Pramonės naujienos

Saulės energijos ūkiai galėtų pasiūlyti antrą gyvenimą elektromobilių baterijoms

2021-06-16
Modeliavimo tyrimas rodo, kad baterijų pakartotinio naudojimo sistemos gali būti pelningos tiek elektromobilių įmonėms, tiek saulės energijos operacijoms tinkle.

Davidas L. Chandleris | MIT naujienų biuras
2020 m. Gegužės 22 d



MIT tyrimas rodo, kad elektrinių transporto priemonių baterijų antrasis tarnavimo laikas gali būti naudingas ir pelningas kaip atsarginė tinklinio masto saulės fotoelektrinių įrenginių saugykla, kur jie galėtų atlikti daugiau nei dešimtmetį atlikdami šį mažiau reiklų vaidmenį. Šiame paveikslėlyje rodomas ličio jonų akumuliatoriaus „nupjautas“ vaizdas automobilių ir saulės baterijų fone.

Sparčiai populiarėjant elektromobiliams visame pasaulyje, netrukus atsiras panaudotų akumuliatorių banga, kurios našumo nebeužtenka transporto priemonėms, kurioms reikia patikimo pagreičio ir nuotolio. Tačiau naujas tyrimas rodo, kad šios baterijos vis tiek gali būti naudingos ir pelningos antrą kartą kaip atsarginės tinklinio masto saulės fotoelektros įrenginių saugyklos, kuriose jos galėtų atlikti daugiau nei dešimtmetį atlikdamos šį mažiau reiklų vaidmenį.

Tyrimą, paskelbtą žurnale „Applied Energy“, atliko šeši dabartiniai ir buvę MIT tyrėjai, įskaitant postdoktorantą Ianą Mathewsą ir mechanikos inžinerijos profesorių Tonio Buonassisi, kuris yra Fotovoltinės energijos tyrimų laboratorijos vadovas.

Kaip bandomąjį atvejį mokslininkai išsamiai ištyrė hipotetinį tinklelio dydžio saulės ūkį Kalifornijoje. Jie studijavo kelių scenarijų ekonomiką: vien 2,5 megavato saulės elektrinės statymą; to paties masyvo kūrimas kartu su nauja ličio jonų akumuliatorių laikymo sistema; ir statyti jį naudojant akumuliatorių bloką, pagamintą iš pakartotinai panaudotų EV akumuliatorių, kurių pradinė talpa sumažėjo iki 80 proc.

Jie nustatė, kad naujas baterijų įrengimas nesuteiks pagrįstos grynosios investicijų grąžos, tačiau tinkamai valdoma panaudotų EV akumuliatorių sistema gali būti gera ir pelninga investicija, jei baterijos kainuoja mažiau nei 60 proc.

Ne taip lengva

Šis procesas gali atrodyti paprastas ir retkarčiais buvo įgyvendinamas mažesnio masto projektuose, tačiau išplėsti tai iki tinklelio masto nėra paprasta, aiškina Mathewsas. „Techniniu lygiu yra daug problemų. Kaip tikrinti baterijas, kai jas išimate iš automobilio, kad įsitikintumėte, jog jos yra pakankamai geros pakartotiniam naudojimui? Kaip supakuoti skirtingų automobilių akumuliatorius taip, kad žinotumėte, jog jie gerai veiks kartu, ir neturėsite vienos akumuliatoriaus, kuris yra daug prastesnis už kitus ir sumažins sistemos našumą žemyn? - €
Kalbant apie ekonominę pusę, jis sako, kad taip pat kyla klausimų: „Ar esame tikri, kad šiose baterijose liko pakankamai vertės, kad pateisintume jų paėmimo iš automobilių, surinkimo, tikrinimo ir perpakavimo išlaidas? į naują taikomąją programą? - Modeliavus atvejį Kalifornijos vietinėmis sąlygomis, atsakymas, atrodo, yra tvirtas „taip“, rado komanda.

Tyrime buvo naudojamas pusiau cirkuliacinis akumuliatoriaus degradacijos modelis, apmokytas naudojant išmatuotus duomenis, kad būtų galima numatyti šių ličio jonų baterijų talpos išblukimą esant skirtingoms eksploatavimo sąlygoms, ir nustatyta, kad baterijos gali pasiekti maksimalų tarnavimo laiką ir vertę veikdamos santykinai švelniu įkrovimo ir iškrovimo ciklu. „niekada neviršija 65 procentų visos įkrovos arba žemiau 15 procentų. Ši išvada paneigia kai kurias ankstesnes prielaidas, kad iš pradžių didžiausia baterijų talpa būtų didžiausia.

„Aš kalbėjau su žmonėmis, kurie sakė, kad geriausia, ką reikia padaryti, tai tiesiog labai sunkiai dirbti su baterija ir iš anksto įkrauti visas savo pajamas“, - sako Mathewsas. „Kai pažvelgėme į tai, tai visai neturėjo prasmės.“ Iš analizės buvo aišku, kad maksimalus baterijų tarnavimo laikas būtų geriausias.

Kiek jie truks?

Vienas nežinomas veiksnys yra tai, kiek laiko baterijos gali toliau veiksmingai veikti šioje antroje programoje. Tyrimas padarė konservatyvią prielaidą, kad baterijos bus pašalintos iš saulės energijos ūkio atsarginių paslaugų, kai jos sumažės iki 70 procentų nominalios talpos, palyginti su pradiniu 80 procentų (tuo metu, kai jos buvo nutrauktos naudojant elektromobilius). Bet gali būti, sako Mathewsas, kad toliau eksploatuoti iki 60 proc. Ar net mažesnių pajėgumų gali pasirodyti saugu ir naudinga. Pasak jo, norint tai nustatyti, reikės atlikti ilgalaikius bandomuosius tyrimus. Daugelis elektrinių transporto priemonių gamintojų jau pradeda atlikti tokius bandomuosius tyrimus.

„Tai yra visa tyrimų sritis savaime“, - sako jis, - nes įprasta baterija turi daugybę degradacijos būdų. Bandydami išsiaiškinti, kas atsitinka, kai pereinate į šį greitesnį degradacijos etapą, tai yra aktyvi tyrimų sritis. Iš dalies degradaciją lemia akumuliatorių valdymas. „Taigi, jūs iš tikrųjų galite pritaikyti savo valdymo algoritmus per visą projekto laikotarpį, kad tiesiog išstumtumėte tai kiek įmanoma“, - sako jis. Tai viena iš krypčių, kurios komanda laikysis savo vykdomuose tyrimuose, sako jis. „Manome, kad tai galėtų būti puiki mašininio mokymosi metodų programa, bandanti išsiaiškinti, kokie išmanūs metodai ir nuspėjamoji analizė gali koreguoti šią valdymo politiką per visą projekto laikotarpį.“

Faktinė tokio projekto ekonomika gali labai skirtis, priklausomai nuo vietos reguliavimo ir normų nustatymo struktūrų,-aiškina jis. Pavyzdžiui, kai kurios vietinės taisyklės leidžia nustatyti saugojimo sistemų išlaidas į bendrą naujo atsinaujinančios energijos tiekimo kainą nustatant tarifus, o kitos-ne. Tokių sistemų ekonomika bus labai specifinė, tačiau Kalifornijos atvejo tyrimas turi būti iliustruojantis JAV pavyzdys.

„Daugelis valstijų tikrai pradeda matyti saugyklos teikiamą naudą“, - sako Mathewsas. „Ir tai tik parodo, kad jie turėtų turėti pašalpą, kuri į tas taisykles kažkaip įtraukia antro naudojimo baterijas. Tai jiems gali būti palanku. “

Naujausia „McKinsey Corp.“ ataskaita rodo, kad didėjant atsinaujinančios energijos projektų atsargų poreikiui nuo dabar iki 2030 m., Antrą kartą naudojantys EV akumuliatoriai gali patenkinti pusę šios paklausos, sako Mathews. Pasak jo, kai kurios elektromobilių kompanijos, įskaitant „Rivian“, įkurtą MIT absolvento, jau specialiai kuria savo akumuliatorių blokus, kad šis eksploatacijos pabaigos pakartotinis panaudojimas būtų kuo lengvesnis.

Mathewsas sako, kad „aš referate nurodžiau, kad techniškai ir ekonomiškai tai gali veikti.“ Kitame žingsnyje jis sako: „Yra daug suinteresuotųjų šalių, kurios turite dalyvauti: turite turėti savo EV gamintoją, savo ličio jonų akumuliatorių gamintoją, saulės energijos projektų kūrėją, galios elektronikos vaikinus. “Jis sako, kad ketinimas„ turėjo pasakyti: “ Ei, jūs, vaikinai, iš tikrųjų turėtumėte atsisėsti ir tikrai pažvelgti į tai, nes manome, kad tai tikrai gali veikti.
Tyrimo komandoje dalyvavo postdoktai Bolum Xu ir Wei He, MBA studentė Vanessa Barreto ir tyrinėtojas Ianas Mariusas Petersas. Šį darbą rėmė Europos Sąjungos mokslinių tyrimų programa „Horizontas 2020“, „DoE-NSF ERF for Quantum Sustainable Solar Technologies“ (QESST) ir Singapūro nacionalinis tyrimų fondas per „Singapore-MIT Alliance for Research and Technology“ (SMART).