I ricercatori dell'Oak Ridge National Laboratory hanno sviluppato un sistema di controllo innovativo per i pacchi batteria dei veicoli elettrici riutilizzati per immagazzinare elettricità per uso domestico e stanno portando la tecnologia a un grande, progetto a livello di rete elettrica.

Anche dopo che le batterie hanno raggiunto la fine della loro prima vita utile per alimentare i veicoli elettrici, o veicoli elettrici, c'è ancora un sacco di succo rimasto. Questi pacchi potrebbero non essere più in grado di resistere alle condizioni estreme di carica e scarica dei veicoli elettrici, ma hanno ancora una vita utile come opzione a basso costo per l'accumulo di energia stazionaria, secondo alcune stime, fino a 10 anni in più di una seconda vita.

Le batterie riutilizzate sono un candidato ideale per l'accumulo di energia in rete, che è essenziale per mantenere la domanda e l'offerta di energia equilibrata in quanto più rinnovabile, fonti di generazione intermittente sono installate in tutta la nazione. Rinnovabili come solare, l'energia eolica e idroelettrica hanno generato circa il 17% dell'elettricità negli Stati Uniti nel 2018, secondo la U.S. Energy Information Administration. Più fonti di energia rinnovabile vengono installate nelle case e nelle aziende.

Ma il costo dei sistemi di accumulo di energia in loco che utilizzano batterie nuove è ancora piuttosto elevato.

"Lo sviluppo di nuove tecnologie per lo stoccaggio dell'energia è essenziale per un equilibrato, moderna rete elettrica sempre più dipendente da fonti rinnovabili, energia distribuita, " disse Imre Gyuk, direttore di Energy Storage Research presso l'Office of Electricity del DOE. "Questo progetto sostiene anche un'economia circolare riutilizzando un bene prezioso, ridurre al minimo gli sprechi, e garantendo affidabilità, fornitura sicura di elettricità per un'economia solida."

Il potenziale a basso costo, lo stoccaggio di energia della batteria riutilizzata è enorme. Circa 1 milione di veicoli elettrici sono attualmente sulle strade della nazione, con la Fondazione Edison che prevede altri 18,7 milioni di veicoli elettrici entro il 2030, o circa il 7% dei veicoli totali, il tutto alimentato da pacchi batteria.

Il ricercatore dell'ORNL Michael Starke ha guidato un progetto supportato dall'Energy Storage Program di OE per creare e migliorare i controlli per l'accumulo di energia delle batterie per uso secondario, compreso l'implementazione e il test di un sistema da 15 kilowatt presso il sito di Habitat for Humanity nella Carolina del Nord, così come i test in una casa di ricerca che ORNL mantiene in un quartiere vicino al laboratorio.

Utilizzando il software e l'hardware dell'elettronica di potenza sviluppati da Starke e dai suoi colleghi, il sistema di batterie per uso secondario è progettato per ridurre a zero gli acquisti di una casa dall'utenza durante i periodi critici di picco della domanda quando il costo dell'elettricità è al massimo. La casa invece utilizza l'elettricità generata o immagazzinata da fonti rinnovabili in loco.

"Il vantaggio netto è una bolletta elettrica molto più bassa sfruttando strutture tariffarie in tempo reale, " ha detto Stark.

Il processo libera anche parte della domanda dall'area di servizio dell'utilità durante i periodi di punta, aiutando a bilanciare i carichi. "Il grande vantaggio è dimostrare che lo stoccaggio di energia per uso secondario è economicamente fattibile in queste applicazioni, " ha aggiunto Stark.

"L'uso secondario non consiste solo nel prendere le batterie delle auto usate e gettarle in qualcosa. Raggiungere un sistema di tipo utility è una sfida. Le utility vogliono qualcosa di affidabile ed efficiente su cui poter contare per un lungo periodo. E vogliono solo un dispositivo per comunicare con che può gestire una risorsa enorme, " ha detto Stark.

Il sistema sviluppato da ORNL è dotato di comunicazione basata su cloud per consentire il controllo remoto, un inverter flessibile per convertire l'energia per uso domestico o per la trasmissione di servizi pubblici, e controlli per sincronizzare il sistema con la rete più grande e per garantire avvio e spegnimento sicuri. Il lavoro è dettagliato nel documento, "Sistema di accumulo di energia residenziale (uso secondario) e interfacce elettroniche di potenza software e hardware modulari, " presentato all'IEEE Energy Conversion Congress and Exposition questo autunno.

I ricercatori di Oak Ridge hanno anche affrontato la sfida di integrare batterie di varie età di diversi produttori che hanno chimiche diverse, tensioni e capacità in un sistema di accumulo energetico unificato ed efficiente. I ricercatori hanno sviluppato un metodo che in sostanza propone una quantità desiderata di carica o scarica con le batterie, quindi risponde con il proprio stato e la capacità di soddisfare la richiesta, con conseguente invio efficiente delle risorse.

Il lavoro è dettagliato nel documento, "Architettura per l'immagazzinamento dell'energia delle batterie multi-chimica su larga scala, " presentato anche alla conferenza IEEE. La ricerca è parte integrante del futuro di come le batterie EV possono essere riproposte in progetti ancora più grandi per supportare lo stoccaggio della rete a livello di utilità, ha detto Starke.

L'accumulo di energia su scala industriale è in genere di 100 kilowatt o superiore, con sistemi da almeno 1 megawatt ottimali. Un tale progetto richiederebbe più sistemi di batterie per uso secondario.

"Questo è tutto dietro ciò che vede l'utilità, " ha detto Starke. "I servizi pubblici vogliono solo un blocco di energia, ma ci sono molti sottosistemi che devono coordinare e controllare queste risorse per realizzare un sistema da 1 megawatt."

Starke e i suoi colleghi dell'Electric Energy Systems Integration Group dell'ORNL stanno attualmente sviluppando un sistema di batterie per uso secondario da 100 kilowatt per testare ulteriormente i loro controlli e le soluzioni hardware. Sarà il primo progetto del suo genere a riutilizzare le batterie dei veicoli elettrici per un sistema su scala di rete, sulla scala di un quartiere con più case.