الانخفاض السريع في تكلفة بطاريات الشاحنات وخلايا الوقود سيجعل كهربة الشحن مستحيلة

خلاصة

الشحن على الطرق المنخفضة الكربون هو مفتاح التخفيف من الاحتباس الحراري العالمي. ومع ذلك ، يواجه كهربة المركبات الشاقة تحديات كبيرة بسبب المتطلبات التقنية العالية والقدرة التنافسية في التكلفة. لا تزال بيانات تكلفة الشاحنة المستقبلية نادرة وغير مؤكدة ، مما يعقد تقييم تقنية شاحنة الانبعاثات (ZET). من خلال التنبؤ التلوي لأكثر من 200 مصدر أساسي ، تحدد هذه الدراسة اتجاهات التكلفة الأكثر احتمالًا لأسعار مكونات ZET. تكشف النتائج أن التكاليف تنخفض بشكل أسرع من المتوقع ، مع انخفاض تكاليف نظام البطارية بنسبة 64 ٪ إلى 75 ٪ ، وتصل إلى 150 يورو لكل كيلوواط ساعة بحلول عام 2035 على أبعد تقدير. على الرغم من أن أنظمة خلايا الوقود قد ترى تخفيضات أكبر ، فمن غير المرجح أن تصل إلى 100 يورو لكل كيلوواط ساعة قبل أوائل عام 2040. يدعم تخفيض التكاليف السريع هذا التوقعات المتفائلة لاعتماد سوق ZET ويحمل آثارًا كبيرة على أنظمة الطاقة والنقل المستقبلية.

رئيسي

بالنظر إلى انبعاثات غازات الدفيئة الكبيرة من المركبات الشاقة (HDVs) ، فإن كهربة سريع لشحن الطرق الشاقة أمر بالغ الأهمية للحد من الاحتباس الحراري بموجب اتفاق باريس للمناخ. شددت الاتحاد الأوروبي والولايات المتحدة والصين على التوالي أهداف الانبعاثات لشاحنات الديزل الشاقة ، مما يستلزم النشر السريع لشاحنات الانبعاثات الصفرية حيث يكون الطلب والقدرة على تحمل تكاليف المشغل عوامل رئيسية. ومع ذلك ، فإن تكاليف الاستحواذ المرتفعة تعيق التبني السريع لشاحنات الانبعاثات الصفرية. يواجه كهربة المركبات التجارية الثقيلة تحديات كبيرة بسبب تعقيدها التقني والقدرة التنافسية للتكلفة. البيانات الدقيقة والشاملة حول تكاليف اكتساب الشاحنات ذات الانبعاثات صفرية أمر حيوي لتقييم هذه التكنولوجيا. ومع ذلك ، فإن بيانات تكلفة المكونات لشاحنات الانبعاثات الصفرية لا تزال نادرة وغير مؤكدة. لذلك تطرح هذه الدراسة السؤال: ما هو المسار الأكثر ترجيحًا للتكلفة في المستقبل لمكونات شاحنة الانبعاثات المركزية بحلول عام 2050؟ تقوم الورق بتحليل التكاليف المتوقعة لخمس مكونات شاحنة (BETS) و/أو شاحنة خلايا الوقود (FCET). يمكن تحقيق اختراق السوق السريع لشاحنات الانبعاثات الصفرية بسرعة مع تكاليف الاختراق المطلوبة. باعتبارها التكنولوجيا الرائدة ، تُظهر الشاحنات الكهربائية للبطاريات آفاقًا أفضل وفعالية من حيث التكلفة الفورية ، مما يدعم وجهات النظر المتفائلة على شحن الطرق على الطرق.

توقعات التعريف باستخدام تحليل الانحدار

حددت هذه الدراسة الأدبيات ذات الصلة من خلال عمليات البحث عن قواعد بيانات SCOPUS و Google Scholar ، وتصنيف المصادر إلى ثلاثة أنواع: القريبة من السوق (توقعات السوق وإعلانات الصناعة من المحللين المشهورين والشركات الاستشارية) ، والتقارير العلمية (أوراق مراجعة النظراء) ، وغيرها (غيرها من المنشورات الأكاديمية التي تمت مراجعتها من غيرها). تم توحيد جميع قيم التكلفة إلى أسعار شراء OEM على مستوى النظام لمكونات شاحنة الانبعاثات الصفر.

تكاليف انخفاض نظام البطارية وتكاليف نظام خلايا الوقود بسرعة

يشير الشكل 1 إلى أن تكاليف نظام البطارية قد تنخفض بنسبة 64 ٪ إلى 75 ٪ قبل 2050 ، مع بقاء انخفاضات سنوية سريعة ومستدامة. بالمقارنة مع الآخرين ، تُظهر تقديرات السوق القريبة تفاؤلًا أكبر ، مما يدل على اختلافات أصغر وأكثر استقرارًا. ينعكس هذا الاتجاه في توقعات التكلفة المتوقعة: تعتمد النماذج العلمية والآخر نهجًا أكثر تحفظًا. للسنوات 2020،2030 و 2050 ، تتوقع ما يقرب من السوق (الأزرق) تكاليف المشروع البالغة 275 يورو ، 140 يورو ، و 70 يورو لكل كيلو وات ساعة على التوالي ؛ تقدر التقديرات العلمية (الخضراء) 310 يورو ، 180 يورو ، و 100 يورو لكل كيلوواط ساعة ؛ بينما يتوقع آخرون (أرجواني) تكاليف 200 يورو و 115 يورو لكل كيلوواط ساعة في عامي 2030 و 2050 على التوالي.

الشكل 1. التكلفة المتوقعة لنظام بطارية شاحنة شاحنة انبعاث صفر

كما هو مبين في الشكل 2 ، من المتوقع أن تنخفض تكلفة أنظمة خلايا الوقود بنسبة 65 ٪ إلى 85 ٪ بحلول عام 2050. ويقدر سيناريو السوق القريب (الأزرق) بحوالي 540 يورو لكل كيلو وات في عام 2020. في أواخر الثلاثينيات من القرن الماضي ، استقر في نهاية المطاف عند حوالي 80 يورو لكل كيلووات بحلول عام 2050. يكمن السيناريو الآخر (الأرجواني) بين التقديرات القريبة من السوق والعلمية ، حيث فشل في الوصول إلى 100 يورو لكل كيلووات.

الشكل 2. توقعات التكلفة لأنظمة خلايا الوقود ZET الشاقة

نظرة عامة على التكلفة لخمس مكونات Zet الرئيسية

يعرض الجدول 1 تكاليف مكون شاحنات الانبعاثات الصفرية. إمكانات تخفيض التكاليف للمكونات المجاورة محدودة نسبيا. من المتوقع أن تنخفض تكلفة المحركات الكهربائية من حوالي 42 يورو لكل كيلووات في عام 2020 إلى 30 يورو لكل كيلو وات بحلول عام 2050. بالنسبة لخزانات تخزين الهيدروجين ، يقدر تخفيض التكلفة خلال فترة 2020-2050 بنسبة 2.6 ٪ -2.9 ٪. لا تزال تكلفة النظام المستقرة لمكونات PE & HV حوالي 50 يورو لكل كيلووات. الجدول 1: تكاليف المكونات على مستوى النظام لخمس مكونات طاقة صفر رئيسية في 2020 يورو

توقعات التكلفة المختلفة للبطاريات وخلايا الوقود

وفقًا للسلطات الفوقية ، من المتوقع أن تنخفض تكاليف خلايا البطارية والوقود بسرعة. يسلط التحليل المقارن الذي تم الكشف عنه في هذه الدراسة الضوء على التفاعل المعقد بين الإسقاطات العلمية وحقائق السوق الفعلية للتقنيات الناشئة في مراحل الاستحقاق التجاري المختلفة. يشير تحليل تنبؤات تكلفة البطارية إلى استقرار شبه السوق عبر الأطر الزمنية المختلفة ، في حين تواجه تقديرات التكلفة العلمية المنشورة بين عامي 2010 و 2023 مراجعات هبوطية كبيرة. توضح أنظمة خلايا الوقود اتجاهًا عكسيًا. بالمقارنة مع التوقعات القريبة من السوق ، تُظهر النماذج العلمية استقرارًا أكبر وتوقعات أكثر تفاؤلاً باستمرار. قد ينبع الاختلاف عن الاختلافات في النضج التكنولوجي والشكوك فيما يتعلق بمسارات التنمية المستقبلية لهاتين التقنيتين.

المجلدات المطلوبة ومعدلات التعلم وتكاليف الاختراق

تقارن هذه الدراسة تقديرات التكلفة مع التوسع المحتمل في السوق لشاحنات S-type Zero-Emission في أمريكا الشمالية وأوروبا والصين ، حيث تتوقع إجماليات الإنتاج السنوية بين 2.5 مليون إلى 3 ملايين وحدة. تشير نتائج الانحدار إلى أن تحقيق نظام البطارية يكلف حوالي 150 يورو لكل كيلوواط في الساعة بحلول عام 2028 (بالقرب من السوق) إلى 2032 (العلمي) سيتطلب إنتاجًا تراكميًا بين 1300 GWH (بالقرب من السوق) و 5200 GWN (العلمي) ، وهو ما يتوافق مع معدلات التعلم التي تبلغ حوالي 16 ٪ (علمية) إلى 19 ٪ (بالقرب من السوق). لتحقيق توليد الكهرباء أقل من 100 يورو لكل كيلوواط في الساعة بحلول عام 2039 (بالقرب من السوق) إلى 2049 (علمي) أو 11000 GWH (بالقرب من السوق) أو حتى 68000 GWH (العلمي) من إنتاج الكهرباء. بالنظر إلى حصة السوق الكبيرة من شاحنات الكهرباء التي تعمل بالبطاريات ، من المحتمل أن يكون السيناريو السابق ممكنًا في أواخر الثلاثينيات. بالنسبة لأنظمة خلايا الوقود التي تستهدف 150 يورو لكل كيلوواط بحلول عام 2027 (علمي) إلى 2035 (بالقرب من السوق) ، سيحتاج الإنتاج التراكمي إلى يتراوح بين 135000 وحدة (علمية) إلى 1.4 مليون وحدة (بالقرب من السوق). من المتوقع أن يتراوح معدل التبني المقابل من 14 ٪ (المرحلة العلمية) إلى 26 ٪ (بالقرب من مرحلة السوق). بالنظر إلى التبني الواسع النطاق لنماذج شاحنات خلايا الوقود في أواخر العشرينات من القرن العشرين ، قد يصبح السيناريو الأخير ممكنًا. يمكن تحقيق الأسعار التي تقل عن 100 يورو لكل كيلووات بين 2040 (المرحلة العلمية) و 2045 (بالقرب من مرحلة السوق) ، مع توقع أن يتقلب الطلب التراكمي بين 2.3 مليون وحدة (المرحلة العلمية) و 6.8 مليون وحدة (بالقرب من مرحلة السوق).

مناقشة

تقارن هذه الدراسة نتائج البحوث مع تقديرات التكلفة المستهدفة أو الحد الأدنى لتجنب التوقعات المحافظة بشكل مفرط. بعد إعادة معايرة نظام البطارية ، يبلغ السعر المقدر حوالي 90 يورو لكل كيلوواط في الساعة بحلول عام 2030 و 70 يورو لكل كيلوواط في الساعة بحلول عام 2050 ، ويتماشى بشكل وثيق مع الأهداف المتوقعة التي حددتها وزارة الطاقة الأمريكية ومبادرة Hydrogen SRIA48 في أوروبا. قد يتجاهل نهج التنبؤ التلوي المتمحور حول التكلفة تبعيات السيناريو والخصوصية الفنية/الاتجاهات. السيناريوهات والافتراضات الأساسية تؤثر على أحجام الإنتاج ، والتي بدورها تؤثر على تطور تكلفة المكون. يشير تحليل الانحدار الإضافي إلى أن سيناريوهات التكلفة المتفائلة تُظهر فعالية من حيث التكلفة المعززة للبطاريات وخلايا الوقود. العوامل الحاسمة مثل التصميم الفني واختيار المواد تؤثر بشكل كبير على التكلفة والأداء. تعيق أوجه عدم اليقين في المكونات وفجوات البيانات التقييمات التقنية والاقتصادية الشاملة للتقنيات الفردية من 2020 إلى 2050. في حين من المتوقع أن تنخفض تكاليف خلايا البطارية والوقود مع تحسين الأداء الفني ، والتقدم التكنولوجي الذي يتضمن مكونات جديدة واتجاهات ناشئة يمكن أن تعوض تخفيضات التكاليف هذه. تُظهر الشاحنات الكهربائية حاليًا القدرة التنافسية للتكلفة مقارنةً بشاحنات الديزل. ومع ذلك ، نظرًا لارتفاع أسعار الهيدروجين الخضراء المرتفعة ، قد تكافح شاحنات خلايا الوقود لتحقيق تكافؤ التكلفة الإجمالية طوال الثلاثينات. ترتفع نسبة تكلفة الشراء لشاحنات الانبعاثات الصفرية بشكل كبير مقارنة بشاحنات الديزل الحالية. إلى جانب العوامل الاقتصادية ، تؤثر القدرات التكنولوجية أيضًا على قرارات شراء الشاحنات. حققت السيارات الكهربائية صفر الانبعاثات التكافؤ التقني مع شاحنات الديزل. في النهاية ، ستلعب توفر البنية التحتية وقبول المستخدم أدوارًا حاسمة في التبني.

خاتمة

توفر هذه الدراسة نظرة عامة على تقديرات التكلفة لخمس مكونات رئيسية لشاحنات الانبعاثات الصفرية من خلال التحليل التلوي والانحدار ، مما يؤدي إلى انخفاض أربع استنتاجات رئيسية: أولاً ، من المتوقع أن تنخفض تكاليف المكونات لشاحنات الانبعاثات الصفرية بشكل كبير. من المتوقع أن تستقر تكاليف نظام البطارية المستقبلية عند 150 يورو لكل كيلوواط في الساعة بحلول عام 2035 وتتجاوز 100 يورو لكل كيلوواط في الساعة بحلول عام 2050. ثانياً ، تُظهر توقعات التكلفة اختلافات منهجية عبر فئات التكنولوجيا ، والتي قد تعتمد على النضج التكنولوجي. في حين أن البطاريات القريبة من السوق تُظهر التكلفة الأكثر استقرارًا بين المصادر ، إلا أن توقعاتها تظل أكثر تفاؤلاً من تلك الخاصة بالأنظمة العلمية. بالنسبة لخلايا الوقود ، تميل الأساليب العلمية نحو تكاليف أقل أو مستهدفة. ثالثًا ، يدعم محتملة تخفيض التكاليف الكبير التوقعات المتفائلة لكلا التقنيين. يشير هذا إلى أن النشر السريع لشاحنات الانبعاثات الصفرية سيكون له تأثيرات كبيرة على المشاركين في قطاعات النقل والطاقة. أخيرًا ، يسلط البحث الضوء على المنافسة بين تقنيات شاحنات الانبعاثات الصفرية ويثير تساؤلات حول قيادة السوق وضرورة تبني تقنيات مختلفة. جميع تخفيضات التكاليف المتوقعة تتوقف على الانتقال الناجح إلى شحن الطرق المنخفضة الكربون. بالمقارنة مع شاحنات خلايا الوقود ، قد توفر شاحنات الانبعاثات الصفرية المسار الأكثر فعالية من حيث التكلفة لتحقيق تكافؤ التكلفة الإجمالية ، في حين أن شاحنات خلايا الوقود قد لا تزال تتطلب دعمًا إضافيًا للسياسة حتى عام 2030.