Etikettarkiv: batterier

Elbilens genomslag

Uncategorized, , ,

Mitt inlägg om elbilens samhällsekonomi visade att elbilarna är långt ifrån att fungera ekonomiskt. Det kan förändras och här följer några olika resonemang om tidshorisonter.

Tillväxten hittills

Svensk elbils-tillväxt såg bra ut 2012-2015 – på tre år tiofaldigades nybilsmarknaden från 0.1% till 1%. Därefter har tillväxten varit mycket blygsam, eventuellt för att många sugna elbilsköpare skickade pengar till Tesla för en köplats till Model 3. (Källa SCB):Globalt är tillväxten stabilare, men den nuvarande försäljningnivån är proportionellt ungefär som den svenska. Grafen nedan visar inte bara rena elbilar, utan även plug-in-hybrider. Fördelningen rena elbilar/hybrider är ca 66/33. (Källa: intressant McKinsey-rapport)Det är inte helt lätt att dra några slutsatser av detta. Utvecklingen har drivits av ett lyxsegment samt subventioner, vilket innebär att den riktiga massmarknaden är en bit bort. Men en 30-procentig årlig försäljningstillväxt skulle göra att plug-in-hybrider och rena elbilar utgör ca 18% av försäljningen 2027. Det är lite optimistiskt men inte helt orimligt, nu när hybriddrift står i begrepp att ta dieselbilens plats för för de som vill betala lite mer för lite billigare bränsle.

Bra-nog-uppskattning

Det krävs en hel del för att elbilar ska få riktigt rejält genomslag. Faktorerna sammanfattas i den här bilden:

Nissan Leaf lanserades 2011 med 24 kWh och har sedan dess uppgraderats till först 30 kWh och nu 40 kWh med likartat pris och oförändrad formfaktor hos batterierna. Snabbladdningseffekten kvarstår på 50 kW. Denna batteritillväxt har alltså tagit sju år, och för att sälja den här bilen till first-adopters har det krävts en supermiljöbilspremie på 40,000 kr.

Om vi antar att utvecklingen fortsätter i samma takt tack vare industriella läreffekter som sänker tillverkningskostnaderna, så kan Leafen vid oförändrat pris ha ett batteripack på ca 70 kWh för modell-år 2025. Vid det laget bör snabbladdning på bortåt 120-150 kW börja bli mainstream. Dessa egenskaper borde duga för gemene man. 70 kWh motsvarar ca 40 mils räckvidd och efter en sån sträcka är det ändå läge att ta en halvtimmes bensträckare och matpaus för att köra vidare. Tesla har också bevisligen lyckats sälja dyra lyxbilar med ungefär den kapaciteten.

Tyvärr är oförändrat pris år 2025 inte attraktivt. Staten kan inte fortsätta lägga 40′-60′ kr i subvention per elbil och Leafen idag kostar hela 370,000 kr före subvention. (Kronan är svag.) Om vi tänker oss ytterligare sju år, dvs fram till 2032, så kan Nissan växla in de interna kostnadssänkningarna i lägre utpris istället för i större batteristorlekar. Antagligen kan man då komma ner under 300,000 kr, kanske neråt 270,000 kr vid en fördelaktigare kronkurs. Kombinera med en bränsle- och underhållsbesparing på 10,000 kr/år och väldigt attraktiv prestanda och komfort, så har vi en vinnare. Snabbladdningsnätet kommer då också vara betydligt finmaskigare och övriga faktorer som modell-tillgänglighet och familiaritet kommer också finnas på plats. Det här ger vid handen att den rena elbilen har en chans att nå riktig mainstream och bred acceptans under första halvan av 2030-talet.

Batterikostnader

BNEF uppskattar att tillverkarna idag kan göra batteripack för $209/kWh. Men om vi ser på Ford Focus Electric i USA med 33.5 kWh för $29k i USA och jämför med bensin-basmodellen av Focus som kostar $18k, och tänker oss att mellanskillnaden är batteripriset, så ger det vid handen att Ford säljer batteripacket till kund för $330/kWh. Om vi antar samma $18k i baspris utan batterier för Leaf, Model 3 samt Chevrolet Bolt så tycks alla dessa sälja vidare batteripack till kund för ca $300-340/kWh!

Det kan verka dyrt, men som jag förstår det är 50% en ganska rimlig och normal ökning mellan tillverkningskostnad och utpris. Billtillverkaren måste också täcka R&D, marginal, distribution, försäljnings- och reklamkostnader, garanti mm. Jag har tidigare haft uppfattningen att elbilar är ganska överprissatta, men jag måste tyvärr ompröva den ståndpunkten vid närmare betraktelse.

Industriella läreffekter brukar handla om en fast procentuell kostnadsreduktion för varje fördubbling av drifttagen volym. Det är svårt att få fatt i historiska data, men om vi antar att vi har en försäljningsutveckling med 30%-ig tillväxt i GWh räknat så ger det en fördubbling av kumulativ volym på 2.5 år ungefär. Vid 20% kostnadsreduktion per volymfördubbling så ger det oss en kostnadshalvering till 2025, dvs utrymme att exvis öka Leaf-kapaciteten till 80 kWh vid oförändrat pris. Det är bara aningen mer optimistiskt än min Leaf-extrapolation ovan till 70 kWh till 2025.

Slutsatser

Olika extrapoleringar av kostnadsutveckling, tillväxt mm, som iofs alla i grunden bygger på någon sorts förväntan om fortsatta batterikostnadsreduceringar, ger likartade resultat med ett mycket kraftigt genomslag, troligen dominans, för plug-in-bilar någon gång under första halvan av 2030-talet. Detta under antagandet att kunderna nöjer sig med ca 70-80 kWh, tre gånger snabbare snabbladdning samt en hanterlig prisdifferens mot vanliga bilar.

Det här är en global utveckling som Sverige pga sin litenhet inte kan påverka nämnvärt. Ca 79 miljoner bilar såldes i världen år 2017, varav 1.2 miljoner plug-in-bilar. I Sverige såldes knappt 400,000 bilar totalt samma år.

Tesla Powerwall

Uncategorized, ,

Skrev häromdagen om spekulationerna kring Tesla Residential Battery. Nu visade det sig, vilket är helt rimligt, att priset var betydligt lägre än i ryktet. Produkten har döpts till Tesla Powerwall och kostar $3500 för 10 kWh. Man kan också koppla ihop flera för ett större system. Det går inte att förneka att den är skapligt snygg och med sina 130 x 86 x 18 cm är den inte överdrivet utrymmeskrävande heller. Vikten är 100 kg.

powerwall_front_angle

 

Folk börjar gå igång på det här och skriver artiklar som Did Tesla Just Kill Nuclear Power? (Artikeln fick mig att inse att jag glömt att lägga Arnie Gundersen till skräckgalleriet, för övrigt.) Men jag kan inte riktigt se att kärnkraften är hotad av detta, för att formulera dagens understatement.

Ett batteri av den storleken bör som sagt vara lagom för att jämna ut solcellsproduktion över enskilda dygn från en anläggning på cirka 3 kW, vilket täcker cirka 60% av hushållselen för en normal villa (cirka 5000 kWh/år). Däremot räcker den inte till att spara till molniga dagar och än mindre över säsonger.

Bengts villablogg har ett snyggt diagram över solcellskostnader som visar att 3 kW-system som bäst kan fås för drygt 60,000 kr inklusive moms och installation. En Tesla Powerwall skulle kunna fås i Sverige för ca 40,000 kr inklusive moms. Notera att medan solcellerna brukar ha en garanti på 25 år, så har Powerwallen en garanti på bara 10 år. Det betyder att du troligen får köpa minst två Powerwall per solcellspaket. Eftersom solcellerna i sig med all sannolikhet ger dig en privatekonomisk förlust, så blir det inte precis bättre att mer än fördubbla kostnaderna med en Powerwall.

Man kan också räkna ut kostnaden per kWh. Ditt solcellspaket på 3 kW kommer över 10 år generera cirka 30,000 kWh. Din Tesla Powerwall jämnar ut den produktionen över enskilda dygn för 40,000 kr, dvs 1.33 kr/kWh i ”utjämningsavgift”, plus ränta. Det är billigare att skänka bort överskottet till nätbolaget.

Nej, tyvärr, ingen kärnkraftsdödare här. Inte ens i närheten. Tesla Powerwall är till för de som tycker att lyxprodukten solceller är för vanliga och för billiga för att ge tillräcklig skrytfaktor. Men sen då? Batterier kommer ju bli billigare, säger någon. Jodå, det är bara att vänta. Vi har väntat i 20 år på att sol och vind ska duga, och det är väl bara att fortsätta ha is i magen medan vi låter kärnkraften dö sotdöden i Sverige och medan världen kör ett chickenrace mot klimatet. Kanske går det vägen, vem vet?

Elbilsladdning

Uncategorized, ,

Signaturen Yergen bad mig om synpunkter på elbilsladdning, så ”here goes”. För nytillkomna läsare kan det vara bra att veta att jag är mycket positiv till elbilstekniken som sådan och än mer positiv till autonoma bilar.

Laddning som gratislunch

Åsa Romson ”rasar” över att eljättarna ska börja ta betalt för laddning och extra mycket vid snabbladdning, cirka 90 kr för 30 minuter. Det kan ge en milkostnad på 7 kr för en Nissan Leaf eller 27 kr/mil för en Mitsubishi Outlander Plug-in-hybrid. (Varför man skulle vilja lägga 30 minuter på att dyr-ladda en hybridbil framgår inte.)

Åsa tycker att det är ”dålig timing” att ”just nu” signalera att laddning är dyrt när regeringen försöker skapa ett genombrott i elbilsförsäljningen. Helt normalt socialistiskt väljar- och konsumentförakt alltså – folket tål inte sanningen och måste luras. Själv tror jag att folk dels är kloka nog att köpa elbilar vars batteristorlek passar deras normala användning och dels är kloka nog att inte oroa sig för att i undantagsfall betala 90 spänn för att tanka. Jag tankade diesel för knappt 600 spänn igår kväll, vilket förvisso ger mig mycket mer räckvidd, men 90 spänn är ändå inte avskräckande som undantagsgrej.

laddstolpe

Nu har vi relativt standardiserade laddstolpar och det är lätt att med bilens navigationssystem eller appar peka ut dem och leda folk till dem. Marknaden är alltså konkurrensutsatt, vilken entreprenör som helst kan sätta upp laddstolpar, så det är inte precis så att man kommer kunna skära guld med täljkniv. Tvärtom tar jag för givet att de som tillhandahåller laddstolpar gör förlust även med prishöjningen, iallafall under överskådlig framtid. Marknaden är helt enkelt för liten.

Det är effektivt och rationellt även för kunderna att det tas betalt per minut, eftersom tillgängligheten ökar när folk avskräcks från att ockupera laddstolpar längre än nödvändigt. Annars blir laddstolparna föremål för tragedy of the commons. Kom ihåg att ”there is no such thing as a free lunch”. Man får alltid betala, på ett eller annat sätt, men ju mer direkt man får betala, desto effektivare tenderar utnyttjande och resursallokering bli.

Elon Musk och Tesla tillhandahåller gratis laddning i ett eget nätverk av laddstolpar, men man ska minnas att de säljer lyxbilar med enorma batterier som ger 40-50 mils räckvidd. Det innebär att man sällan behöver fundera på laddning som Tesla-ägare, och att 13 strategiskt utplacerade Tesla Superchargers täcker in de mest tättbefolkade delarna av Sverige och servar våra cirka 300 Teslor. Ska man placera ut ett nät av laddstolpar som på riktigt ska serva hela landet och bilar med batterier som är kanske en tredjedel så stora, så blir det en helt annan sak.

Elsorter

När det gäller vilken el man laddar bilarna med, så framhålls elbilar ofta som något av en silverkula för att fixa integration av intermittent el som sol och vind. Just snabbladdning är anti-tesen till detta. När folk måste ladda under 30 minuter i flykten så finns inget utrymme för att försöka matcha den nyckfulla och väderberoende intermittenta elproduktionen. Istället bygger idén på att man har bilen vid laddstation under större delen av dygnet och ger nätet/laddstationen frihet att ladda när elen är billig.

Länsstyrelserna redovisar cirka 4.4 miljoner bilar och 1260 mil per bil. Om exempelvis 80% av detta transportarbete konverteras till el och bilarna snittar 2 kWh/mil, så blir det 9 TWh eller cirka 6% extra efterfrågan på el, vilket är ganska marginellt. Om folk förlägger hälften av laddningen till dagtid med solcells-el, så ger det alltså vid en naiv och mycket optimistisk betraktelse möjlighet att integrera ytterligare 3% solcellsel. Förutsättningen är bland annat att man ser produktionstopparna under de bästa sommartimmarna som begränsningen, snarare än effektunderskottet på vintern. Naturligare och rationellare än svindyr solel på jobbet är förstås att ladda hemma under natten med kärnkraft.

Att solceller och billaddning ändå går att matcha litegrann beror på att solcellernas främsta variation är på dygnsbasis. Vindkraften däremot varierar snarare på vecko- eller tillochmed månadsbasis och det är inte realistiskt att förvänta sig att folk ska förskjuta sin laddning mer än ett halvt dygn. Såhär såg exempelvis dygnsproduktionen ut 2014: (Svenska kraftnät har inte rapporterat december än.)

daily_wind2014

Det innebär att vindkraftens intermittens inte kan slätas över av billaddning. Som vanligt när olika aktörer hävdar att något drivs av vindkraft, så handlar det om att man på årsbasis producerar motsvarande mängd el med vindkraft. Det finns ingen som anpassar sin verksamhet efter den produktionskurvan!

Det finns också de som drömmer sig bort ännu längre och tror att folk ska låta bilbatterierna stötta när elnätet behöver mer el. Men folk vill ha sina bilar redo och skapligt fulladdade och de vill maximera batteriernas livslängd och bilens andrahandsvärde. Att förskjuta sin laddning några timmar kan ofta vara okej. Att låta elnätet leka jo-jo med ens batterier är däremot uteslutet.

Det blir nejdetkanviinte på gratis billaddning och på sol- och vindladdning.

Toyota dissar elbilar

Uncategorized,

Jag har tidigare pratat om elbilar som en disruptiv teknik och att deras dominans mest är en tidsfråga. Nu får den tanken tungt mothugg iochmed att Automotive News intervjuar Toyotas forskningschef Mitsuhisa Kato. Han hävdar att batteribilar inte duger utan ytterligare genombrott i nobelpris-klass och berättar att Toyota istället satsar på väte-bränsleceller och kommer lägga ner de rena elbilar de har idag.  ”The cruising distance is so short for EVs, and the charging time is so long”. (Man kommer dock fortsätta R&D inom elbilar.) Toyotas bränslecellsbil:

Toyota-FCV-R-9

För mig är detta ganska märkligt, inte minst i ljuset av Teslas succé. Jag förstår självklart att de flesta inte vill ha en ren elbil som enda bil i dagsläget, men eftersom exempelvis varje amerikanskt hushåll i genomsnitt har 1.95 bilar så borde det vara rimligt med en elbil i varje flerbils-hushåll. Nackdelarna med att ha begränsad räckvidd och lång laddtid borde vara ganska försumbara när man har tillgång till en vanlig bil också. Dessa nackdelar kan uppvägas av att bilen har överlägsen användbarhet i övrigt (ingen växling, mindre underhåll, tyst, stark).

Nu när Nissan har ett kundpris för nya batterier till sin elbil Leaf för $6500, eller $270/kWh, så känns inte elbils-egenskapen som en kostnadsfråga längre (under förutsättning att inte Nissan säljer under självkostnadspris av PR-skäl). Så låga batterikostnader innebär att elbilarna med lite mer konkurrens snart kommer ha helt normala priser (elbilarna är dyra inte pga fundamentala kostnader utan pga man ännu inte har skalat upp för att möta efterfrågan). Kom ihåg att folk ofta väljer dieslar eller andra starkare motoralternativ för tiotusentals kronor och elbilar är än snålare och starkare.

Räckvidden är också en kostnadsfråga, så egentligen är det bara laddtiden som är en mer svårlöst nöt att knäcka. Det måste vägas mot elbilens i övrigt överlägsna prestanda. När det gäller laddtider så finns det tekniska lösningar, exempelvis system som kan byta ut hela bilbatterier snabbt. Summa summarum har jag svårt att se att batterierna inte är bra och billiga nog redan idag, men mr Kato har en annan uppfattning. Däremot tycker jag att bränsleceller verkar måttligt begåvat – taskig totalverkningsgrad och en extra infrastruktur vid sidan av el. Den som lever får se.

Elbilstekniken är ”disruptive”

Uncategorized, , ,

Den här bloggens tema kan nog upplevas som lite gnällig, men idag blir det ett jadetkanvi för omväxlings skull. Då och då kommer en teknik som är ”disruptive” och gör gamla företag och produkter irrelevanta. Jag tänker på sådant som iPhone, platt-TV och snart även elbilarna.

Det finns förstås många elbilsskeptiker och bloggen  Cornucopia? hör dit. I ett inlägg häromdagen baissade han elbilsutvecklingen genom att extrapolera BMWs prognos för egen tillverkning år 2020 till hela ekonomin. Tveksamt om det håller. BMW är kanske ett av företagen som blir irrelevanta framöver, om de inte är tillräckligt snabbfotade.

När plasma/LCD-TV överflyglade TV-marknaden så hade detta funnits i korten en längre tid, ända sedan plasma-TV var en ny, svindyr lyxprodukt. De nya apparaterna hade överlägsna prestanda och krävde framförallt betydligt mindre material, och materialen var inte särskilt exotiska. För någon med lite intuition för ekonomi var det alltså uppenbart att de höga priserna framförallt orsakades av att plasma var så mycket bättre och attraktivare, dvs de skapade hög efterfrågan, samtidigt som tillgången inte kunde möta upp i början. Att priserna snabbt skulle falla till långt under tjock-TVns borde varit uppenbart.

Elbilarna är även de ”disruptive” eftersom de är bättre och långsiktigt billigare. De har bättre acceleration, obefintligt motorljud och motorvibrationer, nästan gratis bränsle, mindre underhållsbehov, är utsläppsfria vid användningspunkten och har en fördelaktig viktfördelning.

Nackdelarna är framförallt räckvidd, pris, vikt och laddningshastighet. De tre första hänger intimt ihop. Sjunker vikten så sjunker batteripriset och då kan man öka räckvidden.

Kostnaden för att äga en Nissan Leaf, som verkar vara det enda seriösa alternativet på den svenska marknaden idag är, vid 5 års ägande och 2000 mil per år, helt jämförbart med andra prestigebilar i samma prisklass, men givetvis betydligt dyrare än icke-prestigebilar.

bilkostnader

 

(Data enligt konsumentverkets www.bilsvar.se.) Något som är lite märkligt är de höga reparations- och servicekostnaderna för Leafen. Eftersom drivlinan är så mycket enklare och elmotorer är praktiskt taget outslitliga, så skulle jag gissat på lägre underhållskostnader och även en aning lägre helförsäkringskostnad. En stor värdeminskning är i dagsläget naturligt eftersom batterierna försämras och elbilstekniken är omogen med troliga barnsjukdomar.

Tillverkarnas batterikostnader är industrihemligheter, men de bör ligga under 3000 kr/kWh, dvs 72,000 kr för Leafens batteripack, eller 90,000 inklusive moms. Alltså kostar Leafen exklusive batteri åtminstone 250,000 kr, vilket är uppenbart väldigt dyrt för en bil med enklare drivlina än bensinbilar. Fundamentalt borde en massproducerad Leaf utan batteripack kosta ungefär 120,000 kr om man jämför med C3-an. Det finns alltså stor potential för prisreduceringar både när batteripriserna fortsätter reduceras och när batteri-bilarnas volymer ökar så att tillgången matchar efterfrågan.

När det gäller Cornucopia?s argumentation, så kommer batteribilarna troligen öka fortare än vad BMW prognosticerar för sin egen del (extremt mycket fortare om hans peak-oil-idéer har något fog för sig). Dessutom är det så att nyare bilar kör fler mil per år än äldre bilar, vilket gör elbilarnas praktiska genomslag större. Hursomhelst är det en tidsfråga. Elbilarnas fördelar är helt enkelt så stora, och de fundamentala merkostnaderna så små, att det långsiktiga övertagandet är en ren tidsfråga.

En simulering av sol+vind

Uncategorized, , , , , , , ,

I Sverige 2013 producerade kärnkraften 44% av elen, vinden 7% och solen 0.003%. Många vill ersätta kärnkraften enligt den gamla 80-talsdängan. ”Vad ska väck? Barsebäck! Vad ska in? Sol och vind!”

Så låt oss simulera. Om kärnkraften på 44% stängs ner, och vinden får producera (ytterligare) 22% och solen 22%, hur ser det ut då? Lätt, bara att skala upp vinden med en faktor 3.2 och solen med en faktor 8094. Såhär skulle det bli, jämfört med kärnkraften och med totalförbrukningen:

solvind1

Vi ser att kärnkraften snällt håller sig kring 5-8 GW och sköter bränslebyte och underhåll på sommaren. Resten står vattenkraften för. Summan av sol+vind däremot går mellan 0-35 GW, och överstiger ofta förbrukningen kraftigt.

Som sagt, vattenkraften får stå för differensen, så låt oss titta på hur vattenkraften får jobba med sol+vind jämfört med hur den får jobba idag med kärnkraft.

solvind2

Problemet här är dubbelt. Vattenkraften måste med kärnkraft leverera max 15 GW, men med sol+vind uppåt 23 GW. Men vad värre är måste vattenkraften ibland stå helt still och helst gå baklänges för att man inte ska tvingas kasta bort kraft. Att exportera är inte så lätt när andra länder rimligen har samma problem med överskott på sommaren. Vattenkraften kan inte anpassas till detta utan stora miljökonsekvenser eftersom det skulle skapa omväxlande översvämningar och tomma flodbäddar, med allt vad det innebär för kringboende och ekosystem.

Jaha, men lagring då? En del av problemet beror på att solcellerna producerar mycket mitt på dagen. Anta att vi har batteribackup som klarar av att utjämna över dygnet. Då blir det såhär:

solvind3

Betydligt bättre, men fortfarande är svängningarna för sol+vind enormt mycket högre än för kärnkraften. Det funkar alltså inte heller, men låt oss låtsas att det gör det. Hur mycket lagring behövs till dygnslagringen? Om vi zoomar differensen (utan lagring) för en sommarvecka, så ser vi följande:

solvind4

Mellan tummen och pekfingret visar ovanstående graf att cirka 100 GWh lagring kan vara lagom för att jämna ut produktionen på dygnsbasis i vårt scenario. Om vi täcker detta med litium-jon-batterier så krävs cirka 700,000 ton batterier till en kostnad av, lågt räknat, cirka 160 miljarder kronor, eller 16 mdr/år om vi antar 10 års livslängd.

Kostnadsbilden i övrigt, då? Här ersätts kärnkraften av cirka 12 GW vindkraft och 36 GW solceller. För enkelhetens skull, låt oss säga att båda sorterna har en livslängd på 24 år. Då krävs det att vi bygger 0.5 GW vindkraft och 1.5 GW solceller varje år. Med en kapitalkostnad på ca $2/W för dessa energislag, så blir kostnaden cirka 26 miljarder kronor/år. Lägg på batterikostnad och vi har totalt 42 miljarder/år.

Jämför med kärnkraften, som för samma energileverans kräver 9 GW kapacitet för sisådär 50 kronor/W med en livslängd på 60 år, för en årlig kostnad på 9e9*50/60 = 7.5 miljarder kronor/år.

Vad är de grönas mest troliga invändning mot detta resonemang? Antagligen att man vill spara en massa el också, inte bara ersätta kärnkraft med sol och vind. Fair enough, vår elintensiva industri ska flytta till skurkstater och kolkraftsländer som Tyskland. Det är en lösning om vi bara vill två våra händer.

Minns också att hela resonemanget bygger på Sveriges fantastiska vattenkraftsresurser. Vi behöver bara 44% sol+vind (plus befintliga 7% vind) för att fortsätta vara CO2-snåla. Vår kapacitet att integrera väderberoende kraft är alltså betydligt större än andra länders. Ändå är det som synes ingen särskilt bra idé.