Фермите за слънчева енергия биха могли да предложат втори живот на батериите за електрически превозни средства

Проучването на моделирането показва, че системите за повторно използване на батерии могат да бъдат печеливши както за компаниите за електрически превозни средства, така и за мащабните слънчеви операции.

Дейвид Л. Чандлър | Служба за новини на MIT
22 май 2020 г.

Проучване на MIT показва, че батериите за електрически превозни средства биха могли да имат полезен и печеливш втори живот като резервно хранилище за мащабни слънчеви фотоволтаични инсталации, където биха могли да изпълняват повече от десетилетие в тази по-малко взискателна роля. Това изображение показва „отрязан“ изглед на литиево-йонна батерия на фона на автомобили и слънчеви панели.

Тъй като популярността на електрическите превозни средства бързо нараства в световен мащаб, скоро ще настъпи вълна от използвани батерии, чиято производителност вече не е достатъчна за превозни средства, които се нуждаят от надеждно ускорение и обхват. Но ново проучване показва, че тези батерии все още могат да имат полезен и печеливш втори живот като резервно хранилище за мащабни слънчеви фотоволтаични инсталации, където биха могли да изпълняват повече от десетилетие в тази по-малко взискателна роля.

Изследването, публикувано в списанието Applied Energy, е извършено от шест настоящи и бивши изследователи от MIT, включително докторант Иън Матюс и професор по машинно инженерство Тонио Буонасиси, който е ръководител на изследователската лаборатория по фотоволтаици.

Като тест, изследователите разгледаха подробно хипотетична мащабна слънчева ферма в Калифорния. Те изучаваха икономиката на няколко сценария: само изграждане на 2,5-мегавата слънчева ферма; изграждане на същия масив заедно с нова система за съхранение на литиево-йонни батерии; и изграждането му с батериен масив, направен от пренасочени EV батерии, които са намалели до 80 процента от първоначалния им капацитет, точката, в която те биха се считали за твърде слаби за продължителна употреба на превозни средства.

Те установиха, че новата инсталация на батерията няма да осигури разумна нетна възвръщаемост на инвестицията, но че правилно управляваната система от използвани EV батерии може да бъде добра, печеливша инвестиция, стига батериите да струват по -малко от 60 процента от първоначалната им цена.

Не е толкова лесно

Процесът може да звучи лесно и понякога се прилага в по-малки проекти, но разширяването му до мащаба на мрежата не е просто, обяснява Матюс. „Има много проблеми на техническо ниво. Как да скринирате батериите, когато ги извадите от колата, за да сте сигурни, че са достатъчно добри за повторна употреба? Как да опаковате заедно батерии от различни автомобили по начин, по който знаете, че те ще работят добре заедно и няма да имате една батерия, която е много по -лоша от останалите и ще забави работата на системата надолу? €
От икономическа страна, казва той, има и въпроси: „Сигурни ли сме, че в тези батерии остава достатъчно стойност, за да оправдае разходите за вземането им от колите, събирането им, проверката им и преопаковането им? в ново приложение? “За моделирания случай при местните условия в Калифорния отговорът изглежда е твърд„ да “, установи екипът.

Изследването използва полуемпиричен модел на разграждане на батерията, обучен с помощта на измерени данни, за да предскаже избледняване на капацитета в тези литиево-йонни батерии при различни условия на работа и установи, че батериите могат да постигнат максимален живот и стойност, като работят при относително щадящи цикли на зареждане и разреждане - никога не надвишава 65 процента от пълното зареждане или под 15 процента. Тази констатация оспорва някои по -ранни предположения, че първоначалното използване на батериите с максимален капацитет би осигурило най -голяма стойност.

„Говорих с хора, които казаха, че най -доброто нещо, което трябва да направите, е просто да работите много усилено с батерията си и да заредите отпред всичките си приходи“, казва Матюс. „Когато го разгледахме, това изобщо нямаше смисъл.“ От анализа стана ясно, че максималният живот на батериите ще осигури най -добра възвръщаемост.

Колко дълго ще издържат?

Един неизвестен фактор е колко дълго батериите могат да продължат да работят полезно в това второ приложение. Проучването направи консервативно предположение, че батериите ще бъдат изтеглени от резервната им услуга за слънчева ферма, след като са намалели до 70 процента от номиналния си капацитет, от първоначалните си 80 процента (моментът, в който са били изтеглени от използване на електромобили). Но може да се окаже, казва Матюс, че продължаването на експлоатацията до 60 процента от капацитета или дори по -ниско може да се окаже безопасно и полезно. За да се определи това, ще са необходими по-дългосрочни пилотни проучвания, казва той. Много производители на електрически превозни средства вече започват да правят такива пилотни проучвания.

„Това е цяла област на изследване сама по себе си“, казва той, „защото типичната батерия има множество пътища на разграждане. Опитвайки се да разберете какво се случва, когато преминете в тази по -бърза фаза на разграждане, това е активна област на изследване. “Отчасти разграждането се определя от начина, по който се контролират батериите. „Така че, всъщност бихте могли да адаптирате алгоритмите си за управление през целия живот на проекта, за да го изтласкате, доколкото е възможно“, казва той. Това е една посока, която екипът ще следва в своите текущи изследвания, казва той. „Смятаме, че това би могло да бъде чудесно приложение за методите на машинно обучение, опитвайки се да разберем вида на интелигентните методи и прогнозните анализи, които коригират тези политики за контрол през целия живот на проекта.“

Действителната икономика на такъв проект може да варира значително в зависимост от местните регулаторни структури и структури за определяне на тарифи, обяснява той. Например, някои местни правила позволяват разходите за системи за съхранение да бъдат включени в общите разходи за ново снабдяване с възобновяема енергия, за целите на определяне на тарифи, а други не. Икономиката на такива системи ще бъде много специфична за сайта, но калифорнийският казус е предназначен да бъде илюстративен пример за САЩ.

„Много държави наистина започват да виждат ползата, която хранилището може да осигури“, казва Матюс. „И това просто показва, че те трябва да имат надбавка, която по някакъв начин включва батерии от втори живот в тези разпоредби. Това би могло да бъде благоприятно за тях

Неотдавнашен доклад на McKinsey Corp. показва, че тъй като търсенето на резервно хранилище за проекти за възобновяема енергия нараства между сега и 2030 г., батериите за второ използване на EV могат потенциално да задоволят половината от това търсене, казва Матюс. Според него някои компании за електромобили, включително Rivian, основана от възпитаник на MIT, вече проектират батериите си специално, за да направят това преустройство в края на живота възможно най-лесно.

Матюс казва, че „доводът, който направих в статията, беше, че технически, икономически,„ това може да работи “. За следващата стъпка той казва„ Има много заинтересовани страни трябва да участвате в това: Трябва да имате вашия производител на електромобили, производител на литиево -йонна батерия, разработчик на слънчеви проекти, момчета от силовата електроника. “Намерението, казва той,„ беше да се каже “ Хей, вие наистина трябва да седнете и наистина да погледнете това, защото смятаме, че наистина може да работи. “
Изследователският екип включваше постдокторантите Болум Сю и Уей Хе, студентката по МВА Ванеса Барето и изследователят Иън Мариус Питърс. Работата беше подкрепена от изследователската програма на Европейския съюз „Хоризонт 2020“, DoE-NSF ERF за квантово устойчиви слънчеви технологии (QESST) и Сингапурската национална изследователска фондация чрез Сингапурския алианс за научноизследователска и технологична технология (SMART).