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태양 에너지 농장은 전기 자동차 배터리에 제2의 삶을 제공할 수 있습니다.

2021-06-16
모델링 연구에 따르면 배터리 재사용 시스템은 전기 자동차 회사와 그리드 규모의 태양열 운영 모두에 수익성이 있을 수 있습니다.

데이비드 L. 챈들러 | MIT 뉴스 오피스
2020년 5월 22일



MIT 연구에 따르면 전기 자동차 배터리는 그리드 규모의 태양광 발전 설비를 위한 백업 스토리지로 유용하고 수익성 있는 제2의 수명을 가질 수 있으며, 여기서 덜 까다로운 역할을 10년 이상 수행할 수 있습니다. 이 이미지는 자동차와 태양 전지판을 배경으로 리튬 이온 배터리를 '절단'한 모습을 보여줍니다.

전 세계적으로 전기 자동차의 인기가 빠르게 증가함에 따라 안정적인 가속과 주행 거리가 필요한 차량에 성능이 더 이상 충분하지 않은 중고 배터리의 물결이 곧 나타날 것입니다. 그러나 새로운 연구에 따르면 이러한 배터리는 그리드 규모의 태양광 발전 설비를 위한 백업 스토리지로 유용하고 수익성 있는 제2의 수명을 가질 수 있으며, 덜 까다로운 역할에서 10년 이상 수행할 수 있습니다.

Applied Energy 저널에 발표된 이 연구는 박사 후 연구원 Ian Mathews와 광전지 연구소장인 Tonio Buonassisi 교수를 포함한 6명의 전 MIT 연구원들이 수행했습니다.

테스트 사례로 연구원들은 캘리포니아에 있는 가상의 그리드 규모 태양광 발전소를 자세히 조사했습니다. 그들은 몇 가지 시나리오의 경제성을 연구했습니다. 새로운 리튬 이온 배터리 저장 시스템과 함께 동일한 어레이를 구축합니다. 원래 용량의 80%로 감소한 용도 변경한 EV 배터리로 만든 배터리 어레이로 구축했습니다.

그들은 새 배터리 설치가 합리적인 순 투자 수익을 제공하지 못하지만 배터리 비용이 원래 가격의 60% 미만인 한 적절하게 관리되는 사용된 EV 배터리 시스템은 유익하고 수익성 있는 투자가 될 수 있음을 발견했습니다.

쉽지 않아

프로세스가 간단하게 들릴 수 있으며 소규모 프로젝트에서 때때로 구현되었지만 그리드 규모로 확장하는 것은 간단하지 않다고 Mathews는 설명합니다. “기술적인 면에서 문제가 많다. 배터리를 차에서 꺼낼 때 재사용하기에 충분한지 확인하기 위해 배터리를 어떻게 검사합니까? 서로 다른 자동차의 배터리를 함께 포장하여 서로 잘 작동하고 다른 배터리보다 훨씬 열악하고 시스템 성능을 저하시키는 배터리가 없다는 것을 알 수 있는 방법은 무엇입니까? 아래로?â€
그는 경제적 측면에서도 다음과 같은 질문이 있다고 말합니다. "자동차에서 배터리를 가져오고, 수거하고, 점검하고, 다시 포장하는 비용을 정당화할 만큼 배터리에 충분한 가치가 남아 있다고 확신합니까? 새로운 응용 프로그램으로? - 캘리포니아의 현지 조건에서 모델링된 사례의 경우 대답은 확고한 예인 것 같습니다. 팀은 발견했습니다.

이 연구는 측정된 데이터를 사용하여 훈련된 배터리 성능 저하의 반경험적 모델을 사용하여 다양한 작동 조건에서 이러한 리튬 이온 배터리의 용량 감소를 예측했으며 배터리가 상대적으로 부드러운 충전 및 방전 주기에서 작동함으로써 최대 수명과 가치를 달성할 수 있음을 발견했습니다. - 완전히 충전된 상태에서 65%를 초과하거나 15% 미만으로 떨어지지 않습니다. 이 발견은 초기에 최대 용량으로 배터리를 실행하는 것이 가장 큰 가치를 제공할 것이라는 초기 가정에 도전합니다.

"저는 배터리를 정말 열심히 사용하고 모든 수익을 미리 로드하는 것이 가장 좋은 방법이라고 말하는 사람들과 이야기를 나눴습니다."라고 Mathews는 말합니다. “그렇게 따져봤을 때 전혀 말이 안 됐다”고 분석했다. 배터리 수명을 극대화하는 것이 최고의 수익을 가져다줄 것이라는 분석이 분명했다.

얼마나 오래 지속됩니까?

한 가지 알려지지 않은 요소는 이 두 번째 애플리케이션에서 배터리가 얼마나 오랫동안 유용하게 작동할 수 있는지입니다. 이 연구는 배터리가 초기 80%(EV 사용을 중단한 시점)에서 정격 용량의 70%까지 감소한 후 태양광 발전소 백업 서비스에서 폐기될 것이라는 보수적인 가정을 했습니다. 그러나 Mathews는 용량의 60% 이하로 계속 운영하는 것이 안전하고 가치 있는 것으로 판명될 수 있다고 말합니다. 이를 결정하기 위해서는 장기간의 파일럿 연구가 필요할 것이라고 그는 말했다. 많은 전기 자동차 제조업체가 이미 이러한 파일럿 연구를 시작하고 있습니다.

"그것은 그 자체로 연구의 전체 영역입니다."라고 그는 말합니다. "일반적인 배터리에는 여러 열화 경로가 있기 때문입니다. 이 더 빠른 성능 저하 단계로 이동할 때 어떤 일이 발생하는지 알아내는 것은 활발한 연구 영역입니다. 부분적으로 성능 저하는 배터리가 제어되는 방식에 의해 결정됩니다. "따라서 프로젝트의 수명 동안 제어 알고리즘을 실제로 조정하여 가능한 한 멀리 밀어낼 수 있습니다."라고 그는 말합니다. 이것이 팀이 진행 중인 연구에서 추구할 방향 중 하나라고 그는 말합니다. "우리는 이것이 프로젝트 수명 동안 이러한 제어 정책을 조정하는 지능형 방법 및 예측 분석의 종류를 파악하려고 시도하는 기계 학습 방법에 대한 훌륭한 응용 프로그램이 될 수 있다고 생각합니다."

그러한 프로젝트의 실제 경제성은 지역 규제 및 요금 설정 구조에 따라 크게 달라질 수 있다고 그는 설명합니다. 예를 들어, 일부 지역 규정에서는 요금 설정 목적으로 저장 시스템 비용을 전체 신재생 에너지 공급 비용에 포함할 수 있도록 허용하고 다른 규정은 허용하지 않습니다. 이러한 시스템의 경제성은 현장에 따라 매우 다르지만 캘리포니아 사례 연구는 예시적인 미국 사례로 의도되었습니다.

"많은 주에서 스토리지가 제공할 수 있는 이점을 실제로 보기 시작했습니다."라고 Mathews는 말합니다. "그리고 이것은 해당 규정에 어떻게든 2차 수명 배터리를 포함하는 허용량이 있어야 함을 보여줍니다. 그것은 그들에게 유리할 수 있습니다.'

McKinsey Corp.의 최근 보고서에 따르면 지금부터 2030년 사이에 재생 에너지 프로젝트를 위한 백업 스토리지에 대한 수요가 증가함에 따라 두 번째 사용 EV 배터리가 잠재적으로 그 수요의 절반을 충족할 수 있다고 Mathews는 말합니다. 그는 MIT 졸업생이 설립한 Rivian을 포함한 일부 EV 회사는 이미 수명이 다한 이 용도를 가능한 한 쉽게 하기 위해 특별히 배터리 팩을 설계하고 있다고 말했습니다.

Mathews는 "내가 논문에서 말한 요점은 기술적으로, 경제적으로 이것이 효과가 있을 수 있다는 것이었습니다."라고 말합니다. 다음 단계를 위해 그는 말합니다. EV 제조업체, 리튬 이온 배터리 제조업체, 태양광 프로젝트 개발자, 전력 전자 제품 관계자가 있어야 합니다.”라고 그는 말합니다. 이봐, 너희들은 실제로 앉아서 이것을 봐야 한다. 왜냐하면 우리는 그것이 정말로 효과가 있을 것이라고 생각하기 때문이다.’â€
연구 팀에는 박사후 연구원인 Bolum Xu와 Wei He, MBA 학생 Vanessa Barreto, 연구 과학자 Ian Marius Peters가 포함되었습니다. 이 작업은 유럽 연합의 Horizon 2020 연구 프로그램, 양자 지속 가능한 태양광 기술을 위한 DoE-NSF ERF(QESST) 및 싱가포르-MIT 연구 및 기술 연합(SMART)을 통한 싱가포르 국립 연구 재단의 지원을 받았습니다.