छह चार्ट में बैटरी का उभार

 (rmi.org)
1 पॉइंट द्वारा GN⁺ 2024-01-27 | 1 टिप्पणियां | WhatsApp पर शेयर करें
  • बैटरी की मांग देशों और उद्योगों के बीच फैलते adoption domino effect की वजह से बढ़ रही है, और RMI का मानना है कि यह रुझान वैश्विक fossil fuel मांग के आधे हिस्से को तेज़ी से घटाने में योगदान दे सकता है
  • बिक्री 30 वर्षों तक हर 2–3 साल में दोगुनी हुई, औसत वृद्धि दर 33% रही, और EV अपनाने में तेज़ी वाले पिछले 10 वर्षों में यह लगभग 40% के करीब थी
  • पिछले 30 वर्षों में बैटरी लागत 99% गिर गई और शीर्ष सेल्स की energy density 5 गुना बढ़ी, जिससे एक ऐसा ढांचा बना जिसमें व्यापक तैनाती फिर से कीमतों में गिरावट और प्रदर्शन सुधार को बढ़ावा देती है
  • लागत में गिरावट और density में सुधार consumer electronics से दोपहिया·तिपहिया और कारों तक पहुंचा, और अगला बदलाव ट्रकों और battery storage systems में हो सकता है, जिसके बाद shipping और aviation तक विस्तार संभव है
  • RMI का अनुमान है कि 2030 तक शीर्ष बैटरी density 600~800Wh/kg, लागत $32~54 per kWh, और वार्षिक बिक्री 5.5~8TWh होगी, और उसका मानना है कि तेज़ बदलाव को और आगे लाने के लिए निरंतर प्रयास ज़रूरी हैं

बैटरी मांग S-curve पर क्यों चल रही है

  • बैटरी की मांग देशों से देशों तक और सेक्टर से सेक्टर तक फैलने वाले adoption domino effect की वजह से बढ़ रही है
  • RMI की रिपोर्ट X-Change: Batteries के अनुसार बैटरियां वैश्विक fossil fuel मांग के आधे हिस्से को तेज़ी से चरणबद्ध तरीके से घटाने में मदद कर सकती हैं और transport तथा power sectors के emissions घटाने में महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकती हैं
  • बिक्री उस S-curve के अनुसार बढ़ रही है जो disruptive नई technologies की growth में अक्सर दिखाई देती है
    • 30 वर्षों तक बिक्री हर 2–3 साल में दोगुनी हुई
    • औसत growth rate 33% रही
    • EV अपनाने में तेज़ी वाले पिछले 10 वर्षों में growth rate लगभग 40% के करीब रही

लागत में गिरावट प्रदर्शन सुधार को आगे बढ़ाती है

  • बैटरी deployment बढ़ने के साथ लागत तेज़ी से गिरी है, और बैटरी गुणवत्ता का एक प्रमुख संकेतक energy density लगातार बढ़ा है
  • पिछले 30 वर्षों में बैटरी लागत 99% गिरी है, और शीर्ष सेल्स की energy density 5 गुना बढ़ी है
  • modular technologies में अक्सर दिखाई देने वाले पैटर्न की तरह, जितनी अधिक बैटरियां तैनात होती हैं, कीमतें उतनी गिरती हैं, और कीमतों में गिरावट फिर और अधिक deployment को बढ़ावा देती है
    • deployment दोगुना होने पर हर बार बैटरी लागत 19% गिरती है
    • उन्हीं परिस्थितियों में energy density 7% सुधरती है
  • लागत में गिरावट और density improvement को साथ देखें तो बैटरियां सबसे तेज़ सुधार करने वाली clean energy technologies में शामिल हैं

सेक्टर दर सेक्टर आगे बढ़ता बैटरी domino

  • लागत कम होने और energy density बढ़ने से वे बाजार क्रमशः खुल रहे हैं जहां बैटरियों को लागू किया जा सकता है
  • जब एक बाजार battery electric तरीके में बदलता है, तो scale expansion और technology improvement अगले बाजार के बदलाव की शर्तें बनाते हैं; यही battery domino effect है
  • बैटरी technology ने पहले consumer electronics में turning point हासिल किया, फिर दोपहिया·तिपहिया और कारों तक फैली
  • अगले चरण में ट्रक और battery storage systems के पीछे आने की संभावना अधिक है
  • 2030 तक shipping और aviation में भी बैटरियां market share हासिल कर सकती हैं

मौजूदा पूर्वानुमानों से छूटी growth की रफ्तार

  • RMI का मानना है कि बैटरी growth और improvement की गति मौजूदा consensus forecasts की तुलना में कहीं तेज़ होगी
  • छोटी modular technologies पर दो अनुभवजन्य नियम लागू होते हैं
    • वे बेहतर technologies जो तेज़ cost decline से गुजरती हैं, exponential growth की ओर झुकती हैं
    • कई analysts शुरुआती चरण में ऐसी growth को आसानी से miss कर देते हैं
  • बैटरियां भी इसका अपवाद नहीं हैं, इसलिए modelers लगातार बैटरी मांग को कम आंकते रहे हैं
  • हाल के वर्षों में कई बैटरी forecasts ने वस्तुतः linear growth मान ली, लेकिन वास्तविक बिक्री लगातार इन forecasts से आगे निकलती रही और analysts ने बार-बार अपने अनुमान ऊपर किए
  • RMI का मानना है कि linear thinking सतह पर भले सावधान लगे, लेकिन वास्तव में गलत है

2030 का outlook और transition drivers

  • आने वाले 7 वर्षों में बैटरी adoption को आगे बढ़ाने वाले कारक और मजबूत होने की संभावना है
    • लागत लगातार गिरती रहेगी
    • policy support लगातार बढ़ेगा
    • आर्थिक क्षेत्रों के बीच competition upward competition को बढ़ावा देगा
  • बैटरी adoption में बाधाएं हैं, लेकिन इसके पीछे यह आकलन है कि मानव बुद्धिमत्ता, इच्छाशक्ति और पूंजी और तेज़ी से scale हो रही है
  • RMI का मानना है कि धीमे adoption scenarios पर भरोसा करना कठिन है, इसलिए उसने भविष्य को दो रूपों में model किया है: तेज़ या और तेज़
  • 2030 के अनुमान इस प्रकार हैं
    • शीर्ष बैटरी density: 600~800Wh/kg
    • लागत: $32~54 per kWh
    • बैटरी बिक्री: सालाना 5.5~8TWh
  • निचला “तेज़” scenario BNEF के Net Zero scenario जैसी दिशा में है, जबकि उससे तेज़ S-curve scenario इसे पार कर जाता है

fossil fuel मांग घटाने में बैटरियों की भूमिका

  • fossil fuels को तेज़ी से चरणबद्ध घटाने की सबसे अच्छी रणनीति fossil fuel demand को कम करने वाली technologies की deployment को तेज़ करना है
  • बैटरियां road transport में 86EJ fossil fuel को replace करने की राह पर हैं
    • इस सेक्टर का मौजूदा emission स्तर सालाना 6GtCO2 है
  • shipping और aviation में अतिरिक्त 23EJ fossil fuel demand भी जोखिम में पड़ सकती है
    • इनका emission स्तर सालाना 1.6GtCO2 है
  • power sector में बैटरियां solar और wind की प्राकृतिक लय को बिजली मांग के समय से मिलाती हैं, जिससे अतिरिक्त 175EJ fossil fuel demand में कटौती संभव होती है
    • इससे जुड़े emissions लगभग सालाना 15GtCO2 हैं
  • बैटरी growth तेज़ है, लेकिन यह अपने आप पर्याप्त नहीं हो जाएगी; कंपनियों, सरकारों, शोधकर्ताओं और climate activists के निरंतर और संगठित प्रयास की जरूरत बनी रहेगी
  • प्रेरणा कम कीमत, भू-राजनीतिक लाभ या climate कुछ भी हो, तेज़ बदलाव को और तेज़ बनाना आवश्यक है
  • पूरी रिपोर्ट X-Change: Batteries से डाउनलोड की जा सकती है

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1 टिप्पणियां

 
GN⁺ 2024-01-27
Hacker News टिप्पणियाँ

  • कुल मिलाकर यह उत्साहजनक है, और खासकर सोलर में बैटरी की भूमिका महत्वपूर्ण लगती है
    इससे जुड़े दो दिलचस्प indicators हैं

    1. California का duck curve लगभग neutral होने के करीब पहुंच गया है। peak demand और solar generation के समय में mismatch को battery use से सबसे सीधे तौर पर हल किया जा सकता है - https://twitter.com/baker_edmund/status/1750644294673748366
    2. solar power compensation घटने के बाद California में rooftop solar applications काफी कम हो गए - https://twitter.com/thomasopeters/status/1750920941868347539 - इनमें से कुछ pent-up demand भी रही होगी, लेकिन मुझे लगता है कि यह renewables की ओर बढ़ने में state policy की भूमिका को अच्छी तरह दिखाता है
    • यहां California grid-level batteries को हर दिन “सांस लेते” देखना शानदार है: https://www.caiso.com/TodaysOutlook/Pages/supply.html#sectio...
      कल discharge rate 3GW और charge rate 4GW तक पहुंच गया। अतिरिक्त solar का पूरा इस्तेमाल करने की transition को तेजी से आगे बढ़ाया जा रहा है, और आज का expected peak 25GW है, इसलिए अभी लंबा रास्ता है, लेकिन existing generation को replace करने की speed और scale हैरान करने वाली है। साफ हवा सबसे बढ़िया है, और सूर्य का शुक्रिया
    • अगर utility-scale solar की cost residential rooftop solar से बहुत कम है, तो समाज के overall perspective से state policy को residential के बजाय utility-scale को encourage करना बेहतर नहीं होगा? utility-scale battery installation भी इसी तरह काफी सस्ती होगी
    • State policy पूरी green revolution की कुंजी है। अगर देशों ने incentives नहीं दिए होते, तो ऐसा बदलाव संभव नहीं होता
      energy production-consumption cycle पूरी तरह स्थापित हो जाए और सभी उस पर निर्भर हो जाएं, तब incentives हटाना safe होगा। यह चलती बस के tires बदलने जैसा है—किसी को नए tires और wheels, साथ में चलने वाले support truck, extra fuel, और नए tires पर discount की cost उठानी ही थी। tire replacement पूरा हो जाए तो bus support के बिना भी चलती रह सकती है
    • वह duck curve tweet बेईमान है। tweet में जो curve है, वह उस दिन का curve है जब net load सबसे कम था। net load यानी actual load या usage में से renewable generation घटाने के बाद बचा हुआ load
      अगर 2023 में सबसे कम net load वाला दिन चुनें, तो ऐसा लग सकता है कि लगभग सब कुछ solar से पूरा हो गया। लेकिन इसका मतलब यह नहीं कि tweet जैसा दिखाता है, California हर दिन सुबह 10 बजे से शाम 4 बजे तक पूरी तरह solar पर चलता है। आज Pacific Standard Time सुबह 11:56 तक solar का हिस्सा करीब 51% है। California grid में वैसे ही काफी अच्छी बातें हैं, इसलिए झूठ बोलने की जरूरत नहीं
      खुद देख सकते हैं: https://www.gridstatus.io/live/caiso
    • solar power compensation घटने के बाद California में rooftop solar applications बहुत कम होना इस वजह से भी है कि लोगों को समझ आ गया है कि सस्ते Chinese solar cells 5–10 साल में खत्म हो जाते हैं और अगर बिजली की दरें बहुत महंगी न हों तो उन्हें लगाना worthwhile नहीं है

  • कीमत के लिहाज से leading manufacturers पहले ही उस price point से नीचे बेच रहे हैं जिसे EVs के economically winning point के रूप में माना जाता था: https://www.nextbigfuture.com/2024/01/ev-lfp-battery-price-w...
    हालिया China की price war इसका सबूत है

    • EVs के economically winning point में शायद ऐसी charging infrastructure की cost शामिल नहीं है जो हर जगह available और सस्ती हो। कई लोगों के लिए यह अब भी barrier है
      उदाहरण के लिए, रात भर कार charge करने के लिए 110V extension cord को पूरे block में लंबा नहीं खींच सकते, और garage वाले घर की cost fuel-cost savings से कहीं ज्यादा है
    • linked article[1] के मुताबिक CATL 173Ah VDA standard को promote कर रहा है। यह rectangular cell के लिए German standard है, जिसकी length 148mm, width 26.5mm, और height 91mm है
      मेरा अनुमान है कि manufacturers available cell sizes के हिसाब से packs बना रहे हैं। मुझे लगा था कि cylindrical cells, जैसे 4680, से prismatic या pouch cells की ओर trend जा रहा है, लेकिन 1-meter-long BYD cell का क्या हुआ, यह जानने की इच्छा है: https://pushevs.com/2020/05/26/byd-blade-prismatic-battery-c...
      [1] https://cnevpost.com/2024/01/17/battery-price-war-catl-byd-c...
    • कहा गया है कि “Tesla 6 महीने में LFP battery cost में $800 की कटौती करेगी, और करीब 18 महीने में फिर $800 और घटाएगी”; क्या अभी कोई model LiFePO4 इस्तेमाल करता है?
    • consumers को अभी तक यह price क्यों महसूस नहीं हो रही है?

  • चार्ट और विश्लेषण शानदार हैं, लेकिन दो बातें खलती हैं

    1. ऊर्जा घनत्व वाले चार्ट में तुलना के लिए गैसोलीन का ऊर्जा घनत्व भी डालना चाहिए था। वह कहीं ज़्यादा है, और extrapolation जोखिम भरा होने के बावजूद, लेख में बताए गए कई prediction models के आधार पर यह देखना चाहूंगा कि बराबरी कब तक हो सकती है। खासकर जब हवाई यात्रा का ज़िक्र किया गया है, तो यह भी जानना चाहूंगा कि जहाजों या विमानों का ईंधन स्रोत बनने के लिए कम-से-कम कितनी ऊर्जा घनत्व चाहिए। मेरी मौजूदा समझ में बिजली से चलने वाली commercial aviation व्यावहारिक नहीं है
    2. S-curve adoption का ज़िक्र है, लेकिन वह curve आखिरकार horizontal asymptote तक पहुंचता है, हमेशा ऊपर नहीं जाता। अभी हम S-curve में कहां हैं और ऐसा क्यों माना जा रहा है, इस पर और विश्लेषण अच्छा होता। तीरों को सिर्फ आसमान की ओर दिखाने के बजाय, चार्ट में यह estimate दिखाना चाहिए था कि flattening कहां होगी। कम-से-कम मौजूदा battery technology की chemical limits ही दिखा सकते थे
      मैं fossil fuels को replace करना और pollution व greenhouse effect को जितना हो सके कम करना चाहता हूं। transition process में transparency और realistic expectations ज़रूरी लगती हैं। market में जितनी ज़्यादा information होगी, हम लक्ष्य की ओर उतनी efficiently बढ़ सकेंगे। renewable energy generation और storage पर चर्चा करते समय ऐसे सवालों के जवाब ढूंढना बहुत मुश्किल रहा है, और शायद इसकी एक वजह मेरी अपनी अनभिज्ञता भी है कि कहां देखना चाहिए। इसलिए खास तौर पर यहां पूछना चाहता हूं, और अच्छा होगा अगर कोई expert जल्दी से दिशा बता दे
    • गैसोलीन की ज़्यादा energy density उतनी महत्वपूर्ण नहीं है जितना लोग सोचते हैं
      EVs gasoline cars की तुलना में लगभग 4 गुना efficient हैं। gasoline car में energy का सिर्फ 20% motion में बदलता है, जबकि EVs में regenerative braking आदि के आधार पर फर्क पड़ता है, लेकिन यह लगभग 80% है। इस बारे में पिछले लेख में विस्तार से लिखा था: https://www.sustainabilitybynumbers.com/p/electrification-en...
    • हवाई यात्रा का ज़िक्र अजीब लगा। पता नहीं था कि कोई सोचता है कि long-haul flights कभी electric हो जाएंगी। कम-से-कम किसी fundamental breakthrough के बिना तो यह मुश्किल लगता है
      S-curves की prediction मुश्किल होती है, और जब भी कोई कोशिश करता है तो लगभग हमेशा बहुत गलत निकलती है। इस सवाल पर एक साफ-सुथरा paper है। हम पहले ही सारी predictions से आगे निकल चुके हैं
      [0] https://www.inet.ox.ac.uk/files/energy_transition_paper-INET...
    • अगर batteries अभी exponentially grow कर रही हैं, तो हम S-curve की शुरुआत में हैं
    • पहला point निश्चित रूप से कई दशकों का मामला होगा। उन कई दशकों में भी शायद बहुत सारे दशक लगेंगे। अगर कोई बड़ा breakthrough न हुआ तो
    • Lithium batteries 0.5kWh/kg हैं, diesel 12.7kWh/kg है

  • वह energy density chart थोड़ा चौंकाने वाला है। 500Wh/kg वाली battery कौन बेच रहा है? वह research prototype वाली संख्या के करीब है। जहां तक मुझे पता है, Amprius और gamma-sulfur वाले लोग उस level तक पहुंचे हैं या उसे पार कर चुके हैं
    लेकिन cars और phones ने पिछले 10 साल से nickel-manganese-aluminum-cobalt oxide family के cathode materials इस्तेमाल किए हैं। हालिया बड़े पैमाने का development LiFePO4 adoption रहा है, जहां lower cost और longer life के लिए lower density स्वीकार की गई
    यह prediction को अपने-आप गलत नहीं ठहराता, लेकिन energy density और market demand के बीच जो connection लेख दिखाना चाहता है, वह बहुत convincing नहीं लगता। higher-density batteries का development ground-effect electric seaplanes जैसे specific use cases के लिए अच्छा है, लेकिन cars या grid storage के लिए essential नहीं है। cars तो broadly viable हो चुकी हैं, और grid storage में cost outlook और self-discharge rate ज़्यादा important हैं

  • तीसरे आधार में जोड़ने के लिए एक local anecdote है
    यहां कुछ go-kart tracks हैं, और कुछ साल बाद हाल में गया तो देखा कि वे सभी electric go-karts में बदल चुके हैं। वे कहीं ज़्यादा शांत हैं, धुआं नहीं छोड़ते, और indoors भी अच्छे से चलते हैं

    • 0RPM पर maximum torque मिलने से motorsports कहीं ज़्यादा interesting हो जाता है। खासकर उन कमजोर 2-stroke engines वाले low-end karts की तुलना में, जिन्हें मेरे भारी शरीर को accelerate करने में जैसे हमेशा लग जाता था

  • इसलिए कहा जा रहा है कि electric revolution आ रही है और बहुत से लोग व देश चौंक जाएंगे। solar और wind electricity की cost भी similar pace से घट रही है

    • यह पहले ही आ चुकी है। पिछले 10 साल से चल रही है, और renewable energy एक mature industry है। इसने coal की economics को practically तोड़ दिया है, और अगला नंबर natural gas का है

  • chart 2 में “top energy battery density vs battery cost” comparison अजीब लगता है
    क्या एक field के top-end को दूसरी field के average से compare करना आम बात है? जैसे top-end car का 0-60mph acceleration time और average car price compare करना—पता नहीं इसमें कोई real information है या नहीं। उन्हीं cars की cost compare करनी चाहिए, non-top-end cars को शामिल नहीं करना चाहिए, है ना? मैं क्या miss कर रहा हूं?

    • chart 2 निश्चित रूप से अजीब है। 2023 में ऐसा लगता है जैसे batteries free हैं
    • आपने कहा कि top-end car के 0-60mph acceleration time और average car price की comparison शायद real information नहीं देती, लेकिन अगर consumer cars के development को detail में देखें तो दिखता है कि top-end performance का diffusion average vehicles तक नीचे आता है
      बेशक कुछ हद तक dilute होता है, लेकिन disc brakes, fuel injection, microprocessor control जैसी चीज़ों में साफ यही pattern दिखा। batteries में भी समय के साथ ऐसा होता है। यह future की झलक देखने का तरीका है, बस थोड़ी dilution के लिए adjust करना होता है

  • सच में interesting चीज़ stationary storage की भारी growth है। शायद यह सबसे तेज़ी से बढ़ने वाला segment है

    • grid-scale storage के लिए stationary systems में Form Energy जैसे बेहतरीन options हैं, और lithium chemistry की power density advantage पर निर्भर रहने की ज़रूरत भी नहीं। अगर अगले 6 साल में यह segment GWh/year charts पर dominate करे तो आश्चर्य नहीं होगा
    • क्या कोई मानता है कि Stem Inc. stationary batteries का Microsoft बन सकता है?

  • मेरा मानना है कि इलेक्ट्रिक कार की बैटरी पर खर्च होने वाले पैसे का 25% अलग करके घरेलू सोलर पैनल पर खर्च करना बेहतर है। कारों पर बड़ी रकम खर्च करने वाले, लेकिन उसी कार के लिए बिजली बनाने वाली व्यवस्था पर तुलनात्मक रूप से थोड़ी-सी रकम भी खर्च न करने वाले लोगों का अहंकार सहना मुश्किल है
    बैटरी के साथ भी यही बात है। घरेलू बैटरी+सोलर जितना नेट कार्बन घटाते हैं, वह फैमिली कार में बैटरी लगाने से कहीं ज्यादा है। कार दिन में सिर्फ कुछ घंटे चलती है, लेकिन पूरी तरह off-grid सोलर+बैटरी वाला घरेलू सिस्टम 24/7 कार्बन घटाता है
    दूसरे शब्दों में, Honda Civic इंटरनल-कम्बशन कार + घर का सोलर/बैटरी संयोजन, ऐसी Tesla की तुलना में ज्यादा कार्बन घटाता है जिसके पास वास्तविक बिजली उत्पादन क्षमता नहीं है। बस यह चलन में नहीं है

    • बैटरियां शुद्ध renewable energy की ओर संक्रमण के लिए जरूरी तत्व हैं। अगर इलेक्ट्रिक कारों की मांग पर्याप्त रूप से कम हो जाए, तो grid operators सस्ती बैटरियों को अपनाने के लिए लाइन लगाएंगे
      इसके अलावा V2G/H निकट भविष्य में लगभग निश्चित रूप से हकीकत बनने की संभावना रखता है, और इलेक्ट्रिक कारों की बैटरियों को grid stabilization में भी इस्तेमाल कराया जाएगा
    • मैंने इलेक्ट्रिक कार इसलिए खरीदी क्योंकि मुझे लगा कि मेरे खर्च करने लायक पैसे का इलेक्ट्रिक कार व्यवसाय को प्रोत्साहित करने में ज्यादा leverage effect होगा
      मुझे लगा कि यह व्यवसाय बैटरी उत्पादन में सुधार और लागत में कमी लाएगा, और इसका ripple effect ऑटोमोबाइल उद्योग से कहीं आगे तक जाएगा। हाल में बैटरी कीमतों में आई गिरावट को मैं इस बात का अच्छा प्रमाण मानता हूं कि यह प्रक्रिया सचमुच काम कर रही है। बेशक, यह कहने की जरूरत नहीं कि किसी एक व्यक्ति का योगदान मामूली होता है
    • अगर स्थानीय utility या बिजली कंपनी से पाला पड़े, तो वे सचमुच घरेलू सोलर से नफरत करते हैं। installation रोकने के लिए वे हर संभव delaying tactic अपनाते हैं, और इसे बेकार व महंगे विकल्प जैसा दिखाते हैं
    • घरेलू सोलर, solar power plants जितना efficient नहीं है। अगर उस 25% को solar farm बनाने में खर्च किया जाए, तो और आगे निकला जा सकता है। हालांकि घरेलू बैटरी power plant का मतलब बनता है
    • हजारों डॉलर के सोलर पैनल आपके मामले में emissions ज्यादा घटा सकते हैं, लेकिन मेरे मामले में बिल्कुल नहीं। यहां के power grid का gCO2/kWh बहुत कम है

  • संबंधित लेख: इलेक्ट्रिक कार बैटरियों की कीमतें उम्मीद से ज्यादा तेजी से गिर रही हैं: https://news.ycombinator.com/item?id=38304405