Продажи электромобилей в последнее время демонстрировали экспоненциальный рост (если упростить, такой можно назвать геометрической прогрессией или кратным увеличением) — именно это стало причиной значительного падения их стоимости. Тем не менее, массовое внедрение данного вида транспорта, как и прежде, тормозит именно более высокая стоимость, в сравнении с автомобилями, которые комплектуются двигателями внутреннего сгорания (ДВС): бензиновыми и дизельными. Да, общая стоимость владения электромобилем кажется более приятной, но первоначальные вложения действительно отталкивают.
Есть вероятность, что электромобили и автомобили с двигателями внутреннего сгорания достигнут ценового паритета уже в ближайшее десятилетие. Тем не менее, это, в большей степени, зависит от одного единственного решающего фактора — стоимости аккумуляторной батареи.
Цена данного компонента в среднем составляет около четверти от общей стоимости транспортного средства. Именно поэтому он ощутимо влияет как на себестоимость, так и на конечную цену с «интересом» производителя. Это и стало темой для данного материала.
Причина высокой стоимости электромобилей — дорогие батареи
Важно понимать, что в последнее время цены на аккумуляторные батареи для электромобилей стремительно падают. Типичный блок для среднего транспортного средства такого типа хранит от 10 до 100 кВт·ч (киловатт-часов) электроэнергии. К примеру, Mitsubishi i-MIEV комплектуется аккумуляторной батареей на 16 кВт·ч и характеризуется запасом хода до 100 километров, а вот Tesla Model S может похвастаться блоком на 100 кВт·ч и закономерным пробегом до 650 километров на одном полном заряде.
В 2010 году стоимость аккумуляторной батареи для электромобиля составляла более 1 000 долларов за киловатт-час — в 2019 году эта цифра упала в несколько раз: до 150 долларов за такой же объем. Задача автомобильной промышленности состоит в том, чтобы определить, каким еще образом, кроме данного, можно дополнительно снизить стоимость электромобиля.
Задача, установленная отраслью на ближайшее время, — понизить стоимость на аккумуляторные батареи сначала до 100 долларов за киловатт-час, а потом и до менее 80 долларов за данную единицу емкости. В этом случае стоимость электромобиля уже должна опуститься до меньшего уровня, чем цена любого сопоставимого автомобиля с двигателем внутреннего сгорания, — по крайне мере, в теории.
Чтобы спрогнозировать то, когда произойдет подобное сравнение стоимости электромобилей и автомобилей с двигателем внутреннего сгорания, нужно провести экономический анализ модели, включающий целый набор переменных стоимости: конструкция, материалы, трудовые ресурсы, производственные мощности, спрос. В данной модели также должно быть учтено, на чем именно исследователи и производители сосредоточивают свои усилия, чтобы понизить стоимость аккумуляторных батарей. Группа из Университета Карнеги-Меллона разработала соответствующую модель расходов на аккумуляторы, которая как раз учитывает все аспекты производства блоков для электромобилей.
Нисходящие и восходящие модели оценки стоимости аккумуляторов
Есть два вида экономических моделей, которые используются для оценки стоимости аккумуляторных батарей, — нисходящая «сверху вниз» и восходящая «снизу вверх». В первом случае при прогнозировании затрат на аккумуляторы, в первую очередь, используются факторы спроса и времени. Одна из нисходящих моделей, которая может прогнозировать стоимость данного компонента, — это закон Райта. Он предсказывает, что расходы на аккумуляторные батареи в структуре себестоимости будут снижаться по мере производства все большего числа подобных компонентов. Расходы будут сокращены за счет эффекта масштаба и опыта, который отрасль получит, благодаря дополнительному объему производства.
Главным конкурентом закона Мура в последнее время стал именно закон Райта. Первый обычно используется для процессоров и предсказывает, что число элементов в них должно удваиваться каждые 18 месяцев. Второй же утверждает, что с увеличением числа произведенных единиц стоимость продукта должна падать вне зависимости от того, сколько именно времени сможет занять данный процесс.
Закон Райта — универсальная теория. Его можно использовать для абсолютно всех технологий — к примеру, он же отлично подходит для солнечных панелей и аккумуляторных батарей, которые используются вместе с ними. Тем не менее, закон Райта, как и другие нисходящие модели, не позволяет анализировать источники снижения затрат. Именно поэтому стоит также рассматривать не только нисходящие, но и восходящие модели.
Чтобы получить возможность построить восходящую модель затрат, важно понимать, что именно входит в конструкцию аккумулятора. Литий-ионные батареи обычно состоят из положительно заряженного электрода, катода, отрицательно заряженного электрода, анода, электролита, а также вспомогательных компонентов, в число которых входят клеммы и корпус.
У каждого компонента есть своя стоимость, которая связана с его материалами, производственным процессом, сборкой, а также затратами, которые связаны с заводским обслуживанием и накладными расходами. Для электромобилей также крайне важны объединения отдельных аккумуляторных батарей в небольшие группы, из которых состоят ячейки и модули — именно они в последствии объединяются в общие блоки.
Восходящая снизу вверх модель стоимости батарей с открытым исходным кодом следует той же структуре, что и сам процесс производства батарей. Модель использует вводные данные, включающие спецификации конструкции аккумулятора, стоимость на компоненты и трудовые затраты, а также требования к капиталовложениям, которые включают наличие предприятий и оборудования, накладные расходы и объем производства для учета экономии на масштабе. Подобные исходные данные используются для расчета производственных затрат и затрат на материалы, накладные расходы — все эти издержки суммируются для получения окончательной стоимости.
Возможности сокращения затрат на производство аккумуляторов
При использовании подобной восходящей модели затрат, можно разбить вклад каждой части аккумуляторной батареи в общую стоимость и использовать данную информацию для анализа влияния инноваций в области аккумулятора на себестоимость и конечную цену электромобилей. Материалы — наибольшая затратная часть в общей стоимости аккумулятора, которая достигает более чем 50%. На катод в данном случае приходится около 43% стоимости материалов, а на другие ресурсы в ячейке — около 36%.
Получается, что наиболее важным нововведением в структуре цены являются именно инновации, связанные с материалами в общем и катодом в частности. Собственно, это тут же активирует интерес к рынку сырьевых товаров.
Наиболее распространенным катодным компонентом, который используется в электромобилях, считается оксид никель-кобальт-алюминия — именно он используется в моделях Tesla. Есть также оксид никель-марганец-кобальта — такий применяют в большинстве других электромобилей. Не стоит забывать и про фосфат лития-железа — данный материал в роли катодного компонента применяют в электрических автобусах, которые набирают популярность.
Среди данных материалов именно оксид никель-кобальт-алюминий, который использует Tesla, имеет наименьшую удельную стоимость про производстве аккумуляторной батареи, а также наибольшую отдачу на единицу массы. Получается, что для создания подобного аккумулятора требуется меньше материалов, он становится более компактным, но наиболее эффективным. Что интересно, уменьшение габаритов в данном случае приводит к снижению цены на другие материалы в каждой конкретной ячейке. Наиболее дорогим ресурсом в данном случае является кобальт. Чем меньше его используется при производстве аккумуляторной батареи, тем она дешевле становится. Как мы уже выяснили выше, это крайне сильно влияет на финальную стоимость электромобиля.
Неактивные материалы ячеек, в число которых входят вкладки и контейнеры, составляют приблизительно 36% от общей стоимости ресурсов, которые требуются для их производства. Они не влияют на конечную емкость аккумуляторной батареи, поэтому нужно следовать по пути их сокращения — кроме прочего, это также позволит уменьшить размеры и вес всего блока без последствий для сохраняемого заряда. Именно это пробуждает интерес к совершенствованию конструкции ячеек с помощью батарей нового поколения, которые не так давно тизерила компания Tesla.
Конечно, стоимость каждой аккумуляторной батареи ощутимо снижается с увеличением среднегодового суммарного числа производителей и произведенных компонентов. По мере запуска все большего числа заводов, которые специализируются на аккумуляторных батареях для электромобилей, эффект масштаба ощущается все больше. Это же ведет к дальнейшему совершенствованию производства, новым конструктивным особенностям аккумуляторов и, в конце концов, общему уменьшению затрат.
Подводя итоги: путь к пересечению цены на электромобили и ДВС
Чтобы спрогнозировать сроки пересечения стоимости электромобилей и автомобилей, которые комплектуются двигателями внутреннего сгорания, нужно предположить траекторию движения затратной части на аккумуляторы. По предварительным оценкам, сокращение расходов на сырье, увеличение производительности производства, совершенствование всех производственных процессоров — все это вместе должно привести к снижению стоимости аккумуляторной батареи до 80 долларов на каждый кВт·ч приблизительно к 2025 году.
Если отметить, что аккумуляторные батареи составляют четверть стоимости на электромобиль, блок на 100 кВт·ч с ценой около 75 долларов за каждый кВт·ч приблизит транспортное средство к конечной стоимости в 30 тысяч долларов. Если этому будет суждено случиться, уже на данном этапе цены на аналогичные модели на базе двигателя внутреннего сгорания будут выше электромобилей. Если все сложится, ждать осталось очень недолго.
Это перевод материала TNW.
