Penurunan cepat dalam biaya baterai truk dan sel bahan bakar akan membuat elektrifikasi barang menjadi tidak mungkin

Abstrak

Pengangkutan jalan rendah karbon adalah kunci untuk mengurangi pemanasan global. Namun, elektrifikasi kendaraan tugas berat menghadapi tantangan yang signifikan karena persyaratan teknis yang tinggi dan daya saing biaya. Data biaya truk di masa depan tetap langka dan tidak pasti, menyulitkan evaluasi teknologi nol emisi truk (ZET). Melalui prediksi meta lebih dari 200 sumber primer, penelitian ini mengidentifikasi tren biaya yang paling mungkin untuk harga komponen ZET. Temuan mengungkapkan bahwa biaya menurun lebih cepat dari yang diharapkan, dengan biaya sistem baterai berpotensi menurun sebesar 64% menjadi 75%, mencapai € 150 per kWh pada tahun 2035 paling lambat. Sementara sistem sel bahan bakar mungkin melihat pengurangan yang lebih besar, mereka tidak mungkin mencapai € 100 per kWh sebelum awal 2040. Pengurangan biaya yang cepat ini mendukung proyeksi optimis untuk adopsi pasar ZET dan memiliki implikasi yang signifikan untuk energi dan sistem transportasi di masa depan.

Utama

Mengingat emisi gas rumah kaca yang substansial dari kendaraan tugas berat (HDV), elektrifikasi cepat angkutan jalan tugas berat sangat penting untuk membatasi pemanasan global berdasarkan Perjanjian Iklim Paris. Uni Eropa, AS, dan Cina secara berturut-turut telah memperketat target emisi untuk truk diesel tugas berat, memerlukan penyebaran cepat truk nol-emisi di mana permintaan dan keterjangkauan operator adalah faktor utama. Namun, biaya akuisisi tinggi menghambat adopsi cepat truk emisi nol. Elektrifikasi kendaraan komersial berat menghadapi tantangan yang signifikan karena kompleksitas teknis dan daya saingnya. Data yang akurat dan komprehensif tentang biaya akuisisi truk nol-emisi sangat penting untuk mengevaluasi teknologi ini. Namun, data biaya komponen untuk truk emisi nol tetap langka dan tidak pasti. Oleh karena itu, studi ini mengajukan pertanyaan: Apa lintasan biaya masa depan yang paling mungkin untuk komponen truk zero-emisi tengah pada tahun 2050? Makalah ini menganalisis biaya yang diproyeksikan untuk lima komponen truk listrik-listrik kritis (BETS) dan/atau truk sel bahan bakar (FCET). Penetrasi pasar yang cepat dari truk emisi nol dapat dicapai dengan cepat dengan biaya terobosan yang diperlukan. Sebagai teknologi terkemuka, truk baterai-listrik menunjukkan prospek yang lebih baik dan efektivitas biaya langsung, mendukung pandangan optimis tentang pengiriman jalan dekarbonisasi.

Prakiraan Meta Menggunakan Analisis Regresi

Studi ini mengidentifikasi literatur yang relevan melalui pencarian basis data Scopus dan Google Cendekia, mengkategorikan sumber ke dalam tiga jenis: dekat pasar (perkiraan pasar dan pengumuman industri dari analis terkenal dan perusahaan konsultan), ilmiah (makalah peer-review), dan lainnya (publikasi dan laporan akademik non-peer-review). Semua nilai biaya distandarisasi untuk harga pengadaan OEM tingkat sistem untuk komponen truk nol-emisi.

Biaya sistem baterai dan sistem sel bahan bakar yang menurun dengan cepat

Gambar 1 menunjukkan bahwa biaya sistem baterai dapat berkurang sebesar 64% menjadi 75% sebelum 2050, dengan penurunan tahunan tetap cepat dan berkelanjutan. Dibandingkan dengan yang lain, perkiraan pasar dekat menunjukkan optimisme yang lebih besar, menunjukkan variasi yang lebih kecil dan lebih stabil. Tren ini tercermin dalam proyeksi biaya yang diproyeksikan: model ilmiah dan lainnya mengadopsi pendekatan yang lebih konservatif. Untuk tahun 2020.2030, dan 2050, dekat pasar (biru) memperkirakan biaya proyek € 275, € 140, dan € 70 per kWh masing-masing; perkiraan ilmiah (hijau) berdiri di € 310, € 180, dan € 100 per kWh; sementara yang lain (ungu) mengantisipasi biaya € 200 dan € 115 per kWh masing -masing pada tahun 2030 dan 2050.

Gambar 1. Perkiraan biaya sistem baterai truk emisi nol

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2, biaya sistem sel bahan bakar diproyeksikan berkurang sebesar 65% menjadi 85% pada tahun 2050. Skenario dekat pasar (biru) diperkirakan sekitar € 540 per kilowatt pada tahun 2020, turun di bawah ambang batas € pada 2045 dan mencapai sekitar € 85 per kilowatt pada tahun 2050, sebaliknya, sebaliknya, sebaliknya, sebaliknya, tungku € € € € € € € € sebaliknya, sebaliknya. 2030-an, akhirnya menetap sekitar € 80 per kilowatt pada tahun 2050. Skenario lainnya (ungu) terletak di antara perkiraan pasar dekat dan ilmiah, gagal mencapai level € 100 per kilowatt.

Gambar 2. Perkiraan biaya untuk sistem sel bahan bakar Zet tugas berat

Tinjauan Biaya untuk Lima Komponen Zet Utama

Tabel 1 menyajikan biaya komponen truk nol-emisi. Potensi pengurangan biaya untuk komponen yang berdekatan relatif terbatas. Biaya motor listrik diproyeksikan menurun dari sekitar € 42 per kilowatt pada tahun 2020 menjadi € 30 per kilowatt pada tahun 2050. Untuk tangki penyimpanan hidrogen, pengurangan biaya selama periode 2020-2050 diperkirakan 2,6% -2,9%. Biaya sistem yang stabil untuk komponen PE & HV tetap sekitar € 50 per kilowatt. Tabel 1: Biaya komponen tingkat sistem dari lima komponen nol-energi utama dalam € 2020

Ekspektasi biaya yang berbeda untuk baterai dan sel bahan bakar

Menurut prediksi meta, baik biaya baterai dan sel bahan bakar diperkirakan akan menurun dengan cepat. Analisis komparatif yang diungkapkan dalam penelitian ini menyoroti interaksi yang kompleks antara proyeksi ilmiah dan realitas pasar aktual untuk teknologi yang muncul di berbagai tahap kematangan komersial. Analisis perkiraan biaya baterai menunjukkan stabilitas di dekat pasar di berbagai kerangka waktu, sementara perkiraan biaya ilmiah yang diterbitkan antara 2010 dan 2023 menghadapi revisi ke bawah yang signifikan. Sistem sel bahan bakar menunjukkan tren terbalik. Dibandingkan dengan proyeksi pasar dekat, model ilmiah menunjukkan stabilitas yang lebih besar dan pandangan yang lebih optimis secara konsisten. Divergensi dapat berasal dari perbedaan dalam kematangan teknologi dan ketidakpastian mengenai lintasan pembangunan di masa depan dari kedua teknologi ini.

Volume yang diperlukan, tingkat pembelajaran dan biaya terobosan

Studi ini membandingkan perkiraan biaya dengan ekspansi pasar potensial truk nol tipe-S di Amerika Utara, Eropa, dan Cina, memproyeksikan total produksi tahunan antara 2,5 juta hingga 3 juta unit. Hasil regresi menunjukkan bahwa mencapai biaya sistem baterai sekitar € 150 per kWh pada tahun 2028 (dekat pasar) hingga 2032 (ilmiah) akan membutuhkan produksi kumulatif antara 1.300 GWh (pasar dekat) dan 5.200 GWh (ilmiah), sesuai dengan tingkat pembelajaran sekitar 16% (ilmiah) hingga 19% (dekat pasar). Untuk mencapai pembangkit listrik di bawah € 100 per kWh pada tahun 2039 (dekat pasar) hingga 2049 (ilmiah), 11.000 GWh (dekat pasar) atau bahkan 68.000 GWH (ilmiah) output listrik akan diperlukan. Mengingat pangsa pasar yang signifikan dari truk listrik bertenaga baterai, skenario sebelumnya kemungkinan besar pada akhir 2030-an. Untuk sistem sel bahan bakar yang menargetkan € 150 per kW pada tahun 2027 (ilmiah) hingga 2035 (dekat pasar), produksi kumulatif perlu berkisar dari 135.000 unit (ilmiah) hingga 1,4 juta unit (dekat pasar). Tingkat adopsi yang sesuai diproyeksikan berkisar dari 14% (fase ilmiah) hingga 26% (fase pasar dekat). Mengingat adopsi luas model truk sel bahan bakar pada akhir 1920 -an, skenario yang terakhir dapat menjadi layak. Harga di bawah € 100 per kilowatt dapat dicapai antara 2040 (fase ilmiah) dan 2045 (fase pasar dekat), dengan permintaan kumulatif diperkirakan akan berfluktuasi antara 2,3 juta unit (fase ilmiah) dan 6,8 juta unit (fase pasar dekat).

Diskusi

Studi ini membandingkan temuan penelitian dengan target atau perkiraan biaya minimum untuk menghindari proyeksi yang terlalu konservatif. Setelah mengkalibrasi ulang biaya sistem baterai, perkiraan harga sekitar € 90 per kWh pada tahun 2030 dan € 70 per kWh pada tahun 2050, sejajar dengan target yang diproyeksikan yang ditetapkan oleh Departemen Energi AS dan inisiatif hidrogen SRIA48 Eropa. Pendekatan meta-prediksi yang berpusat pada biaya dapat mengabaikan ketergantungan skenario dan spesifisitas/tren teknis. Skenario dan asumsi inti mempengaruhi volume produksi, yang pada gilirannya mempengaruhi evolusi biaya komponen. Analisis regresi lebih lanjut menunjukkan bahwa skenario biaya optimis menunjukkan peningkatan efektivitas biaya untuk baterai dan sel bahan bakar. Faktor -faktor penting seperti desain teknis dan pemilihan material secara signifikan berdampak baik baik biaya dan kinerja. Ketidakpastian komponen dan kesenjangan data menghambat evaluasi tekno-ekonomi komprehensif dari teknologi individu dari tahun 2020 hingga 2050. Sementara biaya baterai dan sel bahan bakar diperkirakan akan berkurang dengan peningkatan kinerja teknis, kemajuan teknologi yang melibatkan komponen baru dan tren yang muncul dapat mengimbangi pengurangan biaya ini. Truk listrik saat ini menunjukkan daya saing biaya dibandingkan dengan truk diesel. Namun, karena harga hidrogen hijau yang berpotensi tinggi, truk sel bahan bakar mungkin berjuang untuk mencapai paritas total biaya kepemilikan sepanjang tahun 2030-an. Rasio biaya pembelian untuk truk nol-emisi naik secara substansial dibandingkan dengan truk diesel saat ini. Di luar faktor ekonomi, kemampuan teknologi juga mempengaruhi keputusan pembelian truk. Kendaraan listrik tanpa emisi telah mencapai paritas teknis dengan truk diesel. Pada akhirnya, ketersediaan infrastruktur dan penerimaan pengguna akan memainkan peran yang menentukan dalam adopsi.

Kesimpulan

Studi ini memberikan tinjauan umum perkiraan biaya untuk lima komponen utama truk emisi nol melalui analisis meta-prediksi dan regresi, menghasilkan empat kesimpulan utama: pertama, biaya komponen untuk truk emisi nol diproyeksikan berkurang secara signifikan. Biaya sistem baterai di masa depan diperkirakan akan stabil pada € 150 per kWh pada tahun 2035 dan melebihi € 100 per kWh pada tahun 2050. Biaya sistem sel bahan bakar dapat mencapai sekitar € 150 per kWh pada akhir 2030 -an, dengan potensi maksimum mendekati € 100 per kWh pada akhir 2040 -an. Kedua, proyeksi biaya menunjukkan variasi sistematis di seluruh kategori teknologi, yang mungkin tergantung pada kematangan teknologi. Sementara baterai di dekat pasar menunjukkan proyeksi biaya yang paling stabil di antara sumber-sumber, perkiraan mereka tetap lebih optimis daripada yang untuk sistem ilmiah. Untuk sel bahan bakar, pendekatan ilmiah cenderung menuju biaya yang lebih rendah atau target. Ketiga, potensi pengurangan biaya yang substansial mendukung pandangan optimis untuk kedua teknologi. Ini menunjukkan bahwa penyebaran cepat truk emisi nol akan memiliki dampak signifikan pada peserta dalam sektor transportasi dan energi. Akhirnya, penelitian ini menyoroti persaingan di antara teknologi truk nol-emisi dan menimbulkan pertanyaan tentang kepemimpinan pasar dan perlunya mengadopsi berbagai teknologi. Semua pengurangan biaya yang diantisipasi bergantung pada transisi yang sukses ke angkutan jalan rendah karbon. Dibandingkan dengan truk sel bahan bakar, truk nol-emisi dapat menawarkan jalur yang paling hemat biaya untuk mencapai total paritas kepemilikan biaya, sementara truk sel bahan bakar mungkin masih memerlukan dukungan kebijakan tambahan hingga 2030.