Když elektrické vozidlo (EV) sjede ze silnice, co se stane s baterií vozidla? Osud lithium-iontových baterií v elektrických vozidlech je důležitou otázkou pro výrobce, tvůrce politik i vlastníky EV. Dnes jsou elektromobily stále malým kouskem automobilového trhu. Mnoho baterií vycházejících z provozu se používá k vyhodnocení řady možností opětovného použití a recyklace. Před recyklací baterií za účelem obnovy kritických energetických materiálů je opětovné použití baterií v sekundárních aplikacích slibnou strategií.

Ekonomický potenciál pro opětovné použití baterií nebo jejich druhý život by mohl pomoci dále snížit počáteční náklady na baterie EV a zvýšit hodnotu použitého EV. Vzhledem k rostoucímu trhu s EV by baterie druhé životnosti mohly také představovat trh s levným skladováním pro energetické společnosti a spotřebitele elektřiny. Aby se však umožnilo široké opětovné použití baterií EV, bude politika hrát důležitou roli při snižování překážek a zajišťování odpovědných, spravedlivých a udržitelných postupů.

Dnes poskytnu svědectví Poradní skupině pro recyklaci lithiových baterií v Kalifornii ohledně opětovného použití baterií EV; cílem poradní skupiny je vydat doporučení, jak zajistit, aby 100 % baterií pro elektromobily prodávaných v Kalifornii bylo znovu použito nebo recyklováno. V tomto blogu popisuji současnou průmyslovou krajinu a vysvětluji potenciální případy použití baterií EV s druhou životností. Tento blog shrnuje stručnou bílou knihu, kterou jsem pro tuto skupinu pomáhal vypracovat s výzkumníky z University of California Davis.

Trh s bateriemi druhé životnosti

S růstem trhu s elektrickými vozidly poroste i nabídka baterií druhé životnosti. Prognózy z akademických studií a průmyslových zpráv odhadují, že do roku 112 budou celosvětově dostupné baterie s druhou životností v rozsahu 275–2030 GWh ročně. Pro kontext je to více než 200násobek celkového úložiště energie instalovaného v USA v roce 2018 (~780 MWh).

Kalifornie je největším trhem pro EV v USA a do roku 2027 bude ze státu vyřazeno odhadem 45,000 25 baterií EV. Za předpokladu konzervativní kapacity pro každou z těchto baterií (1 kWh) to činí více než XNUMX GWh/rok dostupného úložiště v Golden State.

Proč lze znovu použít baterie EV

Po 8 až 12 letech ve vozidle si lithiové baterie používané v EV pravděpodobně udrží více než dvě třetiny své využitelné zásoby energie. V závislosti na jejich stavu mohou použité baterie EV poskytovat dalších 5-8 let provozu v sekundární aplikaci.

ČTĚTE VÍCE
Proč mi nefunguje klimatizace v mém voze BMW?

Schopnost baterie zadržovat a rychle vybíjet elektřinu se používáním a časem snižuje. Kolikrát může baterie dodávat uloženou energii určitou rychlostí, je funkcí degradace. Opakované využití maximálního úložného potenciálu baterie, rychlé cykly nabíjení a vybíjení a vystavení vysokým teplotám pravděpodobně sníží výkon baterie. Degradaci baterie jsem rozebral více v předchozím příspěvku na blogu.

Vzhledem k cyklům lehkého provozu, kterým jsou baterie EV vystaveny, by některé bateriové moduly s minimální degradací a chybějícími defekty nebo poškozením mohly být pravděpodobně renovovány a znovu použity přímo jako náhrada za stejný model vozidla. Velké automobilky, včetně Nissanu a Tesly, nabízely přestavěné nebo renovované bateriové sady pro nákup nebo záruční výměnu originálních bateriových sad v EV.

Hodnota akumulované spotřebované energie

Ekonomika bateriového úložiště druhé životnosti závisí také na ceně přepracovaného systému, který soutěží s novým bateriovým úložištěm. Aby mohly být použité baterie používány jako stacionární úložiště, musí projít několika procesy, které jsou v současnosti nákladné a časově náročné. Každá sada musí být testována, aby se zjistil zbývající stav baterie, protože se bude lišit pro každý vyřazený systém v závislosti na faktorech, které sahají od klimatu po individuální jízdní chování. Baterie musí být poté zcela vybity, překonfigurovány tak, aby splňovaly energetické nároky jejich nové aplikace; v mnoha případech se balíčky před testováním modulů rozeberou, vybaví se novým systémem správy baterií (BMS) a znovu se zabalí.

V závislosti na modelu vlastnictví a počátečních nákladech na baterii druhé životnosti se odhady celkových nákladů na baterii druhé životnosti pohybují od 40 do 160 USD/kWh. To je srovnatelné s náklady na nové baterie pro elektromobily ve výši 157 USD/kWh na konci roku 2019. Národní laboratoř pro obnovitelné zdroje energie (NREL) také vytvořila veřejně dostupnou kalkulačku opětovného použití baterií, která zohledňuje faktory, jako jsou náklady na pracovní sílu, záruka a počáteční velikost baterie a cena. Obrázek níže ilustruje potenciální nákladovou strukturu repasované baterie v aplikaci druhé životnosti, kde kupní cena je maximální hodnota zaplacená za použitou baterii. Pokud by tato hodnota mohla být přenesena na původního vlastníka, mohlo by to pomoci uhradit náklady na elektrické vozidlo.

ČTĚTE VÍCE
Proč moje klíčenka BMW funguje jen někdy?

Porovnání nákladů na nové a repasované baterie EV

Na základě kalkulátoru nákladů na druhé použití baterie NREL; předpokládá propustnost 10,000 1 tun použitých baterií za rok (~22 GWh/rok) a čisté náklady na přepracování a testování XNUMX USD/kWh.

Většina aplikací distribuovaného skladování energie má značné prostoje, kdy baterie nejsou cyklovány. Baterie druhé životnosti proto nabízejí největší ekonomický přínos, když bateriové systémy poskytují více služeb současně. Sdružování služeb za účelem zlepšení ekonomiky skladování energie se označuje jako skládání hodnot.

Například spotřebitelský zákazník může instalovat takzvané úložiště za elektroměrem především proto, aby snížil náklady na elektřinu tím, že se vyhne poplatkům za spotřebu (tj. dodatečným nákladům na elektřinu souvisejícím s vysokým zatížením). Zákazník může také ocenit odolnost při výpadku proudu. Jak za elektroměrem, tak před elektroměrem, může distribuované úložiště poskytovat řadu služeb pro energetické společnosti, včetně snížení potřeby výstavby nových elektráren nebo vyrovnání velkých změn v nabídce nebo poptávce po elektřině. Klíčovou výzvou pro bateriové úložiště (nové nebo použité) na komerčním trhu je, jak zachytit každý z těchto hodnotových toků.

Hlavní překážkou bude vytvoření spravedlivé kompenzace za zvýšenou schopnost baterií poskytovat určité služby na těchto trzích skladování. Kromě toho musí být hodnota služby poskytované těmito bateriemi důkladně vyčíslena, aby se snížila nejistota.

Energetický management zákazníka

Zákazníci mají k dispozici řadu možností „za měřičem“, jak využít úložiště energie, aby se snížily náklady na energii a zlepšila se odolnost systému.

Struktury sazeb podle doby používání (TOU) povzbuzují zákazníky, aby přesunuli spotřebu energie na hodiny mimo špičku tím, že budou účtovat vyšší sazby za použití během špičky. Nabízení kapacity v reakci na poptávku je dalším mechanismem pro odměňování komerčních zákazníků za snížení zátěže na krátkou dobu. Implementace akumulace v těchto případech spočívá v nabíjení, když je elektřina levnější, a následném vybíjení ve špičce, kdy je výhodné snížit zatížení zákazníka (tzv. „peak shaving“).

Vzhledem k tomu, že TOU směřuje k večerním hodinám, používání baterií druhé životnosti v aplikacích s přepínáním zátěže za metr poskytuje také přínos pro životní prostředí, protože se během dne nabíjejí z čistší elektřiny a vytlačují poptávku po energii, která by jinak byla dodána přírodními zdroji. plynové vrcholové rostliny.

ČTĚTE VÍCE
Kolik kilometrů má Pajero 4X4?

Bateriové úložiště lze také použít k přímému vyrovnání přerušování výroby větru a slunce. Storage umožňuje zákazníkům využít doby, kdy výroba na místě převyšuje poptávku; energii lze uložit a poté vybít, aby se vyplnily doby „klidu“. Úložiště na místě by také mohlo poskytnout větší hodnotu než měření sítě pro některé typy soukromých systémů.

Služby užitkové váhy

Existuje celá řada služeb, které může distribuované skladování energie poskytnout energetickým společnostem. Jak již bylo zmíněno, klíčovou překážkou pro baterie EV s druhou životností a distribuované skladování energie v širším měřítku je schopnost zachytit tyto různé hodnotové toky. Existují čtyři obecné typy úložiště služeb sítě, které může poskytovat:

  • Regulace frekvence – Široce charakterizuje potřebu sítě udržovat rovnováhu mezi výrobou a zatížením (poptávkou)
  • Přenos a distribuce – Modernizace této infrastruktury je nákladná a úložiště by mohlo pomoci zmírnit přetížení
  • Spinning rezervy – Generování rezervy pro neočekávanou událost, obvykle dostupné v krátké době
  • Energetická arbitráž – Ukládání přebytečné energie vyrobené během dne a zajištění přiměřenosti zdrojů, když poptávka převyšuje její výrobu.

Existující pilotní projekty měřiče

Existuje několik pilotních projektů pro LIB druhé životnosti používané v zákaznických strategiích energetického managementu, od malých po velké zákazníky (tabulka). Například evropské ústředí Nissanu v Paříži ve Francii nabízí systém 192 kWh/144 kW složený z 12 baterií Nissan Leaf s druhou životností. Systém umožňuje centrále řídit poptávku a využívat výhod TOU sazeb elektřiny.

Institut Roberta Mondaviho na UC Davis je dalším příkladem systému za metrem, který je spárován se solární PV. V projektu sponzorovaném Kalifornskou energetickou komisí (CEC) byl uvnitř přepravního kontejneru smontován 300kWh systém složený z 18 repasovaných bateriových sad Nissan.

Co se týče větší poptávky zákazníků, společné úsilí mezi Nissan, Eaton, BAM a The Mobility House vedlo k instalaci hybridního systému prvního/druhého života v Johan Cruijff Areně v Amsterdamu, Nizozemsko. Tento systém, složený ze 148 baterií Nissan Leaf, má kapacitu 3 MW a kapacitu úložiště elektřiny 2.8 MWh. Bateriový systém pomáhá snižovat náklady na energii a poskytuje až jednu hodinu záložního napájení arény. V roce 2016 byl v německém Lunenu uveden do provozu 13 MWh systém založený na 1,000 3 balíčcích BMW i90, z nichž přibližně XNUMX % tvoří baterie druhé životnosti.

ČTĚTE VÍCE
Proč selhávají dráty zapalovacích svíček?

Vývoj zásad umožňujících opětovné použití baterie

Přestože neexistují žádné jednotné globální nebo regionální politiky upravující opětovné použití a recyklaci baterií EV, v posledních letech se zvýšila pozornost věnovaná otázkám řízení konce životnosti (EOL).

Jednou z klíčových výzev pro správu EOL je sdílení kritických dat, jako je výrobce baterie, materiál katody, stav baterie a historie používání v hodnotovém řetězci až po potenciální sekundární trh nebo recyklaci. Global Battery Alliance (GBA) byla založena v roce 2017 jako spolupráce 70 veřejných a soukromých organizací s cílem vytvořit udržitelný hodnotový řetězec baterií včetně přepracování a recyklace. GBA ‚Battery Passport‘ si klade za cíl zlepšit sdílení dat v rámci hodnotového řetězce standardizací označování a vytvořením databáze informací o bateriích. Sdílení dat o bateriích by mohlo snížit náklady na opětovné použití baterie a zvýšit hodnotu opětovného použití baterie.

Další klíčovou výzvou pro opětovné použití baterií je logistika. Použité baterie jsou po vyjmutí z vozidla považovány za nebezpečný odpad, a proto se na ně vztahují omezení pro přepravu nebezpečných odpadů. Náklady a problémy spojené s přepravou a agregací použitých baterií jsou také překážkou širokého opětovného použití.

Hierarchie nakládání s odpady je užitečným rámcem pro zvážení osudu použitých EV baterií: nejprve je snižte, následuje opětovné použití, recyklace, obnova energie a nakonec zpracování a likvidace. Elektromobily již přinášejí významné ekologické výhody ve srovnání s konvenčními benzinovými vozidly; podpora opětovného použití baterií a zajištění řádné recyklace jsou důležité strategie pro další zvyšování udržitelnosti elektrických vozidel.

Stávající pilotní projekty druhého života

Vedoucí entita KDE? Rok (y) Kapacita
United Technologies Research Center Ireland, Ltd. Paříž, Francie 2017- 88 kWh (počet balíčků Kangoo neuveden)
Gateshead College, United Technologies Research Center Ireland, Ltd. Sunderland, Spojené království 2017- 48 kWh (3 listy, 50 kW FV kapacita)
Nissan Paříž, Francie 2017- 192 kWh (balení 12 listů)
Univerzita RWTH Aachen Cáchy, Německo 2017- 96 kWh (6 balíčků Kangoo)
Město Kempten, Allgäuer Überlandwerk GmbH Kempten, Německo 2017- 95 kWh (6 balíčků Kangoo, 37.1 kW FV kapacita)
Město Terni, ASM Terni Terni, Itálie 2017- 66 kWh (číslo sady Kangoo nespecifikováno, 200 kW FV kapacita)
Daimler, Getec Energie, The Mobility House, Remondis Lunen, Německo 2016- 12 MW, 13 MWh (1000 balení i3, 90 % 2. životnost)
Nissan, Eaton, BAM, The Mobility House Amsterdam, Nizozemsko 2019- 3 MW, 2.8 MWh (148 balení Leaf, 42 % 2. životnost)
Daimler, The Mobility House, GETEC ENERGIE, Mercedes-Benz Energy Elverlingsen, Německo by 2020 20 MW, 21 MWh (1878 balení, 40 % 2. životnost)
Mobility House, Audi Berlín, Německo 2019- 1.25 MW, 1.9 MWh (20 balení e-tron, 100 % 2. životnost)
UPC SEAT, Endesa Malaga, Španělsko 2016- 37.2 kWh (4 sady PHEV, 8 kW PV)
BMW, Vattenfall, Bosch Hamburk, Německo 2016- 2 MW, 2.8 MWh (2600 modulů i3)
Renault, Connected Energy Ltd Belgie 2020- 720 kWh, 1200 kW (číslo sady Kangoo nespecifikováno)
Nissan, WMG: University of Warwick, Ametek, Element Energy Velká Británie 2020- 1 MWh (50 balení listů)
UC Davis, Kalifornská energetická komise, Nissan Davis, CA, USA 2016- 260 kWh (864 modulů Leaf, 100 kW FV)
BMW, EVgo Los Angeles, CA, USA 2018- 30 kW, 44 kWh (2 balíčky i3)
UC San Diego, BMW, EVgo San Diego, CA, USA 2014-2017 108 kW, 180 kWh (nespecifikovaný počet mini E packů)
General Motors, ABB San Francisco, CA, USA 2012 25 kW, 50 kWh (5V sady, 74 kW FV, 2 kW větrné turbíny)
Toyota Yellowstonský národní park, USA 2014- 85 kWh (208 modulů Camry)
Nuvve, University of Delaware, BMW Newark, USA 2019- 200 kW (nespecifikovaný počet mini E packů, navíc integrovaný s V2G)
Nissan Sumitoto (4R Energy), síť Green Charge Osaka, Japonsko 2014- 600 kW, 400 kWh (16 balení listů)