बैटरी की कीमत और कितनी नीचे जा सकती है
(aukehoekstra.substack.com)- अगर sodium batteries बहुत सस्ती हो जाती हैं, तो stationary batteries घरों, कंपनियों और power grid के कई हिस्सों में लगाई जा सकती हैं, और grid को मजबूत करने की तुलना में स्थानीय demand response और storage बड़ी भूमिका निभा सकते हैं
- Wright’s Law आधारित learning curve से देखें तो battery prices उत्पादन दोगुना होने पर हर बार लगभग 25% घटती रही हैं, और इस trend को 2030 तक extrapolate करने पर cell price प्रति kWh 8 डॉलर तक आ सकती है
- material costs में भी LFP 2024 में पहले ही लगभग 50 डॉलर प्रति kWh के स्तर पर है, और lithium से लगभग 30 गुना सस्ता sodium cathode और anode raw material cost को लगभग 1 डॉलर प्रति kWh तक घटा सकता है
- Netherlands में grid congestion के कारण 10,000 से अधिक कंपनियों को जरूरी बिजली नहीं मिल पा रही है और अगले 10 वर्षों में grid पर 236 अरब यूरो खर्च करने की योजना है, लेकिन गणना बताती है कि 5 घंटे storage के लिए 7TWh batteries लगभग 5 अरब यूरो में संभव हो सकती हैं
- सस्ती batteries अगर सच में power grid को बदलनी हैं, तो Internet जैसी interoperable architecture, automatic communication standards, public-key cryptography, और low-energy distributed ledger आधारित trust system भी साथ में चाहिए
सस्ती batteries power grid को क्यों बदलती हैं
- अगर sodium batteries पर्याप्त सस्ती हो जाती हैं, तो power system में batteries की भूमिका बहुत फैल जाएगी
- स्थानीय demand response महत्वपूर्ण हो जाएगा
- resilience और grid stability सुधरेगी
- grid reinforcement का बोझ घटेगा
- solar और wind का विकास आसान होगा
- Batteries EVs से आगे बढ़कर पूरे नए energy system की bottlenecks घटाने का प्रमुख साधन बन सकती हैं
- production method, material composition और packaging में सुधार जारी रहने से batteries हल्की, टिकाऊ और सस्ती हुई हैं, और हर बार नए business cases और applications खुले हैं
lithium batteries की कीमत में पिछले बदलाव
- lead-acid batteries लगभग एक सदी तक व्यापक रूप से इस्तेमाल होती रहीं, लेकिन laptops और PCs की मांग ने बेहतर batteries के विकास को बढ़ावा दिया
- 2008 में battery price प्रति kWh 1500 डॉलर से अधिक थी
- आज NMC battery cells प्रति kWh 100 डॉलर से कम में खरीदी जा सकती हैं
- NMC वह lithium battery है जिसमें nickel, manganese और cobalt cathode materials इस्तेमाल होते हैं
- LFP cells शुरुआती lithium batteries से थोड़ी भारी हैं, लेकिन कई मायनों में बेहतर हैं, और प्रति kWh 47 डॉलर तक नीचे आ गई हैं
- sodium batteries मौजूदा batteries से भी सस्ती हो सकती हैं, जिससे stationary batteries का प्रसार तेज हो सकता है
learning curve से निकाली गई 2030 की कीमत
- battery price forecast के लिए दो आधार इस्तेमाल होते हैं
- technology की learning curve
- जरूरी material costs
- Wright’s Law के अनुसार, production volume दोगुना होने पर price एक निश्चित अनुपात में घटती है
- Way et al. के open access paper में दिए battery price graph को आधार मानें, तो production experience बढ़ने के साथ observed prices लगभग सीधी रेखा की तरह नीचे जाती हैं
- example calculation में battery production 10GWh से 1200GWh तक बढ़ने के दौरान price 1200 डॉलर प्रति kWh से घटकर लगभग 150 डॉलर हो जाती है
- 10→20→40→80→160→320→640→1280 के रूप में लगभग 7 बार doubling होती है
- इस अवधि में learning rate हर production doubling पर लगभग 25% price decline है
- IEA की हालिया battery report के 2015~2023 battery production data का इस्तेमाल करने पर 59% annual growth trendline data से अच्छी तरह मेल खाती है
- trendline का correlation 99.9% बताया गया है
- अगर 2023 के 2410GWh से सालाना 59% growth मानें, तो 2030 में यह 61,917GWh हो जाएगा
- यह लगभग ठीक 8 बार doubling के बराबर है
- 2023 में 80 डॉलर प्रति kWh से शुरू करके 25% decline को 8 बार लागू करें, तो 2030 में cell price प्रति kWh 8 डॉलर होगी
material costs से बनती price floor
- अतीत में cell level पर battery price का प्रति kWh 50 डॉलर से कम होना अवास्तविक लगता था
- NMC batteries में NMC111 और NMC811 दोनों में cathode raw material cost ने बड़ा अंतर नहीं बनाया
- energy density लगभग 300Wh/kg पर peak होने पर cathode raw material cost लगभग 50 डॉलर प्रति kWh थी
- lithium cost लगभग 10 डॉलर प्रति kWh जोड़ने पर प्रति kWh 60 डॉलर से नीचे जाना मुश्किल था
- LFP batteries फिर से उभरीं और CATL ने energy density को 200Wh/kg से ऊपर पहुँचा दिया
- 60kWh LFP battery किफायती EV में लगभग 350km range दे सकती है
- cell weight लगभग 300kg के स्तर पर हो सकता है
- LFP में iron और phosphate raw material cost प्रति kWh 20 cents से कम है, और anode के carbon की cost भी इसी स्तर पर है
- सिद्धांततः cathode और anode material cost प्रति kWh 1 डॉलर से कम हो सकती है
- इस स्थिति में lithium raw material cost का लगभग 90% होता है, लेकिन कुल raw material cost लगभग 11 डॉलर प्रति kWh रहती है
- 2024 price data में LFP पहले ही लगभग 50 डॉलर प्रति kWh के स्तर पर है
- यह अफवाह भी है कि fully installed grid batteries प्रति kWh 100 डॉलर से कम पर offer की जा रही हैं
- IEA installed grid battery prices के प्रति kWh 100 डॉलर से कम होने का समय 2050 के बाद अनुमानित करता है
sodium batteries की और कम raw material cost
- LFP batteries में lithium raw material cost पर हावी है, लेकिन sodium lithium से लगभग 30 गुना सस्ता है
- sodium batteries cathode और anode raw material cost को फिर से लगभग 1 डॉलर प्रति kWh के स्तर तक ला सकती हैं
- energy density भी पहले ही लगभग 160Wh/kg है
- 60kWh battery cell level पर 400kg से कम हो सकती है
- learning curve extrapolation 2030 में 8 डॉलर प्रति kWh की ओर इशारा करता है, और material cost calculation भी प्रति kWh कुछ डॉलर के स्तर की संभावना दिखाती है
- lithium-sulfur batteries एक अलग संभावना के रूप में बनी हुई हैं, जिनकी cost इसी तरह कम और weight बहुत हल्का हो सकता है
grid congestion और stationary batteries
- यह दृष्टिकोण है कि wind और solar पर केंद्रित सस्ता energy system संभव है
- Netherlands में grid congestion एक बड़ी समस्या है
- 10,000 से अधिक कंपनियों को जरूरी बिजली नहीं मिल पा रही है
- यह संख्या तेजी से बढ़ रही है
- अगले 10 वर्षों में grid पर 236 अरब यूरो खर्च करने की योजना है
- सस्ती batteries grid investment के बड़े हिस्से की जगह ले सकती हैं
- पूरे देश की बिजली के 5 घंटे storage के बराबर 7TWh batteries की cost लगभग 5 अरब यूरो हो सकती है, ऐसी गणना है
- अनुमान है कि 2030 से पहले long-lasting batteries प्रति kWh 50 डॉलर से कम पर जगह-जगह लगाई जा सकती हैं
- घरों में 20kWh battery लगभग 1000 डॉलर में install हो सकती है
- payback period 3 साल से कम बताया गया है
- दिन के समय power use peaks को रोक सकती है, voltage fluctuations घटा सकती है, और outages से बचा सकती है
- कंपनियां और industrial parks बड़ी batteries खरीदकर grid congestion को जल्दी कम कर सकते हैं
solar-wind prices और grid stability
- Batteries solar और wind से बनी excess power को price थोड़ा कम होने पर absorb करती हैं, और price थोड़ा बढ़ने पर फिर supply करती हैं
- इस operating model की वजह से wind और solar दिन भर लगभग स्थिर price पा सकते हैं
- battery deployment wind और solar की तेज growth को जारी रखना संभव बनाता है
- बड़े grid में भी batteries peaks और troughs को flatten करती हैं
- outages
- voltage fluctuations
- peaks के कारण grid congestion
- यह analogy दी गई है कि सस्ती batteries तूफानी power grid को शांत swimming pool जैसा बना सकती हैं
Internet जैसा open और secure power grid
- सस्ती batteries grid congestion को हल करें और solar-wind diffusion में मदद करें, इसके लिए grid architecture भी साथ में तैयार होना चाहिए
- दुनिया भर के power grids को Internet के OSI model जैसी architecture चाहिए
- दुनिया में कोई भी compatible hardware solutions develop कर सके
- इसमें hardware level के साथ protocols और energy flow control करने वाले devices के बीच automatic communication methods भी शामिल होने चाहिए
- protocol के तौर पर TCP/IP को candidate के रूप में बताया गया है
- energy sector में भी W3C standards जैसे browser interoperability सुनिश्चित करने वाले standards जैसी व्यवस्था चाहिए
- सभी devices को public-key cryptography का इस्तेमाल करना चाहिए
- यह verify किया जा सके कि information trusted device से आई है
- यह validate किया जा सके कि वह device सच में मौजूद है और known functions वाला device है
- low-energy distributed ledger भी भूमिका निभा सकता है
- Proof of Work नहीं, बल्कि Proof of Stake का उल्लेख है
- central trusted authority के बिना काम करने वाला trustless system बनाया जा सकता है
power grid operation में बदलाव
- modern sodium batteries के आने से stationary batteries उम्मीद से कहीं ज्यादा सस्ती और आम हो सकती हैं
- power grid top-down management structure से अधिक distributed और bottom-up structure में बदल सकता है
- घर batteries का इस्तेमाल कर बिजली को अधिक stable और सस्ते तरीके से उपयोग कर सकते हैं
- neighbourhood level पर batteries का उपयोग करके local electricity share की जा सकती है
- grid costs घटाई जा सकती हैं
- grid construction delays घटाए जा सकते हैं
- पूरा power grid सस्ता और अधिक resilient तरीके से operate करेगा, और large-scale solar और wind को संभाल सकेगा
1 टिप्पणियां
Hacker News की राय
घरेलू LiFePO4 (लिथियम आयरन फॉस्फेट) batteries अभी भी काफ़ी सस्ती हैं
residential power storage के लिए 48V metal rack-mounted, connectable system में Battery Management System (BMS) तक शामिल हो, तो CATL/Seplos जैसे भरोसेमंद Chinese suppliers से shipping और customs सहित यह करीब $89/kWh पड़ता है
बस समुद्री shipping का इंतज़ार करना पड़ता है, और अगर अमेरिका में तुरंत खरीदना हो तो करीब $30/kWh और जुड़ जाता है
वही supplier की sodium batteries अभी $130/kWh हैं और उसी form factor में efficiency लगभग 26% कम है, लेकिन उम्मीद है कि यह हिस्सा बदलेगा
बिजली दरें बढ़ने की वजह से मैंने एक घर को पूरी तरह solar + LiFePO4 batteries पर शिफ्ट कर दिया है और बिना दिक्कत इस्तेमाल कर रहा हूं, इसलिए वापस utility company पर जाना सोचना भी मुश्किल है। panels बेहिसाब सस्ते हो गए हैं, और जगह काफी होने के कारण मैंने used panels का pallet लगभग shipping cost जितने दाम पर, 270W panel के $34 में खरीदा, और वे rated capacity का करीब 85% दे रहे हैं
बाकी comments में बहुत ज़्यादा cost बताई जा रही थी, इसलिए यह बात उठाई
कुछ साल पहले जब LG system का quote लिया था तो वह इस कीमत का 4 गुना था, और मेरे 2013 के पुराने panels microinverters की जगह single inverter इस्तेमाल करते थे, इसलिए अगर उन्हें छेड़ा तो सब कुछ replace करना पड़ता
मैं अब भी उम्मीद करता हूं कि ऐसे छोटे installers बहुत पैदा हों जो सब कुछ electrify कर दें, और अच्छी, practical और सुरक्षित EV conversions भी देखने को मिलें, लेकिन लगता नहीं कि यह सच में हो रहा है
warranty replacement मिले भी, न भी मिले
आपको ऐसा product मिल सकता है जो हज़ार cycles तक बिना समस्या चले, या ऐसा भी जो एक हफ्ते में खराब हो जाए; warranty replacement मिल भी सकता है, लेकिन हर हफ्ते कई घंटे warranty request push करते रहने के बाद भी कुछ हासिल न हो सकता है
अगर आप used panels और Chinese batteries खरीदने और सारा काम खुद करने को तैयार हैं, तो मौका बड़ा है, यह सही है; लेकिन equipment की कीमतें गिर रही हैं जबकि labor cost बढ़ रही है, इसलिए professionally installed systems अब भी महंगे हैं
ज़्यादातर इलाकों में, जब तक घर बहुत remote जगह पर न हो, grid connection बनाए रखना पड़ता है
tariffs usage-based जैसे दिखते हैं, लेकिन असल cost उस baseload infrastructure investment से dominate होती है जो इस संभावना के लिए होती है कि साल में कुछ दिन वह घर पूरी तरह grid power पर लौटेगा
इसलिए जब तक आप grid से connected हैं, भले ही साल में सिर्फ कुछ दिन grid electricity इस्तेमाल करें, utility company को लगभग वही cost उठानी पड़ती है
मैं DIY project के लिए EG4 की 5kW LiFePO4 server rack battery खरीदने की सोच रहा हूं, और यह $220/kWh के करीब है
अभी मैं यह product खरीदने की सोच रहा हूं, और अगर आप इससे बेहतर कुछ जानते हैं तो देखना चाहूंगा: https://signaturesolar.com/eg4-lifepower4-lithium-battery-48...
https://geizhals.de/?cat=bmseswresp&sort=t&hloc=at&hloc=de&v...
यह लेख अपनी दलील में बहुत बिखरा हुआ है
2030 की कीमत का अनुमान lithium battery लागत के extrapolation से लेता है, लेकिन असल में यह मानता है कि sodium chemistry batteries हावी हो जाएंगी और floor-level कीमतों पर आम हो जाएंगी
जबकि पहली sodium battery अभी पिछले एक साल में ही मुश्किल से आई है
यह भी समस्या है कि battery को system का इकलौता component जैसा माना गया है। chargers, inverters, और physical structures उसी गिरावट curve को follow नहीं करते, और वे battery के ऊपर जुड़ने वाली fixed cost हैं
आखिर में, 2017 में electric trucks की भविष्यवाणी करने पर खुद की तारीफ वाले हिस्से से लेकर power grid coordination में blockchain उपयोगी हो सकता है जैसी बातों तक, इसमें धुंधले futurism वाले कई वाक्य मिले हुए हैं
“trustless system” को “बस काम करने वाला system” बताने वाला वाक्य पढ़कर भी समझ नहीं आता, और लगता है कि लेखक मान बैठा है कि blockchain ही हर चीज़ का भविष्य है
पढ़ने में मज़ेदार हो सकता है, लेकिन “कीमतें घटेंगी” के अलावा मुझे कुछ खास नहीं मिला
जिस संगठन को वह lead करने का दावा करता है, उसका “poster wall” यहां है: https://neonresearch.nl/poster-wall/
वहां “creative storytelling के जरिए interdisciplinary convergence” लिखा है
इस विषय का कहीं बेहतर summary इस हफ्ते के Economist cover story में है
असल में batteries कितनी सस्ती हो सकती हैं, इसे देखें तो lithium की कीमत पिछले एक साल में 80% गिरी है और अभी overproduction की स्थिति है: https://www.reuters.com/markets/commodities/lithium-producer...
Exxon का भी lithium production division है और वह expand कर रहा है; Nevada, Sonora (Mexico), Western Australia में 5 नई mines, Quebec, Zimbabwe आदि में बड़ी lithium mines बन रही हैं
पुरानी batteries की recycling जमीन के नीचे के resources से कहीं अधिक concentrated source है, इसलिए lithium supply कोई बड़ी समस्या नहीं लगती
raw lithium की कीमत short-term car sales पर बड़ा असर नहीं डालती, इसलिए वह बहुत ऊपर-नीचे होती है; छोटे commodities में यह normal है
इसका मतलब है कि sodium batteries शायद जरूरी ही न हों, और fire risk को देखते हुए यह अच्छी बात है
fixed installations और low-end cars के लिए lithium iron phosphate सस्ता है और thermal runaway नहीं होता, और अभी BYD व CATL के ज्यादातर products में यही जाता है। APS से बस यही उम्मीद है कि सही दिशा पकड़े और 10 साल चलने वाला LiFePO4 छोटा UPS निकाले
अगला है solid-state batteries, जिनमें hype बहुत है, कुछ samples हैं, और production cost की समस्या है: https://spectrum.ieee.org/solid-state-battery-production-cha...
Fraunhofer Institute की lab-scale manufacturing process यहां है, और lab में यह काम करती है: https://www.youtube.com/watch?v=j5SVrp8N-1M&
production test scale यहां है: https://www.youtube.com/watch?v=_eZGuDaqZAE
IEEE की तरफ consensus यह है कि solid-state battery production technology मौजूदा lithium-ion production से करीब 10 साल पीछे है, लेकिन Shenzhen से Belgium और Maryland तक test production चल रहा है, इसलिए progress तेज है
ऐसी processes scale बढ़ने पर सस्ती होती हैं। consumer adoption बढ़ाने के लिए 10-minute charging चाहिए, इसलिए solid-state batteries महत्वपूर्ण हैं
solar और battery technology के बीच fossil fuels जल्द ही बड़े स्तर पर पीछे धकेले जाएंगे
पहले से ही एक सामान्य market मौजूद है, इसलिए inverter/charger को मौजूदा market के price signals लेकर homeowner की इच्छा के अनुसार चलना चाहिए; blockchain या central control की बिल्कुल जरूरत नहीं है
smart meters और आम हो रहे हैं, इसलिए peak hours में कीमत ज्यादा होने पर battery power इस्तेमाल कराने के लिए motivate करना भी पहले से आसान है
हालांकि inverter/charger भी गिरावट trend पर जाएंगे। batteries जितनी तेजी से नहीं, लेकिन कीमतें नीचे जाएंगी
wide bandgap semiconductor FET लगातार सस्ते और बेहतर हो रहे हैं, जिससे per device ज्यादा current और voltage handle होता है, अधिक efficient power topologies संभव होती हैं, cooling आसान होती है, heatsink का weight और material कम होता है, per unit volume power बढ़ती है और mass घटता है
production volume बढ़ना भी economies of scale लाएगा
अभी 48V DC/230V AC, 8000VA Victron Multiplus 2 inverter/charger 1,800 डॉलर में खरीदा जा सकता है, और मैं जल्द ही एक खरीदने वाला हूं ताकि बंद हो चुकी कंपनी के test site से लगभग मुफ्त में मिले 31kWh AGM batteries के साथ DIY system बना सकूं
2030 में इसी capacity का inverter/charger करीब आधी कीमत पर और efficiency कुछ percent अधिक मिल जाए तो हैरानी नहीं होगी। अभी max efficiency 95% है, लेकिन तब 97~98% ज्यादा common होने की उम्मीद है
सस्ते Chinese products भी पहले से बहुत होंगे, लेकिन यह grid-connected backup के लिए है और outage के दौरान independent operation भी करना होगा, इसलिए Australian Standards को पक्का satisfy करना चाहिए
इसे घर के नीचे रखना है, इसलिए safe होना चाहिए, और Victron का marine और caravan sectors में काफी इस्तेमाल का अच्छा track record है, इसलिए भरोसा होता है
इस लेख में देखने लायक दो सबसे बड़े numbers LFP का 200Wh/kg और sodium-ion का 160Wh/kg हैं
LFP या sodium-ion में cobalt/nickel batteries जैसी thermal runaway fire समस्या के कारण बड़े पैमाने पर cooling की जरूरत नहीं दिखती, इसलिए real pack density बेहतर है और structure भी सरल है
200Wh/kg efficiency के हिसाब से 300~400 mile, शायद 500 mile range वाली car के बराबर है
160Wh/kg sodium-ion 200~300 mile, शायद 400 mile car के बराबर है
इसे इस तरह देखें तो consumer transport electrification का अर्थ काफी बड़ा हो जाता है। अगर sodium-ion density उचित scale-up पा ले, तो यह दुनिया के 4 से 5 अरब लोगों के लिए urban cars की समस्या सुलझाने वाली technology है
LFP घनत्व यह संकेत देता है कि अच्छी charging infrastructure होने की शर्त पर थोड़ी और लंबी driving range की जरूरत रखने वाले अतिरिक्त 1–2 अरब लोगों को भी कवर किया जा सकता है
LFP और sodium-ion roadmap में दोनों के अगले 2–3 वर्षों में, और अधिक से अधिक 5 वर्षों के भीतर, कम से कम 20% बेहतर होने की संभावना बड़ी है
lithium-sulfur और sodium-sulfur जैसी sulfur chemistry को सुलझा लिया जाए, तो 10–15 वर्षों में density को 2–3 गुना तक बढ़ाया जा सकता है
कुल मिलाकर यह बहुत ही क्रांतिकारी बदलाव है
chargers, inverters और physical structures battery जैसी गिरावट curve का पालन तो नहीं करेंगे, लेकिन learning rate एक आम phenomenon है, इसलिए वहाँ भी लागत घट रही है
2018 के paper “Estimating the learning curve of solar PV balance–of–system” ने modules के 20% learning rate की तुलना में BOS का learning rate 11% अनुमानित किया
https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.06.016
मैं घर में 5~20kWh battery backup रखना चाहता/चाहती हूँ और उसके लिए जगह भी है, लेकिन जब स्थानीय solar/battery installer को फोन किया तो उन्होंने कहा कि घर में grid-charged battery backup लगाना गैरकानूनी है
मैं Minnesota में रहता/रहती हूँ
उन्होंने यह भी कहा कि काल्पनिक solar setup से आई बिजली को भी store नहीं किया जाता, बल्कि grid को बेच दिया जाता है, और बदले में भविष्य के winter bills पर discount मिलता है—यह सौदा मुझे कुछ खास अच्छा नहीं लगा
मैं Ukraine Kyiv में रहता/रहती हूँ, रूस ने कई power plants नष्ट कर दिए हैं और nuclear plants repair और fuel reloading में हैं, इसलिए इन दिनों दिन में 10 घंटे भी बिजली नहीं आती
South Africa में 2008 से बीच-बीच में rotational load shedding होती रही है, और middle-class घरों में battery inverter और optional solar रखना काफी standard होता जा रहा है
हालांकि load shedding खत्म होते ही बहुत-सी batteries एक साथ charging शुरू कर देती हैं, यह समस्या बनती है। खासकर रात में
load shedding की वजह से batteries का पूरा उपयोग न कर पाने की समस्या भी है। ideally, दिन में solar से charge हुई battery को रात भर लगभग पूरा इस्तेमाल करना चाहेंगे, लेकिन outages अनियमित हैं, इसलिए उसे बहुत कम discharge न हो ऐसा set करना पड़ता है
power outage में यह घर को बिजली दे सकता है, और जाहिर है solar या grid से charge किया जा सकता है
एक supplier यहाँ है: https://www.sunrun.com/ev-charging/ford-f150-lightning
Minnesota में UPS इस्तेमाल होते हैं, यह तो पक्का है
एक non-expert के तौर पर title देखते ही मेरे मन में सबसे पहले आया: “यह कितना सुरक्षित हो सकता है?”
RESCI को explosion, surge, combustion, inhalation risks मानें, तो products को evaluate करते समय कुछ metrics हैं जिनका मोटा हिसाब लगाना मुश्किल है
सबसे सस्ते 25% sellers से खरीदने पर RESCI में वृद्धि, ऐसे product lot से चुने जाने पर वृद्धि जिसे quality assurance pass नहीं करना चाहिए था, AliExpress या किसी random site से खरीदने पर वृद्धि, गिरा देने या hammer से मारने या धूप में छोड़ देने या power surge लगने पर वृद्धि, और high population density वाले मोहल्ले में रहते हुए जहाँ लोग AliExpress के सबसे सस्ते 25% products खरीदते हैं और कभी-कभी उन्हें गिराते या ठोकते हैं—उससे होने वाली वृद्धि जैसी चीजें
Western दुनिया को residential electrical service का काफी लंबा अनुभव है, लेकिन कई standards से देखें तो यह अभी भी उम्मीद से कहीं ज्यादा खतरनाक है
समस्या मुख्यतः lithium-based systems में लगती है, और iron या sodium-based systems कहीं ज्यादा सुरक्षित हैं
बदले में energy density कम है, लेकिन यह reasonable tradeoff है, और charge-discharge life भी काफी लंबी होती है, इसलिए यह सिर्फ हजार-भर cycles नहीं बल्कि tens of thousands cycles तक जा सकती है
“2023 में 2410GWh से शुरू होकर हर साल 59% बढ़े तो 2030 में 61.917GWh होगा। यह 2030 तक लगभग ठीक 8 बार doubling के बराबर है” वाले हिस्से में order-of-magnitude error है
यह लगभग 26 गुना increase है। 8 बार doubling के लिए 256 गुना increase चाहिए
कोई भी साधारण calculation mistake कर सकता है, लेकिन 7 साल तक 60% annual growth, 8 साल तक 100% annual growth के करीब नहीं हो सकती—यह काफी स्पष्ट होना चाहिए
खासकर जब author article के पहले page पर exponential growth का अनुमान लगाने के अपने track record का बखान करता है
यह सिर्फ nitpicking इसलिए नहीं है क्योंकि यही गलत result आगे cost reduction estimates का आधार बनता है
2410GWh से शुरू होकर हर साल 59% compound growth हो तो 61,915GWh, यानी लगभग 61.915TWh होता है
इसलिए हो सकता है author GWh नहीं बल्कि TWh लिखना चाहता था
फिर भी यह 8 doublings के बिल्कुल करीब नहीं है। उसमें 12 साल लगेंगे, यानी करीब 2035 तक। 1.59^12 = 261 गुना
ऐसे लेख जो अपनी reasoning process साथ में दिखाते हैं, सचमुच आभारी बनाते हैं क्योंकि conclusions को external data से verify किया जा सकता है, और यह बात अच्छी लगी
California में solar के बढ़ने में subsidies के अलावा जिस चीज ने मदद की, वह थी grid interconnection, जिससे battery technology को सीधे manage नहीं करना पड़ा
शुरुआत में watts को watts से exchange करने जैसा effective tariff plan था, लेकिन जब utilities को समझ आया कि power sales profit में कमी उनके infrastructure maintain करने और शहरों को उड़ाने व जंगल जलाने के लिए court-ordered compensation देने की ability को प्रभावित करती है, तो उन्होंने CPUC से model बदलवाकर solar homeowners को utilities के sharecroppers जैसा बना दिया
फायदा अगर कोई है तो यह कि इससे 100% off-grid में रुचि फिर से जागती है। क्योंकि इससे utilities का leverage खत्म होता है और price control market और consumers के हाथ में लौटता है
दिलचस्प बात यह है कि अब सुनाई देने लगा है कि utilities consumers और commercial buildings के “whole-building” power systems को peak power emergencies में grid backup के रूप में इस्तेमाल करना चाहती हैं, और जरूरत न हो तब भी grid connection अनिवार्य करने की कोशिश कर रही हैं
मैं ईमानदारी से अपने representatives को लिख रहा/रही हूँ कि CPUC को emergency में grid बनाए रखने के लिए मुझे बिजली किस दाम पर वापस बेचनी होगी, यह आदेश देने से इनकार करना चाहिए, और market जितना झेल सके उतना charge करने का अधिकार मैं अपने पास रखना चाहता/चाहती हूँ
dysfunction के लिहाज से यह काफी Texas जैसा है, लेकिन लक्ष्य zero-carbon household power grid को तेजी से फैलाना है, और incumbent utilities को बाहर करना भी उस लक्ष्य में मदद करता है
batteries इसका core हैं, और अगर author सही है और 2030 तक $1/kWh batteries तक पहुँचा जा सकता है, तो खुशी है कि शायद मैं अपने जीवन में इसे देख पाऊँगा/पाऊँगी
[1] मैं कड़वा/कड़वी लग रहा/रही हूँ? ऐसा क्यों सोचते हो :-)
उद्योग के इंजीनियरों, वैज्ञानिकों और operations संभालने वालों से आए अनुमान सुनना चाहूंगा
यह लेख ऐसा पढ़ता है मानो इसे किसी armchair expert ने लिखा हो, जो batteries के बारे में बहुत सोचता तो है, लेकिन जिस भविष्य का वर्णन कर रहा है उसे सच में बनाने के काम से दूर है
कई बार technical details अहम होती हैं, और अनुमानित scaling trends अनिवार्य नहीं होते
फिर भी मुख्य तर्क तर्कसंगत है
लेखक गहरा technical expert न भी हो, तब भी exponentials को पहचानकर extrapolation सही कर सकता है
exponential growth कभी न कभी रुकती है, लेकिन इससे यह मानने की कोई वजह नहीं बनती कि वह इसी साल रुकेगी
sodium और battery cost पर napkin calculation कम-से-कम ठीक लगती है, इसलिए सिर्फ लेखक engineer नहीं है इस वजह से हाथ झाड़ने के बजाय इसे गंभीरता से देखना चाहिए
लेखक ने दिखाया था कि 10–20 हजार सालों में मानव गति कैसे बढ़ी, और माना था कि घोड़े को पालतू बनाना, clipper ships, steam locomotives, cars, airplanes और rockets ने गति बढ़ाई
अगर मानें कि यह Gagarin के तुरंत बाद की बात थी, तो मानवता 5 मील प्रति सेकंड तक पहुंच गई थी
दौड़ने से घोड़े को पालतू बनाने तक हजारों साल लगे, जबकि Wright brothers से Gagarin तक सिर्फ करीब 60 साल लगे, इसलिए कहा गया कि acceleration भी accelerate हो रही है, और extrapolate करने पर 2000 के आसपास warp drive जैसी किसी चीज़ से light speed पार करना स्पष्ट लगता था
बेशक, मौजूदा record speed 1968 की करीब 7 मील प्रति सेकंड है, और 1972 के बाद से वह भी दोबारा हासिल नहीं हुई। यह extrapolation की सीमा है
ऐसा पहले भी हुआ है। शुरुआती computer scientists उन devices की कल्पना नहीं कर पाए थे जिन्हें हम रोज़ बिना सोचे अपनी जेब में लेकर चलते हैं। बस एक पीढ़ी पहले की बात है; मेरी उम्र से आधे लोगों के लिए तो दो पीढ़ी पहले की
निजी तौर पर मुझे लगता है कि इस सदी की theme सस्ती और sustainable energy को हास्यास्पद रूप से प्रचुर बनाना है, ताकि हम सोचें कि पहले आखिर हम क्या कर रहे थे और कैसे टिके हुए थे
उस दिशा में converge करती इतनी सारी technical breakthroughs हैं कि यह होगा ही; सवाल “कब” का है, “होगा या नहीं” का नहीं
timeline अनिश्चित है, लेकिन बहुत ज्यादा अनिश्चित नहीं। लेखक काफी छोटे time range में कुछ trends extrapolate कर रहा है और वह गलत भी हो सकता है। 5 गुना गलत होने पर भी यह फिर भी reasonable timetable में होगा
मुझे नहीं लगता कि वह इतना ज्यादा गलत निकलेगा। 2030–2035 तक internal combustion engines और fossil fuels का अंत हो जाएगा
बहुत सस्ती batteries में stored बहुत सस्ते electrons का उपयोग न करना पागलपन होगा। $50 per kWh पर सोचने की जरूरत नहीं, और $5/kWh पर कुछ और इस्तेमाल करना पूरी तरह असामान्य होगा। वह “सिर्फ” 10 गुना सुधार है
यह मानना भोला लगता है कि 2024 में सारी innovation रुक गई और उसके बाद कोई technical progress नहीं होगी, क्योंकि बहुत सारी चीज़ें अच्छी funding के साथ चल रही हैं और नतीजे देती दिख रही हैं
उलटा नजरिया यह है कि progress लगभग तय है, और कुछ चीज़ें धीमी भी हों तो कोई दूसरी चीज़, जिसके बारे में हमने अभी सोचा नहीं है, खाली जगह भर सकती है
अभी से 2030 तक हम कुछ educated guesses लगा सकते हैं, और लेखक की बात लगभग वही है
सस्ती और clean energy परिवर्तनकारी है। आज की ज्यादातर बड़ी समस्याएं सीधे या परोक्ष रूप से energy bottleneck में फंसी हैं
energy को सस्ता बनाना अहम है। 2 गुना सुधार भी अच्छा है, 10 गुना बेहतर है, और कुछ दशकों में 100 गुना भी दिख सकता है। इसके बीच की कोई भी जगह परिवर्तनकारी है, और उससे आगे की कल्पना करना मुश्किल है लेकिन असंभव नहीं
शायद किसी दिन हम fusion कर लेंगे, और वह सस्ता भी हो सकता है
लेकिन हमारे पास पहले से orbit में एक शानदार fusion power plant है, यानी सूरज, जो हमारी वास्तविक जरूरत से कई orders of magnitude ज्यादा energy भेज रहा है
हम solar panels से उसे harvest करना सीख रहे हैं, और पौधे व पेड़ यह तरकीब बहुत पहले सीख चुके हैं
यह लेख storage के लिए batteries का उपयोग करने की बात है, और दोनों मिल जाएं तो तस्वीर बहुत सुंदर बनती है
sodium-ion की मुख्य बात यह है कि इसमें rare या special materials नहीं हैं। materials सस्ते हैं और उनके खत्म होने की संभावना कम है
हमें batteries कितने TWh की चाहिए होंगी। दर्जनों, सैकड़ों, हजारों TWh हो सकती हैं। मौजूदा बिजली उपयोग करीब 25PWh प्रति वर्ष है और यह संख्या बढ़ेगी
अगर 25,000TWh battery हो तो हम क्या कर सकते हैं। सालाना production जल्द ही 1TWh से ऊपर जाएगा, और इनमें से ज्यादातर batteries कई दशकों तक चलेंगी
charged batteries की 25PWh क्षमता बहुत बड़ी power है, और कुछ दशकों में ऐसी मात्रा हमारे आसपास हो सकती है
मौजूदा growth rate और experience rate के आधार पर battery cells के 2030 में $8/kWh तक पहुंचने का अनुमान है। हैरानी की बात है
कहा गया है कि हर साल 1.59 से multiply करने पर 7 साल में पूरी battery capacity 25 गुना बढ़ती है, लेकिन असल में 8 साल लगते हैं; यह छोड़ भी सकते हैं
मगर इसे 8 बार doubling कहा गया है, जबकि 8 doublings का मतलब 256 गुना बढ़ोतरी है
सालाना 100% growth पर भी 9 साल लगेंगे, और सालाना 59% growth पर 256 गुना तक पहुंचने में करीब 13 साल लगेंगे
cost reduction में भी शायद एक चूक है। अगर हर doubling पर 25% कमी हो, तो मौजूदा कीमत के 10% तक पहुंचने के लिए 9 doublings चाहिए
इसलिए $8 तक जाने के लिए 1–2 साल और जोड़ने होंगे
फिर भी 2040 के आसपास $8/kWh तक पहुंच सकना दिलचस्प है, खासकर इसलिए कि sodium batteries physically इतनी सस्ती हो सकती हैं और कई दिनों की grid storage बनाना संभव लगता है
2030 में भी, अगर लेखक का 2023 वाला $80/kWh दावा मानें, तो कीमत में लगभग दो-तिहाई गिरावट, यानी $28/kWh तक, संभव है
12V configuration में 230Ah LiFePO4 cells 4 का उपयोग करके रात में solar से चलने वाला blog चला रहा हूं
inverter के जरिए 90W वाला computer environment भी कई घंटों तक चलाता हूं
काश लोगों को ठीक से पता होता कि ऐसे cells कितने सस्ते हो गए हैं, और खुद battery storage system बनाना कितना practical है
अभी मैं ऐसा variable next-day/day-ahead electricity tariff plan इस्तेमाल कर रहा हूं जिसमें हर घंटे rate बदलता है
कुछ दिनों में कई घंटों तक electricity इस्तेमाल करने पर पैसे मिलते हैं, इसलिए यह देखकर हैरानी होती है कि wind और solar इतनी प्रचुर मात्रा में हैं
Tiber API और Python से खेलते हुए, सस्ते समय में battery को थोड़ा charge करना लेकिन solar आने के लिए जगह छोड़ देना सचमुच मजेदार है
50Ah लिथियम-आयन बैटरी की लागत घटकर उस स्तर के करीब आ रही है जहाँ वह internal combustion engine वाली कारों की lead-acid battery से मुकाबला कर सके
car makers ऐसे system डिज़ाइन कर सकते हैं जो startup के बाद battery को charging के लिए उपयुक्त तापमान तक गर्म कर दे, लेकिन यह lead-acid battery को बस लगाकर छोड़ देने जितना सरल नहीं है
उस इस्तेमाल के लिए LiFePO4 battery डिज़ाइन करना कितना आसान होगा, पता नहीं
12V इस्तेमाल करने की वजह समझ में आती है, लेकिन 12V lithium battery क्यों नहीं, यह नहीं पता
लेकिन lithium batteries recycle नहीं की जा सकतीं, और “हम लगभग पहुँच गए हैं” या “भविष्य उज्ज्वल है” कहना फिर से “तेज़ी से आगे बढ़ो और चीज़ें तोड़ो” जैसा ही है