El ascenso de las baterías en seis gráficos

 (rmi.org)
1 puntos por GN⁺ 2024-01-27 | 1 comentarios | Compartir por WhatsApp
  • La demanda de baterías está creciendo por un efecto dominó de adopción que se extiende entre países e industrias, y RMI considera que esta tendencia puede contribuir a reducir rápidamente la mitad de la demanda mundial de combustibles fósiles
  • Las ventas se duplicaron cada 2 a 3 años durante 30 años, con una tasa media de crecimiento del 33%; en la última década, cuando la adopción de vehículos eléctricos tomó impulso, se acercó al 40%
  • En los últimos 30 años, el costo de las baterías cayó 99% y la densidad energética de las celdas líderes se multiplicó por 5, creando una dinámica en la que una mayor adopción vuelve a impulsar menores precios y mejor desempeño
  • La caída de costos y la mejora de densidad pasaron de la electrónica de consumo a las motos, triciclos y autos; los próximos objetivos de transición son los camiones y el almacenamiento con baterías, con posible expansión posterior al transporte marítimo y la aviación
  • RMI proyecta para 2030 una densidad de las baterías líderes de 600~800Wh/kg, costos de 32~54 dólares por kWh y ventas anuales de 5.5~8TWh, y considera que se requiere un esfuerzo sostenido para adelantar aún más una transición rápida

Por qué la demanda de baterías sigue una curva en S

  • La demanda de baterías está aumentando por un efecto dominó de adopción que se propaga de país a país y de sector a sector
  • El informe de RMI X-Change: Batteries considera que las baterías pueden reducir rápidamente y de forma gradual la mitad de la demanda mundial de combustibles fósiles, y desempeñar un papel importante en la reducción de emisiones del transporte y del sector eléctrico
  • Las ventas crecen siguiendo una curva en S, frecuente en el crecimiento de nuevas tecnologías disruptivas
    • Durante 30 años, las ventas se duplicaron cada 2 a 3 años
    • La tasa media de crecimiento fue del 33%
    • En la última década, cuando la expansión de los vehículos eléctricos tomó impulso, la tasa de crecimiento se acercó a alrededor del 40%

La caída de costos impulsa la mejora del desempeño

  • A medida que aumenta el despliegue de baterías, los costos caen con fuerza y la densidad energética, un indicador clave de la calidad de las baterías, sube de forma sostenida
  • En los últimos 30 años, el costo de las baterías cayó 99% y la densidad energética de las celdas líderes se multiplicó por 5
  • Como suele verse en tecnologías modulares, cuantas más baterías se despliegan, más bajan los precios, y esa caída de precios vuelve a impulsar un mayor despliegue
    • Cada vez que se duplica el volumen desplegado, el costo de las baterías cae 19%
    • Bajo las mismas condiciones, la densidad energética mejora 7%
  • Al considerar en conjunto la caída de costos y el aumento de densidad, las baterías están entre las tecnologías de energía limpia que mejoran con mayor rapidez

El dominó de las baterías por sector

  • A medida que los costos bajan y la densidad energética aumenta, se abren de manera secuencial mercados donde pueden aplicarse las baterías
  • Cuando un mercado pasa a una modalidad eléctrica con baterías, la expansión de escala y la mejora tecnológica crean las condiciones para que el siguiente mercado haga la transición: esa dinámica es el efecto dominó de las baterías
  • La tecnología de baterías alcanzó primero un punto de inflexión en la electrónica de consumo y luego se extendió a motos, triciclos y automóviles
  • En la siguiente etapa, es muy probable que sigan los camiones y el almacenamiento con baterías
  • Para 2030, las baterías también podrían captar cuota de mercado en el transporte marítimo y la aviación

La velocidad de crecimiento que las proyecciones existentes pasaron por alto

  • RMI considera que el crecimiento y la mejora de las baterías serán mucho más rápidos que las proyecciones de consenso actuales
  • En las tecnologías modulares pequeñas se aplican dos reglas empíricas
    • Las tecnologías superiores que experimentan rápidas caídas de costos tienden a tener crecimiento exponencial
    • A muchos analistas les resulta fácil pasar por alto ese crecimiento en las etapas iniciales
  • Las baterías no son la excepción: los modeladores han subestimado de forma persistente la demanda de baterías
  • En los últimos años, muchas proyecciones sobre baterías asumieron en la práctica un crecimiento lineal, pero las ventas reales siguieron superando esas previsiones y los analistas elevaron repetidamente sus estimaciones
  • RMI considera que el pensamiento lineal puede parecer prudente en la superficie, pero en realidad es equivocado

Proyecciones para 2030 y motores de la transición

  • Durante los próximos 7 años, se espera que los factores que impulsan la expansión de las baterías se fortalezcan
    • Los costos seguirán bajando
    • El apoyo de políticas públicas seguirá aumentando
    • La competencia entre economías fomentará una carrera hacia arriba
  • Aunque existen barreras para la adopción de baterías, el análisis parte de que la inteligencia y la voluntad humanas, así como el capital, se están expandiendo más rápido
  • RMI considera difícil confiar en un escenario de adopción lenta y modela el futuro en dos variantes: rápido o más rápido
  • Las proyecciones para 2030 son las siguientes
    • Densidad de las baterías líderes: 600~800Wh/kg
    • Costo: 32~54 dólares por kWh
    • Ventas de baterías: 5.5~8TWh al año
  • El escenario inferior, “rápido”, sigue una trayectoria similar al escenario Net Zero de BNEF, mientras que el escenario de curva en S más rápida lo supera

El papel de las baterías en la reducción de la demanda de combustibles fósiles

  • La mejor estrategia para reducir rápidamente y de forma gradual los combustibles fósiles es acelerar el despliegue de tecnologías que reduzcan la demanda de combustibles fósiles
  • Las baterías están en una trayectoria para reemplazar 86EJ de combustibles fósiles en el transporte por carretera
    • Las emisiones actuales de ese sector son de 6GtCO2 al año
  • En el transporte marítimo y la aviación, otros 23EJ de demanda de combustibles fósiles podrían quedar en riesgo
    • Esas emisiones son de 1.6GtCO2 al año
  • En el sector eléctrico, las baterías alinean los ritmos naturales del sol y el viento con los horarios de demanda eléctrica, y permiten reducir otros 175EJ de demanda de combustibles fósiles
    • Esas emisiones son de casi 15GtCO2 al año
  • El crecimiento de las baterías es rápido, pero no se volverá suficiente de forma automática; sigue siendo necesario el esfuerzo sostenido y organizado de empresas, gobiernos, investigadores y activistas climáticos
  • Ya sea que la motivación sean los precios bajos, las ventajas geopolíticas o el clima, es esencial hacer que una transición rápida sea aún más rápida
  • El informe completo está disponible en X-Change: Batteries

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1 comentarios

 
GN⁺ 2024-01-27
Opiniones de Hacker News

  • En general es alentador, y en particular parece importante el papel de las baterías en la energía solar.
    Hay dos indicadores interesantes al respecto.

    1. La curva de pato de California quedó casi neutralizada. El desfase entre la demanda máxima y las horas de generación solar puede resolverse de la forma más directa usando baterías: https://twitter.com/baker_edmund/status/1750644294673748366
    2. Después de que se redujeron las compensaciones por electricidad solar, las solicitudes de solar en techos en California cayeron mucho: https://twitter.com/thomasopeters/status/1750920941868347539 - parte de eso pudo haber sido demanda acumulada, pero creo que muestra bien el papel de las políticas estatales en la transición hacia las energías renovables.
    • Es genial poder ver aquí cómo las baterías a nivel de red eléctrica de California “respiran” todos los días: https://www.caiso.com/TodaysOutlook/Pages/supply.html#sectio...
      Ayer llegaron a una tasa de descarga de 3 GW y una tasa de carga de 4 GW. Están impulsando rápidamente la transición para aprovechar toda la energía solar sobrante y, aunque todavía queda camino por recorrer porque el pico previsto de hoy es de 25 GW, la velocidad y la escala a la que está reemplazando a la generación existente son sorprendentes. El aire limpio es lo máximo; gracias al sol.
    • Si la solar a escala de servicios públicos cuesta mucho menos que la solar residencial en techos, desde el punto de vista de la sociedad en su conjunto, me parece que convendría que las políticas estatales fomentaran más la escala de servicios públicos que la residencial. La instalación de baterías a escala de servicios públicos probablemente también sea mucho más barata.
    • Las políticas estatales son clave para toda la revolución verde. Si los países no hubieran dado incentivos, estos cambios habrían sido imposibles.
      Una vez que todo el ciclo de producción y consumo de energía esté establecido y todos dependan de él, entonces será seguro eliminar los incentivos. Es parecido a cambiarle las llantas a un autobús en movimiento: alguien tuvo que pagar las llantas y rines nuevos, el camión de apoyo que va al lado, el combustible adicional y los descuentos para las llantas nuevas. Cuando termine el cambio de llantas, el autobús podrá seguir avanzando sin apoyo.
    • Ese tuit de la curva de pato es deshonesto. La curva del tuit es la del día con la menor carga neta. La carga neta es la carga o el consumo real menos la generación renovable.
      Si eliges el día de 2023 con la carga neta más baja, puede parecer que casi todo se cubrió con solar. Pero eso no significa que, como sugiere el tuit, California funcione todos los días completamente con solar de 10 a. m. a 4 p. m. Hoy, a las 11:56 a. m. hora estándar del Pacífico, la participación de la solar era de alrededor del 51%. La red eléctrica de California tiene suficientes cosas buenas como para no tener que mentir.
      Se puede verificar directamente aquí: https://www.gridstatus.io/live/caiso
    • Que las solicitudes de solar en techos en California hayan caído mucho después de que se redujeran las compensaciones por electricidad solar también se debe a que la gente se dio cuenta de que las celdas solares chinas baratas mueren en 5 a 10 años y no vale la pena instalarlas a menos que la electricidad sea muy cara.

  • En cuanto al precio, los fabricantes líderes ya están vendiendo por debajo del umbral en el que se consideraba que los autos eléctricos ganaban en lo económico: https://www.nextbigfuture.com/2024/01/ev-lfp-battery-price-w...
    La reciente guerra de precios en China es la prueba.

    • El punto en el que los autos eléctricos ganan en lo económico no parece tomar en cuenta el costo de una infraestructura de carga barata y disponible en todas partes. Para mucha gente, esto sigue siendo una barrera.
      Por ejemplo, no puedes tirar un cable de extensión de 110 V por toda la cuadra para cargar el auto durante la noche, y el costo de comprar una casa con cochera es mucho mayor que el ahorro en combustible.
    • Según el artículo enlazado[1], CATL está promocionando el formato VDA de 173 Ah. Es un estándar alemán de celda rectangular de 148 mm de largo, 26.5 mm de ancho y 91 mm de alto.
      Supongo que los fabricantes hacen los paquetes según los tamaños de celda disponibles. Pensaba que la tendencia iba de celdas cilíndricas, por ejemplo 4680, a celdas prismáticas o de bolsa, pero me pregunto qué pasó con la celda de BYD de 1 metro de largo: https://pushevs.com/2020/05/26/byd-blade-prismatic-battery-c...
      [1] https://cnevpost.com/2024/01/17/battery-price-war-catl-byd-c...
    • Dicen que “Tesla reducirá el costo de las baterías LFP en 800 dólares en 6 meses, y otros 800 dólares en unos 18 meses”, pero ¿hay algún modelo que use LiFePO4 actualmente?
    • ¿Por qué los consumidores todavía no sienten estos precios?

  • Los gráficos y el análisis son excelentes, pero me faltan dos cosas

    1. Me hubiera gustado que en el gráfico de densidad energética incluyeran también, a modo de comparación, la densidad energética de la gasolina. Es muchísimo más alta y, aunque extrapolar es riesgoso, quisiera ver cuándo podría alcanzarse una equivalencia según los distintos modelos de predicción mencionados en el artículo. En especial, ya que se mencionaron los viajes aéreos, también me pregunto qué densidad energética mínima haría falta para que pueda servir como fuente de combustible para barcos o aviones. Según lo entiendo hoy, la aviación comercial eléctrica no es viable
    2. Se menciona la adopción en curva S, pero esa curva al final llega a una asíntota horizontal; no sube para siempre. Me gustaría ver más análisis sobre en qué punto de la curva S estamos ahora y por qué se lo ve así. En vez de que la flecha solo apunte al cielo, sería bueno que el gráfico mostrara una estimación de dónde se aplanará. Como mínimo, podrían mostrarse los límites químicos de la tecnología actual de baterías
      Quiero que reemplacemos los combustibles fósiles y reduzcamos al máximo la contaminación y el efecto invernadero. Creo que en la transición se necesitan transparencia y expectativas realistas. Cuanta más información tenga el mercado, más eficientemente podrá avanzar hacia el objetivo. Al discutir generación y almacenamiento de energías renovables, me resultó muy difícil encontrar respuestas a estas preguntas, y seguramente parte del problema sea mi propia ignorancia sobre dónde buscar. Por eso quiero preguntarlo especialmente aquí, y me gustaría que algún experto pudiera orientarme rápido
    • La mayor densidad energética de la gasolina no importa tanto como la gente cree
      Un auto eléctrico es unas 4 veces más eficiente que uno a gasolina. En un auto a gasolina, solo el 20% de la energía se convierte en movimiento; en un eléctrico, aunque varía por cosas como el frenado regenerativo, es alrededor del 80%. Esto se trató en detalle en un artículo anterior: https://www.sustainabilitybynumbers.com/p/electrification-en...
    • La mención de los viajes aéreos fue rara. No sabía que hubiera gente que pensara que los vuelos de larga distancia algún día se electrificarán. Al menos sin un avance fundamental, lo veo difícil
      Las curvas S son difíciles de predecir y, casi cada vez que alguien lo intenta, se equivoca por mucho. Hay un paper bastante claro que aborda esta pregunta. Ya superamos todas las predicciones
      [0] https://www.inet.ox.ac.uk/files/energy_transition_paper-INET...
    • Si las baterías están creciendo exponencialmente ahora, entonces estamos en la etapa inicial de la curva S
    • El punto 1 seguramente será cuestión de décadas. Entre esas décadas, probablemente varias. Si no hay un gran avance, claro
    • Las baterías de litio tienen 0.5kWh/kg; el diésel, 12.7kWh/kg

  • Ese gráfico de densidad energética me sorprende un poco. ¿Quién vende baterías que almacenen 500Wh/kg? Eso se parece más a cifras de prototipos de investigación. Tengo entendido que Amprius y la gente de gamma-azufre llegaron a ese nivel o lo superaron
    Pero los autos y celulares han usado durante la última década cátodos de la familia de óxidos de níquel-manganeso-aluminio-cobalto. El gran desarrollo reciente fue la adopción de LiFePO4, aceptando menor densidad a cambio de menor costo y mayor vida útil
    Esto no invalida la predicción en sí, pero la conexión que el artículo intenta trazar entre densidad energética y demanda del mercado no parece muy convincente. Desarrollar baterías de mayor densidad es bueno para usos específicos, como hidroaviones eléctricos de efecto suelo, pero no es imprescindible para autos ni para almacenamiento en la red eléctrica. Los autos ya son, en general, viables, y en el almacenamiento de red importan más las perspectivas de costo y la tasa de autodescarga

  • Tengo una anécdota local para sumar al tercer argumento
    Aquí hay varias pistas de go-karts, y hace unos años que no iba; cuando fui hace poco, todas habían cambiado a go-karts eléctricos. Son mucho más silenciosos, no emiten gases y funcionan bien en interiores

    • Tener torque máximo a 0RPM hace que el automovilismo sea mucho más interesante. Sobre todo comparado con esos karts baratos de motor de 2 tiempos poco potentes a los que les tomaba una eternidad acelerar mi cuerpo pesado

  • Por eso digo que viene la revolución eléctrica y que mucha gente y muchos países se van a llevar una sorpresa. El costo de la electricidad solar y eólica también está cayendo a un ritmo similar

    • Ya llegó. Lleva presente toda la última década, y las energías renovables ya son una industria madura. Ya destruyeron en la práctica la economía del carbón, y lo siguiente es el gas natural

  • La comparación del gráfico 2, “densidad de baterías de mayor energía vs. costo de baterías”, se ve rara
    ¿Es común comparar lo mejor de un campo con el promedio de otro? Es como comparar el tiempo de 0 a 60mph del auto más avanzado con el precio promedio de los autos, y no sé si eso contiene información real. Habría que comparar el costo de esos mismos autos, no incluir autos que no sean de gama alta, ¿no? ¿Qué me estoy perdiendo?

    • El gráfico 2 definitivamente es raro. En 2023 parece que las baterías fueran gratis
    • Dices que comparar el tiempo de 0 a 60mph del auto más avanzado con el precio promedio de los autos no parece aportar información real, pero si conoces en detalle la evolución de los autos de consumo, se ve que la difusión del rendimiento de punta tiende a bajar hacia los vehículos promedio
      Claro que se diluye un poco, pero cosas como los frenos de disco, la inyección de combustible y el control por microprocesador claramente siguieron ese patrón. Con las baterías pasa lo mismo con el tiempo. Es una forma de asomarse al futuro, ajustando por algo de dilución

  • Lo realmente interesante es el enorme crecimiento del almacenamiento estacionario. Probablemente sea el segmento que crece más rápido

    • Para sistemas estacionarios de almacenamiento a escala de red hay excelentes opciones como Form Energy, y ni siquiera hace falta depender de la ventaja de densidad de potencia de la química de litio. No me sorprendería que este segmento domine los gráficos de GWh/año dentro de los próximos 6 años
    • ¿Alguien cree que Stem Inc. podría convertirse en la Microsoft de las baterías estacionarias?

  • Creo que sería mejor tomar el 25% del dinero que se gasta en baterías para autos eléctricos y usarlo en paneles solares residenciales. Es difícil soportar la soberbia de la gente que gasta una fortuna en un auto, pero no quiere gastar una cantidad comparativamente pequeña en el equipo que generaría la electricidad para ese auto.
    Lo mismo pasa con las baterías. La cantidad neta de carbono que reduce una combinación de batería residencial + solar es mucho mayor que poner una batería en un auto familiar. Un auto solo circula unas horas al día, pero un sistema doméstico solar + batería completamente fuera de la red reduce carbono 24/7.
    En otras palabras, un Honda Civic de combustión interna + solar/batería en casa reduce más carbono que un Tesla sin capacidad real de generación eléctrica. Solo que eso no está de moda.

    • Las baterías son un componente necesario para pasar a energías renovables puras. Si la demanda de autos eléctricos baja lo suficiente, los operadores de la red eléctrica harán fila para absorber baterías baratas.
      Además, es muy probable que V2G/H se vuelva realidad en un futuro cercano, y hará que las baterías de los autos eléctricos también se usen para estabilizar la red eléctrica.
    • Compré un auto eléctrico porque pensé que el dinero que podía gastar tendría un mayor efecto de palanca para impulsar el negocio de los autos eléctricos.
      Pensé que ese negocio llevaría a mejorar la producción de baterías y reducir costos, y que sus efectos se extenderían mucho más allá de la industria automotriz. Creo que la reciente caída en los precios de las baterías es una buena prueba de que este proceso realmente está funcionando. Por supuesto, ni hace falta decir que la contribución de una sola persona es mínima.
    • Si tratas con la empresa de servicios públicos o la eléctrica local, verás que realmente odian la energía solar residencial. Usan todas las tácticas dilatorias posibles para impedir la instalación y hacer que parezca una opción inútil y cara.
    • La energía solar residencial no es tan eficiente como una planta solar. Si ese 25% se destinara a construir parques solares, se podría avanzar más. Sin embargo, una central eléctrica residencial con baterías sí tiene sentido.
    • En tu caso, unos cuantos miles de dólares en paneles solares podrían reducir más las emisiones, pero en el mío no es así en absoluto. La red eléctrica de aquí tiene un nivel de gCO2/kWh muy bajo.

  • Artículo relacionado: El precio de las baterías para autos eléctricos está cayendo más rápido de lo previsto: https://news.ycombinator.com/item?id=38304405