电池再利用系统可以为电动汽车公司和电网规模的太阳能公司带来利润

麻省理工学院(MIT)的一项研究显示,电动汽车电池可能会成为有用且有利可图的“第二生命”(second life),作为电网规模的太阳能光伏发电装置的后备存储,它们可以在10多年的时间里完成这个要求不那么高的任务。这张照片显示的是锂离子电池的剖面图,背景是汽车和太阳能电池板。

随着电动汽车在全球范围内的迅速普及,很快就会出现一波使用过的电池浪潮,这些电池的性能不再足以满足需要可靠加速和行驶里程的汽车。但一项新的研究表明,这些电池仍有可能成为有用且有利可图的“第二生命”(second life),为电网规模的太阳能光伏发电装置提供后备储存,在未来十多年里,它们可以在这个要求不那么高的领域发挥作用。

这项研究发表在《应用能源》杂志上,由六位现任和前任麻省理工学院的研究人员完成,包括博士后伊恩·马修斯和机械工程教授托尼奥·布纳西西,他是光电研究实验室的负责人。

作为一个测试案例,研究人员详细考察了加州一个假设的电网规模的太阳能农场。他们研究了几种方案的经济效益:仅建造一个2.5兆瓦的太阳能发电厂;与新的锂离子电池存储系统一起构建相同的阵列;建造它的电池阵列是由重新使用的电动汽车电池组成的,电池容量已经下降到原始容量的80%,达到这一点将被认为太弱,无法继续使用汽车。他们发现,新的电池装置不会提供合理的净投资回报,但一个妥善管理的二手电动汽车电池系统可能是一个良好的,有利可图的投资,只要电池成本低于原始价格的60%。

没那么容易,这个过程可能听起来很简单,而且它偶尔会在较小规模的项目中实现,但是将其扩展到网格规模并不简单,Mathews解释说。“在技术层面上有很多问题。当你把电池从车里拿出来的时候,你如何对它们进行筛选,以确保它们足够好,可以重复使用?你如何把不同汽车的电池组装在一起,让你知道它们可以很好地一起工作,你不会有一个电池比其他电池差很多,会拖累系统的性能?”

在经济方面,他说,也有一些问题:“我们确定这些电池还有足够的价值,以证明从汽车中提取、收集、检查并重新包装成新应用程序的成本是合理的吗?”研究小组发现,对于加州当地情况下的模型案例,答案似乎是肯定的。

电池退化的研究使用半经验模型,训练使用测量数据,预测能力消失在这些锂离子电池在不同的操作条件下,电池,发现可以通过操作下获得最大的寿命和价值相对温和的充电和放电cycles-never超过65%的全负荷或低于15%。这一发现挑战了之前的一些假设,即以最大容量运行电池最初将提供最大的价值。

Mathews说:“我和一些人谈过,他们说最好的办法就是让你的电池工作得非常努力,然后把你所有的收入都预先加载进去。”“当我们看到这一点时,完全没有道理。”从分析中可以清楚地看出,电池的寿命越长,回报越高。它们会持续多久?

一个未知的因素是,在第二种应用中,电池还能有效工作多久。这项研究做出了一个保守的假设,即当电池的额定容量从最初的80%(即从电动汽车使用中退役的那一刻起)下降到70%后,电池将从他们的太阳能发电厂备用服务中退役。但是,马修斯说,很有可能继续降低到60%甚至更低的产能可能会证明是安全和值得的。他说,要确定这一点,还需要进行长期的试点研究。

许多电动汽车制造商已经开始进行此类试点研究。“这本身就是一个研究领域,”他说,“因为典型的电池有多种降解途径。试图弄清楚当你进入这个更快的退化阶段会发生什么,这是一个活跃的研究领域。”在某种程度上,电池的退化是由控制电池的方式决定的。他说:“因此,你可以在项目的整个生命周期中调整你的控制算法,尽可能地将其推出。”他说,这是该团队将继续进行研究的一个方向。“我们认为这可能是机器学习方法的一个很好的应用,试图找出一种智能方法和预测分析来调整项目生命周期中的那些控制策略。”

他解释道,此类项目的实际经济效益可能会因当地监管和利率设定结构的不同而存在很大差异。例如,一些地方法规允许将存储系统的成本计入新可再生能源供应的总体成本,以达到设定电价的目的,而其他法规则不允许。这种系统的经济效益将是非常具体的网站,但加州的案例研究打算是一个说明性的美国例子。

Mathews说:“许多州已经开始看到存储能够带来的好处。”“这只是表明,他们应该在规定中加入第二人生电池。”这可能对他们有利。”

马修斯说,麦肯锡公司(McKinsey Corp.)最近的一份报告显示,从现在到2030年,可再生能源项目对备用电池的需求不断增长,二次使用的电动汽车电池有可能满足一半的需求。他说,一些电动汽车公司,包括一位麻省理工学院校友创办的Rivian公司,已经在设计他们的电池组,以使这种最终用途的重新利用尽可能容易。

马修斯说:“我在论文中提出的观点是,从技术上、经济上来说……这是可行的。”下一步,他说,“有很多利益相关者需要参与进来:你需要有你的电动汽车制造商,你的锂离子电池制造商,你的太阳能项目开发商,电力电子的家伙。”他说,这样做的目的“是想说,‘嘿,你们这些家伙应该坐下来认真看看这个,因为我们认为它真的能起作用。’”