie weiterhin möglich
- Auch in größeren Netzen glätten Batterien Spitzen und Tiefpunkte
- Stromausfälle
- Spannungsschwankungen
- Netzengpässe durch Spitzenlast
- Als Bild wird verwendet, dass günstige Batterien ein stürmisches Stromnetz in ein ruhiges Schwimmbecken verwandeln können
Ein offenes und sicheres Stromnetz wie das Internet
- Damit günstige Batterien Netzengpässe lösen und die Verbreitung von Solar- und Windenergie fördern können, muss auch die Struktur des Stromnetzes entsprechend vorbereitet werden
- Weltweit braucht das Stromnetz eine Struktur ähnlich dem OSI-Modell des Internets
- Jeder auf der Welt sollte kompatible Hardware-Lösungen entwickeln können
- Das muss nicht nur die Hardware-Ebene umfassen, sondern auch Protokolle und automatische Kommunikationsweisen zwischen Geräten, die Energieflüsse steuern
- Auf Protokollebene wird TCP/IP als Kandidat genannt
- Auch im Energiesektor braucht es ein System ähnlich den W3C standards, die die Interoperabilität von Browsern sicherstellen
- Alle Geräte sollten Public-Key-Kryptografie verwenden
- Es muss überprüfbar sein, ob Informationen von einem vertrauenswürdigen Gerät stammen
- Ebenso muss sich verifizieren lassen, dass dieses Gerät tatsächlich existiert und bekannte Funktionen besitzt
- Auch energiearme Distributed Ledger können eine Rolle spielen
- Erwähnt wird nicht Proof of Work, sondern Proof of Stake
- So ließe sich ein trustless System schaffen, das ohne zentrale Vertrauensinstanz funktioniert
Veränderungen beim Betrieb des Stromnetzes
- Mit dem Aufkommen moderner Natrium-Batterien könnten stationäre Batterien deutlich günstiger und verbreiteter werden als erwartet
- Das Stromnetz könnte sich von einer hierarchischen Top-down-Verwaltung zu einer stärker dezentralen Bottom-up-Struktur entwickeln
- Haushalte könnten mit Batterien Strom stabiler und günstiger nutzen
- Auf Nachbarschaftsebene könnte Strom mithilfe von Batterien lokal geteilt werden
- Die Netzkosten könnten sinken
- Verzögerungen beim Netzausbau könnten verringert werden
- Das gesamte Stromnetz könnte günstiger und resilienter arbeiten und große Mengen an Solar- und Windenergie aufnehmen
1 Kommentare
Hacker-News-Meinungen
LiFePO4-Batterien (Lithium-Eisenphosphat) für den Heimbereich sind schon jetzt ziemlich günstig
Für ein 48-V-System zur Stromspeicherung im Wohnbereich, im Metall-Rack montierbar und anschlussfertig, inklusive Battery Management System (BMS), liegt man bei seriösen chinesischen Anbietern wie CATL/Seplos inklusive Versand und Zoll bei etwa 89 $/kWh
Man muss auf den Seetransport warten; wenn man direkt in den USA kaufen will, kommen etwa 30 $/kWh dazu
Natrium-Batterien desselben Anbieters kosten derzeit 130 $/kWh und sind bei gleichem Formfaktor etwa 26 % weniger effizient, aber ich hoffe, dass sich das ändert
Wegen steigender Strompreise habe ich ein Haus vollständig auf Solarstrom + LiFePO4-Batterien umgestellt und nutze das problemlos; ich kann mir kaum vorstellen, zum Energieversorger zurückzugehen. Die Panels sind absurd billig geworden, und weil viel Platz vorhanden ist, habe ich eine Palette gebrauchter Panels praktisch zum Versandkostenpreis gekauft – 34 $ pro 270-W-Panel –, die etwa 85 % ihrer Nennleistung liefern
Ich erwähne das, weil andere Kommentare von deutlich höheren Kosten sprechen
Als ich vor ein paar Jahren ein Angebot für ein LG-System bekam, lag es beim Vierfachen dieses Preises; außerdem gab es das Problem, dass meine alten Panels von 2013 keine Mikro-Wechselrichter, sondern einen einzelnen Wechselrichter nutzen, sodass beim Anfassen alles ersetzt werden müsste
Ich hoffe weiterhin, dass viele kleine Firmen entstehen, die alles elektrifizieren, und es wäre schön, wenn auch gute, praktische und sichere Elektroauto-Umbauten verfügbar wären, aber das scheint nicht wirklich Realität zu werden
Ein Garantieaustausch kann klappen – oder auch nicht
Man kann ein Produkt bekommen, das tausend Zyklen problemlos durchhält, oder eines, das nach einer Woche ausfällt; vielleicht bekommt man Ersatz auf Garantie, vielleicht verbringt man aber auch jede Woche mehrere Stunden damit, Garantieansprüche durchzusetzen, ohne dass etwas dabei herauskommt
Wenn man bereit ist, gebrauchte Panels und chinesische Batterien zu kaufen und alles selbst zu machen, gibt es definitiv große Chancen; aber während die Gerätepreise fallen, steigen die Arbeitskosten, daher bleiben professionell installierte Systeme weiterhin teuer
In den meisten Gegenden muss man den Netzanschluss behalten, sofern das Haus nicht sehr abgelegen liegt
Die Gebühren sehen zwar verbrauchsabhängig aus, aber die tatsächlichen Kosten werden von den Investitionen in Grundlast-Infrastruktur dominiert, die vorgehalten werden muss, falls dieses Haus an ein paar Tagen im Jahr vollständig auf Netzstrom zurückgreifen muss
Solange man also am Stromnetz hängt, muss der Energieversorger fast die gleichen Kosten tragen, selbst wenn man nur an wenigen Tagen im Jahr Netzstrom nutzt
Ich will für ein DIY-Projekt eine 5-kW-LiFePO4-Server-Rack-Batterie von EG4 kaufen, und die liegt eher bei 220 $/kWh
Das ist das Produkt, das ich derzeit kaufen möchte; falls jemand etwas Besseres kennt, würde ich es gern sehen: https://signaturesolar.com/eg4-lifepower4-lithium-battery-48...
https://geizhals.de/?cat=bmseswresp&sort=t&hloc=at&hloc=de&v...
Dieser Text ist in seiner Argumentation viel zu sprunghaft.
Die Preisprognose für 2030 wird aus einer Extrapolation der Kosten von Lithiumbatterien abgeleitet, gleichzeitig wird aber angenommen, dass in der Praxis Natrium-Chemie-Batterien dominieren und sich zu Tiefstpreisen allgemein durchsetzen werden.
Und das, obwohl die ersten Natriumbatterien erst im Lauf des vergangenen Jahres überhaupt aufgetaucht sind.
Problematisch ist auch, dass Batterien so behandelt werden, als wären sie die einzige Komponente des Systems. Ladegeräte, Wechselrichter und physische Strukturen folgen nicht derselben Abwärtskurve, sondern sind Fixkosten, die oben auf die Batterie draufkommen.
Schließlich sind viele vage futuristische Sätze eingestreut, von der Selbstbeweihräucherung, 2017 Elektro-Lkw vorhergesagt zu haben, bis hin zu der Idee, Blockchain könne bei der Koordination des Stromnetzes nützlich sein.
Der Satz, der ein „trustless system“ als ein „System, das einfach funktioniert“ definiert, ergibt beim Lesen keinen Sinn, und es wirkt, als sei der Autor zu der Überzeugung gelangt, Blockchain sei die Zukunft von allem.
Unterhaltsam zu lesen war es, aber außer „die Preise sinken“ habe ich nicht viel daraus mitgenommen.
Die „Poster Wall“ der Organisation, die er angeblich leitet, ist hier: https://neonresearch.nl/poster-wall/
Dort steht „interdisziplinäre Verschmelzung durch kreatives Storytelling“.
Eine deutlich bessere Zusammenfassung dieses Themas bietet der Titelartikel des Economist aus dieser Woche.
Wenn man sich ansieht, wie billig Batterien tatsächlich werden können: Der Lithiumpreis ist im vergangenen Jahr um 80 % gefallen und derzeit herrscht Überproduktion: https://www.reuters.com/markets/commodities/lithium-producer...
Auch Exxon hat eine Lithiumproduktion und baut sie aus; fünf neue Minen in Nevada, Sonora (Mexiko) und Western Australia sowie große Lithiumminen in Quebec, Simbabwe und anderen Regionen sind im Bau.
Das Recycling alter Batterien ist eine weit stärker konzentrierte Quelle als unterirdische Rohstoffvorkommen, daher scheint die Lithiumversorgung kein großes Problem zu sein.
Der Preis für Lithium als Rohmaterial schwankt stark, weil er die kurzfristigen Autoverkäufe kaum beeinflusst; bei kleinen Rohstoffmärkten ist das normal.
Das heißt, Natriumbatterien könnten möglicherweise gar nicht nötig sein, was angesichts der Brandgefahr eine gute Sache wäre.
Für stationäre Installationen und günstige Autos ist Lithium-Eisenphosphat billig und hat kein thermisches Durchgehen; es steckt heute in den meisten Produkten von BYD und CATL. APS möge bitte endlich die Richtung erkennen und eine kleine LiFePO4-USV herausbringen, die zehn Jahre hält.
Als Nächstes kommen Festkörperbatterien; es gibt viel Hype, ein paar Muster und ein Problem mit den Produktionskosten: https://spectrum.ieee.org/solid-state-battery-production-cha...
Das Herstellungsverfahren im Labormaßstab des Fraunhofer-Instituts ist hier zu sehen, und im Labor funktioniert es: https://www.youtube.com/watch?v=j5SVrp8N-1M&
Die Produktions-Testgröße ist hier zu sehen: https://www.youtube.com/watch?v=_eZGuDaqZAE
Der Konsens bei IEEE ist, dass die Produktionstechnik für Festkörperbatterien etwa zehn Jahre hinter der heutigen Lithium-Ionen-Produktion liegt, aber von Shenzhen über Belgien bis Maryland laufen Testproduktionen, sodass es schnell vorangeht.
Solche Prozesse werden mit zunehmender Skalierung günstiger. Um die Akzeptanz bei Verbrauchern zu erhöhen, braucht es Laden in zehn Minuten, daher sind Festkörperbatterien wichtig.
Zwischen Solarenergie und Batterietechnik werden fossile Brennstoffe bald massiv unter Druck geraten.
Es gibt bereits einen normalen Markt, also können Wechselrichter/Ladegeräte einfach auf die Preissignale des bestehenden Markts reagieren und so arbeiten, wie Hausbesitzer es wünschen; Blockchain oder zentrale Kontrolle sind dafür überhaupt nicht nötig.
Da Smart Meter immer verbreiteter werden, ist es schon heute einfach, Anreize zu setzen, bei hohen Preisen zu Spitzenzeiten Batteriestrom zu nutzen.
Allerdings werden auch Wechselrichter/Ladegeräte einem Abwärtstrend folgen. Nicht so schnell wie Batterien, aber sie werden billiger.
Wide-Bandgap-Halbleiter-FETs werden stetig günstiger und besser, können pro Bauteil höhere Ströme und Spannungen verarbeiten und ermöglichen effizientere Leistungstopologien, wodurch die Kühlung einfacher wird, Gewicht und Materialmenge der Kühlkörper sinken, die Leistung pro Volumen zunimmt und die Masse abnimmt.
Steigende Produktionsmengen werden ebenfalls zu Skaleneffekten führen.
Derzeit kann man einen 48V DC/230V AC, 8000VA Victron Multiplus 2 Wechselrichter/Lader für 1.800 Dollar kaufen, und ich werde mir demnächst einen holen, um ein DIY-System mit 31 kWh AGM-Batterien zu bauen, die ich fast umsonst von einem Teststandort eines insolventen Unternehmens bekommen habe.
Es würde mich nicht wundern, wenn man 2030 einen Wechselrichter/Lader gleicher Kapazität für fast die Hälfte des Preises und mit ein paar Prozentpunkten höherer Effizienz kaufen könnte. Heute liegt der maximale Wirkungsgrad bei 95 %, aber ich hoffe, dass dann 97–98 % üblicher sind.
Es gibt sicher schon viele günstige Produkte aus China, aber das hier ist für Netzanschluss-Backup gedacht und muss bei Stromausfall auch im Inselbetrieb laufen, also muss es die Australian Standards zuverlässig erfüllen.
Es soll unter dem Haus stehen, daher muss es sicher sein, und Victron genießt wegen seiner starken Nutzung in Marine- und Caravan-Anwendungen mein Vertrauen.
Die zwei wichtigsten Zahlen in diesem Text sind 200 Wh/kg für LFP und 160 Wh/kg für Natrium-Ionen.
LFP- oder Natrium-Ionen-Batterien scheinen im Gegensatz zu Kobalt-/Nickel-Batterien wegen thermischer Durchgehbrände keine groß angelegte Kühlung zu benötigen, daher ist die tatsächliche Pack-Dichte besser und die Struktur einfacher.
200 Wh/kg entspricht, je nach Effizienz, einem Auto mit 300–400 Meilen Reichweite, vielleicht sogar 500 Meilen.
160 Wh/kg bei Natrium-Ionen entspricht einem Auto mit 200–300 Meilen, vielleicht 400 Meilen Reichweite.
So betrachtet wird die Elektrifizierung des Individualverkehrs sehr bedeutend. Die Energiedichte von Natrium-Ionen ist, sofern sie angemessen skaliert werden kann, eine Technologie, die Stadtautos für 4 bis 5 Milliarden Menschen weltweit ermöglichen könnte.
Die Dichte von LFP deutet darauf hin, dass sie – unter der Voraussetzung einer guten Ladeinfrastruktur – weitere 1 bis 2 Milliarden Menschen abdecken kann, die etwas mehr Reichweite benötigen
Bei LFP und Natrium-Ionen ist laut Roadmap in den nächsten 2 bis 3 Jahren, spätestens aber innerhalb von 5 Jahren, mit einer Verbesserung um mindestens 20 % zu rechnen
Wenn sich Schwefel-Chemien wie Lithium-Schwefel und Natrium-Schwefel lösen lassen, könnte die Dichte innerhalb von 10 bis 15 Jahren um das 2- bis 3-Fache steigen
Insgesamt ist das eine sehr revolutionäre Veränderung
Ladegeräte, Inverter und physische Strukturen werden zwar nicht derselben Abwärtskurve folgen wie Batterien, aber Lernraten sind ein verbreitetes Phänomen, daher sinken auch dort die Kosten
Das Paper „Estimating the learning curve of solar PV balance–of–system“ aus dem Jahr 2018 schätzte die Lernrate von BOS auf 11 %, verglichen mit 20 % bei Modulen
https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.06.016
Ich hätte gern ein 5–20-kWh-Batterie-Backup zu Hause und hätte auch Platz dafür, aber als ich bei einem lokalen Solar-/Batterie-Installateur angerufen habe, hieß es, es sei illegal, in einem Wohnhaus ein netzladbares Batterie-Backup zu installieren.
Ich wohne in Minnesota.
Sogar der Strom aus einer hypothetischen Solaranlage würde demnach nicht gespeichert, sondern ins Netz verkauft, und im Gegenzug bekäme man später im Winter einen Rabatt auf die Rechnung – das wirkt auf mich wie ein ziemlich schlechter Deal.
Ich lebe in Kyiv, Ukraine; Russland hat viele Kraftwerke zerstört, und die Kernkraftwerke sind in Reparatur bzw. werden neu mit Brennstoff beladen, daher haben wir dieser Tage weniger als 10 Stunden Strom am Tag.
In South Africa gibt es seit 2008 immer wieder rotierende Lastabschaltungen, und in Haushalten der Mittelschicht werden Batterie-Wechselrichter und optional Solarenergie ziemlich normal.
Allerdings entsteht das Problem, dass viele Batterien gleichzeitig mit dem Laden beginnen, sobald die Zeit der Lastabschaltung endet. Besonders nachts ist das so.
Außerdem kann man die Batterien wegen der Lastabschaltungen nicht vollständig ausnutzen. Idealerweise würde man tagsüber per Solar geladene Batterien über die Nacht fast komplett verbrauchen, aber weil die Stromausfälle unregelmäßig sind, muss man sie so einstellen, dass sie nicht zu weit entladen werden.
Der kann bei einem Stromausfall das Haus versorgen und lässt sich natürlich per Solar oder aus dem Netz laden.
Ein Anbieter dafür ist hier: https://www.sunrun.com/ev-charging/ford-f150-lightning
Ich bin mir sicher, dass in Minnesota UPS im Einsatz sind.
Als Laie war mein erster Gedanke beim Titel: „Wie viel sicherer können sie werden?“
Wenn man RESCI als Explosions-, Überspannungs-, Brand- und Inhalationsrisiko definiert, gibt es beim Bewerten von Produkten Kennzahlen, die sich grob schwer berechnen lassen.
Etwa der RESCI-Zuwachs, wenn man beim günstigsten Viertel der Verkäufer kauft; der Zuwachs, wenn man aus einer Produktcharge erwischt, die die Qualitätssicherung eigentlich nicht hätte passieren dürfen; der Zuwachs bei Kauf über AliExpress oder irgendeine Website; der Zuwachs, wenn man das Produkt fallen lässt, mit einem Hammer darauf schlägt, es in der Sonne liegen lässt oder es einer Überspannung aussetzt; und der Zuwachs, wenn man in einer dicht besiedelten Gegend lebt, in der Leute die billigsten 25 % auf AliExpress kaufen und sie gelegentlich fallen lassen oder darauf herumklopfen.
Der Westen hat zwar eine recht lange Erfahrung mit elektrischen Hausanschlüssen, aber nach vielen Maßstäben sind sie immer noch deutlich gefährlicher, als man erwarten würde.
Das scheint vor allem bei lithiumbasierten Systemen ein Problem zu sein; eisen- oder natriumbasierte Systeme sind deutlich sicherer.
Dafür ist die Energiedichte niedriger, aber das ist ein vernünftiger Kompromiss, und die Lade-/Entladelebensdauer ist meist ebenfalls deutlich länger – potenziell Zehntausende Zyklen statt nur etwa tausend.
In der Passage „Ausgehend von 2410 GWh im Jahr 2023 und 59 % Wachstum pro Jahr ergibt das 2030 61,917 GWh. Das entspricht bis 2030 fast genau 8 Verdopplungen“ steckt ein Fehler bei der Größenordnung.
Das ist ungefähr eine 26-fache Steigerung. Für 8 Verdopplungen bräuchte man eine 256-fache Steigerung.
Ein einfacher Rechenfehler kann jedem passieren, aber es sollte ziemlich offensichtlich sein, dass 7 Jahre mit 60 % Wachstum pro Jahr nicht annähernd 8 Jahren mit 100 % Wachstum pro Jahr entsprechen können.
Erst recht, wenn der Autor auf der ersten Seite des Artikels seine Vorgeschichte beim Schlussfolgern über exponentielles Wachstum hervorhebt.
Der Grund, warum das nicht nur Korinthenkackerei ist: Dieses falsche Ergebnis wird später als Grundlage für die Schätzung der Kostensenkungen verwendet.
Wenn man bei 2410 GWh startet und jährlich um 59 % verzinst wächst, landet man bei 61.915 GWh, also etwa 61,915 TWh.
Daher könnte der Autor TWh statt GWh gemeint haben.
Trotzdem ist das überhaupt nicht nah an 8 Verdopplungen. Das dauert 12 Jahre, also ungefähr bis 2035. 1,59^12 = 261-fach.
Ich schätze Artikel sehr, die ihren Argumentationsweg mitliefern, weil man die Schlussfolgerungen anhand externer Quellen prüfen kann, und das fand ich hier gut.
Ein Faktor, der dem Wachstum von Solarenergie in California neben Subventionen geholfen hat, war die Netzanbindung, weil man sich dadurch nicht direkt um Batterietechnik kümmern musste.
Anfangs gab es effektive Tarife, bei denen Watt gegen Watt getauscht wurden, aber als die Versorger merkten, dass sinkende Gewinne aus Stromverkäufen ihre Fähigkeit beeinträchtigen, die Infrastruktur zu erhalten und Gerichtsurteile dafür zu bezahlen, dass sie Dörfer explodieren ließen und Wälder abbrannten, brachten sie die CPUC dazu, auf ein Modell umzusteigen, das Hausbesitzer mit Solaranlagen zu einer Art Pächter der Versorger macht.
Der Vorteil ist, dass dadurch das Interesse an 100 % Off-Grid wiederbelebt wird. Das entfernt den Hebel der Versorger und gibt die Preiskontrolle an Markt und Verbraucher zurück.
Interessant ist, dass man inzwischen zu hören beginnt, die Versorger wollten die „ganzen Gebäude“-Stromsysteme von Verbrauchern und Gewerbeimmobilien als Netz-Backup bei Spitzenlast-Notfällen nutzen und den Netzanschluss verpflichtend machen, selbst wenn er nicht nötig ist.
Ich schreibe gewissenhaft an meine Vertreter, dass ich es ablehne, wenn die CPUC mir vorschreibt, zu welchem Preis ich im Notfall Strom zurückverkaufen muss, um das Netz aufrechtzuerhalten, und dass ich mir das Recht vorbehalten will, so viel zu verlangen, wie der Markt hergibt.
Vom Dysfunktionsgrad her ist das ziemlich Texas-artig, aber das Ziel ist, kohlenstofffreie Hausstromnetze schneller zu verbreiten, und die etablierten Versorger zu verdrängen hilft diesem Ziel ebenfalls.
Batterien sind der Kern davon, und wenn der Autor recht hat und wir bis 2030 bei 1 $/kWh-Batterien ankommen können, freue ich mich, das vielleicht noch zu erleben.
[1] Ich klinge verbittert? Wie kommst du denn darauf :-)
Ich würde gern Einschätzungen von Ingenieuren, Wissenschaftlern und Leuten aus dem Betrieb in der Branche hören
Dieser Text liest sich, als sei er von einem Sessel-Experten geschrieben, der zwar viel über Batterien nachdenkt, aber weit davon entfernt ist, die beschriebene Zukunft tatsächlich zu bauen
Manchmal sind technische Details wichtig, und prognostizierte Skalierungstrends sind keine Zwangsläufigkeit
Trotzdem ist die Kernaussage plausibel
Auch wenn der Autor kein tiefgehender Technikexperte ist, kann er Exponentialfunktionen richtig erfassen und korrekt extrapolieren
Exponentielles Wachstum hört irgendwann auf, aber das allein ist kein Grund anzunehmen, dass es ausgerechnet dieses Jahr aufhört
Die Überschlagsrechnung zu Natrium und Batteriekosten wirkt zumindest stimmig, daher lohnt es sich, sie ernsthaft zu prüfen, statt sie nur abzuwinken, weil der Autor kein Ingenieur ist
Der Autor zeichnete nach, wie die Geschwindigkeit der Menschheit über 10.000 bis 20.000 Jahre zugenommen hatte, und sah in der Domestizierung des Pferdes, Klippern, Dampflokomotiven, Autos, Flugzeugen und Raketen jeweils Schritte zu höheren Geschwindigkeiten
Wenn man annimmt, dass es kurz nach Gagarin war, hatte die Menschheit damit 5 Meilen pro Sekunde erreicht
Während vom Laufen bis zur Domestizierung des Pferdes Jahrtausende vergingen, lagen zwischen den Gebrüdern Wright und Gagarin nur etwa 60 Jahre; also beschleunige sich die Beschleunigung, und extrapoliert erschien es offensichtlich, dass wir um das Jahr 2000 mit etwas wie einem Warp-Antrieb die Lichtgeschwindigkeit überschreiten würden
Natürlich liegt der aktuelle Geschwindigkeitsrekord bei etwa 7 Meilen pro Sekunde aus dem Jahr 1968, und selbst der wurde seit 1972 nicht mehr erreicht. Das sind die Grenzen der Extrapolation
Das gab es schon früher. Frühe Informatiker konnten sich die Geräte nicht vorstellen, die wir heute ganz selbstverständlich jeden Tag in der Tasche tragen. Das war gerade einmal eine Generation her, für jemanden halb so alt wie ich zwei Generationen
Persönlich denke ich, dass das Thema dieses Jahrhunderts darin bestehen wird, billige und nachhaltige Energie absurd reichlich verfügbar zu machen, sodass man sich fragt, was wir früher eigentlich getan und wie wir durchgehalten haben
Es gibt so viele technische Durchbrüche, die in diese Richtung konvergieren, dass es passieren wird; die Frage ist „wann“, nicht „ob“
Der Zeitplan ist unsicher, aber nicht extrem unsicher. Der Autor extrapoliert einige Trends über einen recht kurzen Zeitraum und könnte falschliegen. Selbst wenn er um den Faktor 5 danebenliegt, geschieht es immer noch innerhalb eines vernünftigen Zeitrahmens
Ich glaube auch nicht, dass er so stark danebenliegen wird. 2030–2035 werden Verbrennungsmotoren und fossile Brennstoffe am Ende sein
Es wird verrückt erscheinen, nicht sehr billige Elektronen zu nutzen, die in sehr billigen Batterien gespeichert sind. Bei $50 pro kWh muss man nicht lange überlegen, und bei $5/kWh wäre es völlig abwegig, etwas anderes zu verwenden. Das ist „nur“ eine Verbesserung um den Faktor 10
Die Annahme, dass 2024 alle Innovation stoppt und es danach keinen technischen Fortschritt mehr gibt, wirkt naiv. Es laufen zu viele gut finanzierte Dinge, die offenbar Ergebnisse liefern können
Die Gegenposition lautet, dass Fortschritt feststeht; selbst wenn manches langsamer wird, kann etwas anderes, an das wir noch nicht gedacht haben, die Lücke füllen
Von jetzt bis 2030 kann man einige fundierte Schätzungen anstellen, und das ist ungefähr das, was der Autor tut
Billige, saubere Energie ist transformativ. Die meisten großen Probleme von heute werden direkt oder indirekt durch Energie begrenzt
Energie billig zu machen ist wichtig. Eine Verbesserung um den Faktor 2 ist gut, Faktor 10 ist besser, und innerhalb weniger Jahrzehnte könnten wir Faktor 100 sehen. Alles dazwischen ist transformativ, darüber hinaus wird es schwer vorstellbar, aber nicht unmöglich
Vielleicht schaffen wir irgendwann die Kernfusion, und vielleicht wird sie billig
Aber wir haben bereits ein großartiges Fusionskraftwerk im Orbit, nämlich die Sonne, und sie schickt mehrere Größenordnungen mehr Energie zu uns, als wir tatsächlich brauchen
Wir lernen, sie mit Solarpanels zu ernten, und Pflanzen und Bäume haben diesen Trick schon vor langer Zeit gelernt
In diesem Text geht es darum, Batterien zur Speicherung zu nutzen, und zusammen ergibt beides ein schönes Bild
Der Kernpunkt bei Natrium-Ionen ist, dass keine seltenen oder speziellen Materialien nötig sind. Die Materialien sind billig und werden wahrscheinlich nicht knapp
Wie viele TWh an Batterien werden wir brauchen? Es könnten Dutzende, Hunderte oder Tausende TWh sein. Der heutige Stromverbrauch liegt bei etwa 25 PWh pro Jahr, und diese Zahl wird steigen
Was könnte man mit 25.000 TWh an Batterien tun? Die Jahresproduktion wird bald 1 TWh überschreiten, und die meisten dieser Batterien halten Jahrzehnte
25 PWh geladene Batterien sind eine enorme Menge an Strom, und innerhalb weniger Jahrzehnte könnten solche Mengen um uns herum vorhanden sein
Auf Basis der aktuellen Wachstumsrate und Lernrate wird vorhergesagt, dass Batteriezellen 2030 $8/kWh erreichen. Erstaunlich
Es heißt, bei jährlicher Multiplikation mit 1,59 wachse die gesamte Batteriemenge in 7 Jahren um den Faktor 25; tatsächlich dauert es 8 Jahre, aber das kann man durchgehen lassen
Dann wird das jedoch als 8 Verdopplungen bezeichnet, dabei bedeuten 8 Verdopplungen eine Steigerung um den Faktor 256
Selbst bei 100 % Wachstum pro Jahr dauert das 9 Jahre, und bei 59 % Wachstum pro Jahr dauert es etwa 13 Jahre bis zum Faktor 256
Auch bei der Kostensenkung scheint eine Stufe zu fehlen. Wenn die Kosten bei jeder Verdopplung um 25 % sinken, braucht man 9 Verdopplungen, um auf 10 % des heutigen Preises zu kommen
Um auf $8 zu kommen, muss man also noch einmal 1–2 Jahre hinzufügen
Dennoch ist interessant, dass $8/kWh um 2040 erreichbar sein könnten, insbesondere weil Natrium-Batterien physikalisch so billig werden und Speicher für mehrere Tage Netzstrom möglich erscheinen
Selbst für 2030 wäre, wenn man die Behauptung des Autors von $80/kWh im Jahr 2023 akzeptiert, ein Preisrückgang um fast zwei Drittel, also auf $28/kWh, möglich
Ich betreibe mit vier 230-Ah-LiFePO4-Zellen in einer 12-V-Konfiguration einen Blog, der nachts über Solarstrom läuft
Über einen Wechselrichter betreibe ich auch mehrere Stunden lang eine 90-W-Computerumgebung
Ich wünschte, die Leute wüssten besser, wie billig solche Zellen geworden sind und wie realistisch es ist, sich selbst ein Batteriespeichersystem zusammenzustellen
Derzeit nutze ich einen variablen Day-Ahead-/Vortages-Stromtarif, bei dem sich der Preis stündlich ändert
An manchen Tagen gibt es mehrere Stunden, in denen man Geld bekommt, wenn man Strom verbraucht; es ist erstaunlich, wie reichlich Wind- und Solarstrom vorhanden sind
Es macht richtig Spaß, mit der Tiber API und Python herumzuspielen und die Batterie in günstigen Stunden ein wenig zu laden, aber noch Platz für eingehenden Solarstrom zu lassen
Die Kosten für 50-Ah-Lithium-Ionen-Batterien sinken und nähern sich einem Niveau, auf dem sie mit Bleiakkus in Verbrennerautos konkurrieren können
Autohersteller könnten zwar ein System entwickeln, das die Batterie nach dem Start auf eine ladefähige Temperatur erwärmt, aber das ist nicht so einfach, wie einfach einen Bleiakku einzusetzen
Ich weiß nicht, wie einfach es wäre, eine LiFePO4-Batterie für diesen Einsatzzweck zu entwickeln
Ich verstehe, warum 12 V verwendet werden, aber nicht, warum es keine 12-V-Lithiumbatterie ist
Aber Lithiumbatterien lassen sich nicht recyceln, und zu sagen, man sei „fast am Ziel“ oder „die Zukunft sieht rosig aus“, ist wieder eher ein Fall von „schnell vorankommen und Dinge kaputtmachen“