Las granjas solares podrían dar una segunda vida a las baterías de los vehículos eléctricos | Noticias del MIT



A medida que los vehículos eléctricos ganen popularidad rápidamente en todo el mundo, pronto habrá una ola de baterías usadas que ya no funcionan bien para vehículos que requieren una aceleración y autonomía confiables. Pero un nuevo estudio muestra que estas baterías aún podrían tener una segunda vida útil y rentable como almacenamiento de respaldo para instalaciones solares fotovoltaicas a escala de red, donde podrían funcionar durante más de una década en el futuro. este papel menos exigente.

El estudio, publicado en la revista Energía aplicada, fue realizado por seis investigadores actuales y anteriores del MIT, incluido el becario postdoctoral Ian Mathews y el profesor de ingeniería mecánica Tonio Buonassisi, quien dirige el Laboratorio de Investigación Fotovoltaica.

Como prueba, los investigadores examinaron en detalle una hipotética granja solar a escala de red en California. Estudiaron la economía de varios escenarios: construir un parque solar de 2,5 megavatios por su cuenta; construya la misma bahía con un nuevo sistema de almacenamiento de baterías de iones de litio; y construirlo con un conjunto de baterías compuesto por baterías EV reutilizadas que se habían reducido al 80% de su capacidad original, hasta el punto en que se considerarían demasiado débiles para el uso continuo del vehículo.

Descubrieron que la instalación de la nueva batería no proporcionaría un retorno neto razonable de la inversión, pero que un sistema de baterías usadas para vehículos eléctricos correctamente administrado podría ser una buena inversión, siempre que las baterías cuesten menos del 60% de su precio. original.

No tan fácil

El proceso puede parecer sencillo y, a veces, se ha implementado en proyectos de menor escala, pero escalarlo a la escala de la red no es sencillo, dice Mathews. “Hay muchos problemas técnicos. ¿Cómo se filtran las baterías cuando las saca del automóvil para asegurarse de que sean lo suficientemente buenas como para ser reutilizadas? ¿Cómo agrupar las baterías de diferentes automóviles para que sepa que funcionarán bien juntos, y no tendrá una batería mucho más pobre que las demás y reducirá el rendimiento del sistema? "

Económicamente, dice, también hay preguntas: "¿Estamos seguros de que queda suficiente valor en estas baterías para justificar el costo de sacarlas de los automóviles, recogerlas, revisarlas?" y su reempaquetado en una nueva aplicación? "Para el caso modelado en las condiciones locales de California, la respuesta parece ser un sólido sí", encontró el equipo.

El estudio utilizó un modelo semi-empírico de degradación de la batería, entrenado con datos medidos, para predecir la pérdida de capacidad de estas baterías de iones de litio en diferentes condiciones de operación, y encontró que las baterías pueden alcanzar la máxima vida útil y valor operando con ciclos de carga y descarga relativamente suaves. – nunca exceda el 65% de la carga completa o por debajo del 15%. Este hallazgo desafía algunas suposiciones anteriores de que operar inicialmente las baterías a su capacidad máxima proporcionaría el mayor valor.

“He hablado con personas que han dicho que lo mejor que puede hacer es trabajar muy duro con la batería y cargar todos sus ingresos”, dice Mathews. "Cuando miramos esto, simplemente no tenía sentido". Del análisis se desprende claramente que maximizar la duración de la batería proporcionaría los mejores rendimientos.

¿Cuánto durarán?

Un factor desconocido es el tiempo que las baterías pueden continuar funcionando de manera significativa en esta segunda aplicación. El estudio hizo una suposición conservadora, que las baterías se retirarían del servicio de respaldo de su granja solar después de caer al 70% de su capacidad nominal, desde su 80% original (el tiempo que se agotaron). eliminado del uso de vehículos eléctricos). Pero bien puede ser, dice Mathews, que continuar funcionando hasta el 60% de la capacidad o incluso menos podría resultar seguro y útil. Se necesitarán estudios piloto a más largo plazo para determinar esto, dice. Muchos fabricantes de vehículos eléctricos ya están comenzando a realizar estos estudios piloto.

"Este es un gran campo de investigación en sí mismo", dice, "porque una batería típica tiene múltiples vías de degradación". Tratar de averiguar qué sucede cuando ingresa a esta fase de degradación más rápida es un área activa de investigación. "En parte, la degradación está determinada por la forma en que se controlan las baterías." Por lo tanto, puede adaptar sus algoritmos de control a lo largo de la vida del proyecto, para llevarlo lo más lejos posible ", dice. Esta es una dirección que el equipo seguirá en su investigación en curso, dice. "Creemos que esta podría ser una gran aplicación para los métodos de aprendizaje automático, tratando de comprender el tipo de métodos inteligentes y análisis predictivos que ajustan estas políticas de control a lo largo de la vida del proyecto ".

La economía real de tal proyecto podría variar ampliamente según las estructuras regulatorias y de precios locales, explica. Por ejemplo, algunas reglas locales permiten que el costo de los sistemas de almacenamiento se incluya en el costo total de un nuevo suministro de energía renovable, a efectos de fijación de precios, y algunas no. La economía de estos sistemas será muy específica del sitio, pero el estudio de caso de California pretende ser un ejemplo ilustrativo en los Estados Unidos.

“Muchos estados realmente están empezando a ver los beneficios que puede brindar el almacenamiento”, dice Mathews. "Y eso sólo demuestra que deberían tener una asignación que de alguna manera incorpore baterías de segunda vida en estas regulaciones". Podría ser bueno para ellos.

Un informe reciente de McKinsey Corp. muestra que, a medida que aumenta la demanda de almacenamiento de respaldo para proyectos de energía renovable entre ahora y 2030, las baterías para vehículos eléctricos de segundo uso podrían cubrir potencialmente la mitad de esa demanda, dice Mathews. Algunas empresas de vehículos eléctricos, dice, incluida Rivian, fundada por un ex alumno del MIT, ya están diseñando sus baterías específicamente para hacer que la reutilización al final de su vida útil sea lo más fácil posible.

Mathews dice que "el punto que hice en el documento fue que técnicamente, económicamente … podría funcionar". Para el siguiente paso, dice: “Hay muchas partes interesadas que deberían participar en esto: necesita su fabricante de vehículos eléctricos, su fabricante de baterías de iones de litio, su desarrollador de proyectos solares, especialistas en electrónica de potencia ". La intención, dice, “era decir: 'Oye, deberías sentarte y ver esto de verdad, porque creemos que realmente podría funcionar. ""

El equipo de estudio incluyó a los postdoctorados Bolum Xu y Wei He, la estudiante de MBA Vanessa Barreto y el investigador Ian Marius Peters. El trabajo fue apoyado por el programa de investigación Horizonte 2020 de la Unión Europea, el DoE-NSF ERF for Quantum Sustainable Solar Technologies (QESST) y la Singapore National Research Foundation a través de Alliance Singapore- MIT de Investigación y Tecnología (SMART).

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