Las granjas solares podrían dar una segunda vida a las baterías de los vehículos eléctricos.



A medida que los vehículos eléctricos están ganando popularidad rápidamente en todo el mundo, pronto habrá una ola de baterías usadas cuyo rendimiento ya no será suficiente para los vehículos que necesitan 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 desempeñar durante más de una década en este papel. menos demandante.

El estudio, publicado en la revista. Energía aplicada, fue realizado por seis investigadores actuales y anteriores del MIT, incluido el postdoc Ian Mathews y el profesor de ingeniería mecánica Tonio Buonassisi, que dirige el laboratorio de investigación fotovoltaica.

Como prueba, los investigadores observaron en detalle una granja solar hipotética de toda la red en California. Estudiaron la economía de varios escenarios: la construcción de una granja solar de 2.5 megavatios solo; la construcción de la misma matriz con un nuevo sistema de almacenamiento para baterías de iones de litio; y construirlo con un conjunto de baterías compuestas de baterías EV reutilizadas que habían caído al 80% de su capacidad original, el punto en el 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 administrado adecuadamente de baterías EV usadas podría ser una buena inversión rentable siempre que las baterías cuesten menos del 60% de su precio. de origen.

No tan fácil

El proceso puede parecer simple, y a veces se ha implementado en proyectos de menor escala, pero expandirlo a la escala de la red no es sencillo, dice Mathews. “Hay muchos problemas técnicos. ¿Cómo filtra las baterías cuando las saca del automóvil para asegurarse de que sean lo suficientemente buenas como para reutilizarlas? ¿Cómo empaca las baterías de diferentes automóviles para saber que funcionarán bien juntos, y que 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 hay suficiente valor en estas baterías para justificar el costo de retirarlas de los automóviles, recogerlas y revisarlas? y volver a empaquetarlos en una nueva aplicación? "Para el caso modelado bajo las condiciones locales de California, la respuesta parece ser un sí sólido, encontró el equipo.

El estudio utilizó un modelo semi-empírico de degradación de la batería, formado utilizando datos medidos, para predecir la disminución de la capacidad de estas baterías de iones de litio en diferentes condiciones de funcionamiento, y encontró que las baterías podrían alcanzar la máxima vida útil y valor al operar en ciclos de carga y descarga relativamente suaves. – nunca superior al 65% de la carga completa o inferior al 15%. Este hallazgo desafía algunos supuestos anteriores de que la operación inicial de las baterías a su máxima capacidad proporcionaría el mayor valor.

"He hablado con personas que me han dicho que lo mejor que puede hacer es trabajar muy duro con su batería y cargar todos sus ingresos por adelantado", dice Mathews. "Cuando miramos esto, simplemente no tenía sentido". Del análisis quedó claro que maximizar la duración de la batería proporcionaría los mejores rendimientos.

¿Cuánto durarán?

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

"Esta es un área completa de investigación en sí misma", dice, "porque la batería típica tiene múltiples vías de degradación. Trate de comprender qué sucede cuando ingresa a esta fase de degradación más rápida, esta es un área activa de investigación ". En parte, la degradación está determinada por la forma en que se controlan las baterías". De modo que podría adaptar sus algoritmos de control durante la vida del proyecto, para realmente impulsar esto en la medida de lo posible ", dijo. Esta es una dirección que el equipo seguirá en su investigación en curso", dijo. "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 durante la vida del proyecto".

Explica que la economía real de un proyecto de este tipo podría variar considerablemente dependiendo de las estructuras reguladoras y de precios locales. Por ejemplo, algunas reglas locales permiten que el costo de los sistemas de almacenamiento se incluya en el costo total de una nueva fuente de energía renovable, con fines de fijación de precios, y otros 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 comenzando a ver los beneficios que el almacenamiento puede aportar", dice Mathews. "Y solo muestra que deberían tener una asignación que de alguna manera integre baterías de segunda vida en estas regulaciones. Esto podría ser favorable para ellos. "

Un informe reciente de McKinsey Corp. muestra que la demanda de almacenamiento de respaldo para proyectos de energía renovable aumentará para 2030, las baterías EV de segundo uso podrían satisfacer la mitad de esa demanda, dijo Mathews. Según él, algunas compañías de vehículos eléctricos, incluida Rivian, fundada por un ex alumno del MIT, ya están diseñando sus baterías específicamente para hacer que esta reutilización al final de su vida útil sea lo más simple posible.

Mathews dice que "lo que hice en el documento fue que técnica, económicamente … podría funcionar". Para el siguiente paso, dice: "Hay muchas partes interesadas que deberían involucrarse en esto: necesita tener su fabricante de EV, su fabricante de baterías de iones de litio, su desarrollador de proyectos solares, los muchachos de Electrónica de potencia. " La intención, dice, "era decir:" Oye, realmente deberías sentarte y mirar esto, porque creemos que realmente podría funcionar. ""

El equipo de estudio incluyó a los posdoctorados 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 Horizon 2020 de la Unión Europea, el DoE-NSF FER para Quantum Sustainable Solar Technologies (QESST) y la Fundación Nacional de Investigación de Singapur a través de la Alianza de Singapur -MIT para investigación y tecnología (SMART).

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