Un estudio de modelado muestra que los sistemas de reutilización de baterías podrían ser rentables tanto para las compañías de vehículos eléctricos como para las operaciones solares a escala de red.
A medida que los vehículos eléctricos crecen rápidamente en popularidad en todo el mundo, pronto habrá una ola de baterías usadas cuyo rendimiento ya no es 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 fotovoltaicas solares a escala de red, donde podrían funcionar durante más de una década en este papel menos exigente.
El estudio, publicado en la revista Applied Energy, fue realizado por seis investigadores actuales y anteriores del MIT, incluido el postdoc Ian Mathews y el profesor de ingeniería mecánica Tonio Buonassisi, jefe del Laboratorio de Investigación de Fotovoltaica.
Como un caso de prueba, los investigadores examinaron en detalle una granja solar hipotética a escala de red en California. Estudiaron la economía de varios escenarios: construir una granja solar de 2.5 megavatios solo; construir la misma matriz junto con un nuevo sistema de almacenamiento de batería de iones de litio; y construirlo con un conjunto de baterías hechas de baterías EV reutilizadas que habían disminuido al 80 por ciento de su capacidad original, el punto en el que se considerarían demasiado débiles para el uso continuado 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 inversión buena y rentable siempre que las baterías cuesten menos del 60 por ciento de su precio original.
El proceso puede parecer sencillo, y ocasionalmente se ha implementado en proyectos de menor escala, pero ampliar eso a escala de cuadrícula no es simple, explica Mathews. “Hay muchos problemas a nivel técnico. ¿Cómo revisa las baterías cuando las saca del automóvil para asegurarse de que sean lo suficientemente buenas como para reutilizarlas? ¿Cómo empacar las baterías de diferentes automóviles de manera que sepa que funcionarán bien juntos, y que no tendrá una batería que sea mucho más pobre que las otras y disminuya el rendimiento del sistema?”.
En el aspecto económico, dice, también hay preguntas: “¿Estamos seguros de que hay suficiente valor en estas baterías para justificar el costo de sacarlas de los automóviles, recogerlas, revisarlas y reempaquetarlas en una nueva aplicación?” Para el caso modelado en las condiciones locales de California, la respuesta parece ser un sí sólido, encontró el equipo.
El estudio usó un modelo semiempírico de degradación de la batería, entrenado usando datos medidos, para predecir el desvanecimiento de la capacidad en estas baterías de iones de litio bajo diferentes condiciones de operación, y descubrió que las baterías podrían alcanzar la vida útil y el valor máximos al operar bajo ciclos de carga y descarga relativamente suaves – nunca va por encima del 65 por ciento de la carga completa o por debajo del 15 por ciento. Este hallazgo desafía algunos supuestos anteriores de que hacer funcionar las baterías a la capacidad máxima inicialmente proporcionaría el mayor valor.
“He hablado con personas que han dicho que lo mejor que puede hacer es trabajar su batería realmente duro y cargar todos sus ingresos”, dice Mathews. “Cuando miramos eso, simplemente no tenía sentido”. Del análisis quedó claro que maximizar la vida útil de las baterías 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, que las baterías serían retiradas de su servicio de respaldo de la granja solar después de haber disminuido al 70 por ciento de su capacidad nominal, desde su 80 por ciento inicial (el punto en que se retiraron del uso de EV). Pero puede ser, dice Mathews, que continuar operando hasta el 60 por ciento de su capacidad o incluso menos podría ser seguro y valioso. Se requerirán estudios piloto a más largo plazo para determinar eso, dice. Muchos fabricantes de vehículos eléctricos ya están comenzando a hacer tales estudios piloto.
“Esa es toda un área de investigación en sí misma”, dice, “porque la batería típica tiene múltiples vías de degradación. Tratar de averiguar qué sucede cuando te mueves 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, es posible que realmente adapte sus algoritmos de control durante la vida útil del proyecto, para realmente sacarlo todo lo 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 descubrir el tipo de métodos inteligentes y análisis predictivos que ajustan esas políticas de control durante la vida del proyecto”.
Explica que la economía real de dicho proyecto podría variar ampliamente dependiendo de las estructuras locales de regulación y fijación de tarifas. 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, para fines de fijación de tarifas, y otros no. La economía de tales sistemas será muy específica del sitio, pero el estudio de caso de California pretende ser un ejemplo ilustrativo de los Estados Unidos.
“Muchos estados realmente están empezando a ver el beneficio que puede proporcionar el almacenamiento”, dice Ian Mathews.
“Y esto solo muestra que deberían tener una asignación que de alguna manera incorpore baterías de segunda vida en esas regulaciones. Eso podría ser favorable para ellos”.
Un informe reciente de McKinsey Corp. muestra que a medida que la demanda de almacenamiento de respaldo para proyectos de energía renovable crezca entre ahora y 2030, las baterías EV de segundo uso podrían satisfacer la mitad de esa demanda, dice Mathews. Algunas compañías de vehículos eléctricos, dice, incluida Rivian, fundada por un alumno del MIT, ya están diseñando sus paquetes de baterías específicamente para hacer que esta reutilización al final de su vida útil sea lo más fácil posible.
El equipo de estudio incluyó a los posdoctorados Bolum Xu y Wei He, la estudiante de MBA Vanessa Barreto y el científico investigador Ian Marius Peters. El trabajo fue apoyado por el programa de investigación Horizonte 2020 de la Unión Europea, el DoE-NSF ERF para Quantum Sustainable Solar Technologies (QESST) y la Fundación Nacional de Investigación de Singapur a través de la Alianza Singapur-MIT para Investigación y Tecnología (SMART).
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