Magazyn energii z baterii samochodowej? To możliwe!

Cykl życia baterii samochodowych – do czego można je wykorzystać?

Idea wielokrotnego wykorzystywania baterii samochodowych nie należy bynajmniej do nowych pomysłów. Okazuje się bowiem, że już historia branży motoryzacyjnej, a konkretnie niemieckiej firmy Daimler oraz dostawcy energii Enercity pokazuje, że baterie samochodowe można wykorzystywać jeszcze przed zainstalowaniem ich w pojeździe. Chodzi tu oczywiście o akumulatory litowo-jonowe, które wspomniane firmy postanowiły w ramach projektu E-Smart połączyć w charakterze jednego ogromnego magazynu energii. Użyto w tym celu ponad 3 tysięcy fabrycznie nowych modułów baterii samochodowych. W ten sposób zaprezentowano możliwość wykorzystania tego typu akumulatorów jeszcze przed ich zastosowaniem w ramach pierwotnego przeznaczenia. Pojawia się jednak pytanie o zasadność takiego działania oraz o to, czy używane już baterie nie stracą swojej wydajności do momentu ich zainstalowania w samochodach. Thorsten Winter, inżynier projektu w Enercity Hannover-Herrenhausen wyjaśnia:

Zamiast przechowywać przyszłe baterie zamienne, wykorzystujemy możliwości naszej wirtualnej elektrowni. Na przykład sprzedając przechowywaną moc do regulacji mocy pierwotnej, przyczyniamy się do stabilizacji europejskiej sieci elektrycznej, a jednocześnie poddajemy baterie czemuś w rodzaju treningu siłowego – ładujemy je i ostrożnie rozładowujemy, tak aby zachowały swoją wydajność.

Żywotność baterii samochodowej zasilającej pojazd

Docelowym miejscem wykorzystania baterii samochodowych są oczywiście układy zasilania elektrycznych lub hybrydowych pojazdów. Mylnym jest jednak przekonanie o tym, że akumulator w takim samochodzie będzie wykorzystywany aż do całkowitej degradacji jego wydajności i sprawności. Okazuje się bowiem, że baterie samochodowe zazwyczaj funkcjonują w układach zasilania przez około 5 do 10 lat użytkowania pojazdu. Warto także wiedzieć, że w tym okresie akumulator zainstalowany w pojeździe jest eksploatowany na kilka sposobów. Naturalnymi procesami wykorzystującymi właściwości baterii w pojeździe są:

• przechowywanie przez nią energii niezbędnej do zasilenia samochodu (lub innego pojazdu),
• w momentach zapotrzebowania oddawanie zgromadzonej energii przy zachowaniu odpowiedniej mocy i sprawności,
• ładowanie w ramach średnio tysiąca cykli ładowań w zależności od pojemności baterii i sposobu użytkowania pojazdu.

Jak zaznacza Thorsten Winter pojemność baterii samochodowych na skutek ich użytkowania i poddawania kolejnym cyklom ładowania z czasem maleje, by w konsekwencji tych procesów spaść do 70 – 80 procent w kontekście pojemności magazynowania. To zazwyczaj właśnie w tym momencie baterie w pojeździe są wymieniane i mogą zostać wykorzystanie na trzecim etapie swojego “życia”.

Recykling lub funkcjonowanie w systemie magazynowania energii

W momencie, w którym bateria samochodowa nie jest w stanie przechowywać już większego wolumenu energii elektrycznej niż we wspomnianych 70 procentach swojej pierwotnej pojemności, właściciel pojazdu zazwyczaj decyduje się na jej wymianę. Dalsze użytkowanie takich ogniw będzie bowiem generowało postępującą degradację ich pojemności i stawało się dalece uciążliwe dla osób użytkujących pojazd. Co w takim razie dzieje się takimi bateriami, które po demontażu nadal są w stanie magazynować nawet 10-30 kWh prądu w zależności od pierwotnej pojemności zestawu akumulatorowego? Wciąż najczęstszym rozwiązaniem tej kwestii jest oddanie baterii do zakładu recyklingu. Tam w zależności od rodzaju ogniw zastosowanych w produkcji baterii stosuje się jedną z trzech metod odzyskiwania surowców: mechaniczną, hydrometalurgiczną bądź termiczną.

Coraz częściej jednak pod pojęciem recyklingu rozumie się ponowne wykorzystanie baterii samochodowych, ale bez rozdzielania ich poszczególnych frakcji. Zarówno największe koncerny motoryzacyjne, zakłady z innych gałęzi przemysłu, jak również prywatni konsumenci zaczęli bowiem dostrzegać możliwość zainstalowania baterii, które nie mogą mieć już zastosowania w pojazdach, w systemach magazynowania energii. Biorąc pod uwagę choćby ceny magazynów energii w Polsce, w przypadku prywatnych inwestorów, którym zależy na zwiększaniu autokonsumpcji energetycznej, takie rozwiązania mogą się okazać niezwykle opłacalne. W jaki jednak sposób zdemontowana bateria samochodowa miałaby sprawnie funkcjonować w domowym systemie zasilania i optymalizować zużycie energii?

Domowy magazyn energii z baterii samochodowej – jak to działa?

Baterie instalowane w samochodach elektrycznych lub hybrydowych mogą mieć różne pojemności w zależności od modelu. Najczęściej jednak spotyka się zestawy ogniw litowo-jonowych o pojemnościach mieszczących się w zakresie od 20 do nawet 100 kWh. Dla przykładu jednym z najchętniej kupowanych w Europie aut elektrycznych jest Renault Zoe (wg danych carsalesbase.com). Bateria wykorzystywana w tym pojeździe w zależności od wersji rocznikowej posiada pojemność od 22 do nawet 52 kWh (w modelu z akumulatorem Z.E. 50). Po około 8 – 10 latach użytkowania auta jej pojemność spada do mniej więcej 70 procent pierwotnej wartości. Wówczas zazwyczaj czeka ją wymiana, a zużyty zestaw ogniw może z powodzeniem posłużyć przez 5 do 10 lat jako bateria “drugiego użytku” na przykład w domowym magazynie energii, przynosząc określone korzyści.

Powervault i ich oferta ekologicznych magazynów energii

Brytyjski producent magazynów energii firma Powervault już od kilku lat posiada w swojej ofercie urządzenia z linio eco, które wykorzystują przetworzone ogniwa z tlenku litu i manganu (LMO) pozyskane ze zużytych baterii w pojazdach elektrycznych. Magazyny energii o nazwie Powervault 3 Eco powstały przy współpracy z takimi gigantami motoryzacyjnymi, jak Nissan oraz Renault. Z tym drugim firma realizuje swoje cele już od 2017 roku, w którym wdrożono pilotażowy projekt testowania magazynów energii wykorzystujących w ramach “drugiego życia” baterie samochodowe w połączeniu z fotowoltaiką. Testy trwały rok, a ich wynikiem jest między innymi wypuszczenie na rynek komercyjnych magazynów energii opierających swoją konstrukcję na bateriach z odzysku.

Magazyn energii Powervault 3 Eco; Źródło: powervault.co.uk

Firma Powervault obecnie proponuje 3 pojemności urządzeń do wyboru: 3,9 kWh, 5,9 kWh oraz 7,9 kWh. Co ważne, magazyn energii Powervault 3 Eco ma konstrukcję modułową, co oznacza, że jego pojemność można skalować według potrzeb. Wśród pozostałych zalet urządzenia należy z pewnością wymienić jego pełną kompatybilność z instalacjami fotowoltaicznymi, estetyczny design, 3-letnią gwarancję, zdecydowanie niższą w porównaniu ze standardowymi urządzeniami cenę, łatwość instalacji, bezpieczeństwo technologii oraz oczywiście działanie w służbie ekologii. Właściwie jedyną wadą magazynów energii wykorzystujących baterie zdemontowane z pojazdów elektrycznych, jest ich mniejsza żywotność w porównaniu do urządzeń zawierających “świeże akumulatory”. Jest to jednak kwestia kompensowana niższą ceną i pozostawiana oczywiście decyzji inwestora.

Magazyn energii z baterii samochodowej DIY – czy warto?

Okazuje się, że koncepcja ponownego wykorzystywania baterii samochodowych w charakterze magazynu energii nie jest bynajmniej nowym pomysłem. Prawie równocześnie z rozwojem elektromobilności zaczęły się pojawiać rozwiązania mające na celu zoptymalizować koszty inwestycji w magazyn energii do użytku domowego lub przemysłowego. Oprócz rozwiązań systemowych wprowadzanych przez producentów pojazdów elektrycznych można zaobserwować ideę poszukiwania baterii z rozbitych samochodów i wykorzystywania ich na własną rękę w domowych systemach magazynowania energii. Zainteresowane takim rozwiązaniem osoby bez trudu znajdą w internecie odpowiedzi na coraz częściej wyszukiwane zagadnienia, takie jak “jak zbudować magazyn energii z baterii samochodowej?” czy chociażby “jak zrobić własny magazyn energii z akumulatorów samochodowych?”.

Fora internetowe pełne są porad w tym zakresie i jeżeli ktoś posiada wystarczającą dozę determinacji, potrzebną wiedzę, umiejętności i dostęp do podzespołów z pewnością podejmie się budowy magazynu energii z baterii samochodowej metodą DIY. Czy jednak jest to najlepszy pomysł? Poza oczywistymi oszczędnościami na początkowym etapie inwestycji trzeba go zaliczyć do co najmniej ryzykownych. Dlaczego? Z kilku powodów:

• wykonany samodzielnie magazyn energii może wykazywać brak kompatybilności na przykład z systemem fotowoltaicznym i tym samym nie wpływać na zwiększenie autokonsumpcji energii z fotowoltaiki;
• użytkowanie niehomologowanego i niecertyfikowanego magazynu energii może spowodować utratę gwarancji na sprzęty, które są zasilane pochodzącą z niego energią elektryczną;
• brak gwarancji na magazyn energii typu DIY oznacza brak wsparcia technicznego w przypadku jego awarii;
• nieprofesjonalnie skonstruowany magazyn energii z baterii samochodowej charakteryzuje się wysokim ryzykiem wystąpienia pożaru;
• w przypadku powstania szkód wynikających z użytkowania niecertyfikowanego urządzenia ciężko będzie uzyskać środki z ubezpieczenia nieruchomości;
• nabywając baterię z rozbitego pojazdu elektrycznego nie otrzymujemy gwarancji jej całkowitej sprawności i pewności co do sposobu jej użytkowania przez właściciela pojazdu;
• może się okazać, że żywotność pozyskanej baterii z pojazdu elektrycznego będzie zdecydowanie poniżej oczekiwań osoby konstruującej własny magazyn energii.

Powyższe aspekty nie wyczerpują oczywiście w całości tematu ryzyka, jakie wiąże się z tworzeniem magazynu energii z baterii samochodowej metodą DIY. Trzeba też przyjąć, że pomimo oczywistych negatywnych stron takiego rozwiązania, wiele osób powodowanych oszczędnościami będzie szukało w tym obszarze optymalizacji. Dość wspomnieć o pewnym republikańskim kongresmenie ze stanu Kentucky Thomasie Massie, który kilka lat temu pochwalił się na Twitterze, że samodzielnie skonstruowany przez niego magazyn energii bazujący na baterii z rozbitej Tesli S był w stanie przez 4 lata zasilać jego rodzinny dom. Co ciekawe polityk deklaruje, że prąd z jednego pełnego naładowania magazynu wystarcza mu na 3-6 dni pokrycia zapotrzebowania energetycznego gospodarstwa domowego. Okazuje się zatem w określonych okolicznościach można z takich inicjatyw konstruktorskich czerpać wymierne korzyści.

Motoryzacyjni giganci i ich pomysły na magazynowanie energii

Magazyn energii z baterii samochodowej bynajmniej nie należy jedynie do pomysłów wprowadzanych w życie przez prywatnych, często domorosłych konstruktorów. Potrzebę utylitarnego wykorzystania zużytych baterii z pojazdów elektrycznych dostrzeżono już lata temu i do dziś powstało wiele inicjatyw technologicznych w tym obszarze. W kontekście skali przodują tu oczywiście najwięksi producenci aut elektrycznych i koncerny motoryzacyjne. Celem zobrazowania zainteresowania, jakie budzi ponowne wykorzystywanie baterii samochodowych w charakterze magazynów energii, warto przytoczyć kilka projektów, które na przestrzeni ostatnich lat zapoczątkowały znane marki motoryzacyjne:

• Nissan – już w 2016 roku japoński producent zdecydował się nawiązać współpracę z firmą Eaton znaną z sektora rozwiązań zarządzania energią. Wówczas powstał magazyn energii dla domu o nazwie xStorage Home, który wykorzystywał moduły bateryjne instalowane pierwotnie w samochodach Nissan Leaf. W kolejnych latach japoński producent wdrażał kolejne projekty w obszarze magazynowania energii. Dość wspomnieć, że baterie zdemontowane ze wspomnianych wyżej modeli Leaf wykorzystywane są obecnie jako awaryjne źródło zasilania na stadionie drużyny Ajax Amsterdam. Instalacja magazynuje energię wyprodukowaną przez panele fotowoltaiczne oraz turbiny wiatrowe.
• Renault – francuski koncern od lat angażuje się w kolejne przedsięwzięcia na drodze do ekologicznego wykorzystywania baterii instalowanych w pojazdach marki Renault. Poza wspomnianą wcześniej współpracą z firmą Powervault producent wziął w 2020 roku udział w projekcie realizowanym na terenie zamkniętej elektrowni jądrowej Elverlingsen w Niemczech. Uruchomiono tam stacjonarny magazyn energii o pojemności 3 MWh składający się z 72 akumulatorów wykorzystywanych pierwotnie w samochodach Renault Zoe. Wsparciem w projekcie była firma technologiczna The Mobility House oraz ekspert w dziedzinie magazynowania energii firma Fenecon. Co ważne, przedsięwzięcie jest jedynie częścią większego projektu Renault o nazwie “Advanced Battery Storage”.
• Volvo – ciekawą współpracę w dziedzinie ponownego wykorzystania baterii z pojazdów elektrycznych nawiązała także firma Volvo, a właściwie Volvo Buses. chodzi tu o umowę z przedsiębiorstwem Stena Recycling Batteryloop, które odkupuje od Volvo baterie zasilające uprzednio elektryczne autobusy tej marki, by przekształcić je następnie w magazyny energii dla stacji ładowania i budynków użyteczności publicznej. To nie pierwsza podobna inicjatywa marki należącej obecnie do chińskiego koncernu Geely. Kilka lat wcześniej baterie z autobusów Volvo zostały wykorzystane jako magazyny energii w systemie zasilającym osiedle mieszkaniowe w Fyrklövern w Göteborgu.
• Volkswagen – najnowsze doniesienia z rynku motoryzacyjnego wskazują, że koncern chcąc dotrzymać kroku południowokoreańskiej konkurencji zamierza produkować samochody elektryczne będące jednocześnie magazynami energii (przepływ energii będzie w nich dwustronny). Znane są także inicjatywy producenta w budowę stacji ładowania z magazynami energii we współpracy z firmą E.ON, jednak choćby ze względu na utworzenie przez VW firmy Elli Group (od słów “electric” oraz “life”) można zakładać, że koncern skłania się ku idei wykorzystywania jego pojazdów elektrycznych jako mobilnych magazynów energii. Być może dzięki rozwojowi programu Mój elektryk również w Polsce to rozwiązanie będzie miało szansę powodzenia.

Farmy fotowoltaiczne a zużyte baterie samochodowe – co je łączy?

Zużyte baterie samochodowe pozostają w polu zainteresowania nie tylko prywatnych inwestorów poszukujących optymalizacji w zakresie magazynowania energii w gospodarstwie domowym, ale także wśród właścicieli farm fotowoltaicznych. W skali globalnej nie jest to oczywiście nowe rozwiązanie, gdyż już w 2014 roku niedaleko Osaki w Japonii zaprojektowano system magazynowania energii wyprodukowanej na farmie fotowoltaicznej, który funkcjonował dzięki modułom akumulatorowym pozyskanym z 16 samochodów Nissan Leaf. Magazyn energii miał mieć wówczas pojemność 400 kWh i współpracować z modułami fotowoltaicznymi o łącznej mocy 10 MW. W tamtym czasie była to kolejna z podobnych prototypowych inwestycji testowanych na terenie Japonii przy wsparciu japońskiego ministerstwa środowiska.

Obecnie mówi się coraz więcej o opłacalności zastosowania magazynów energii ze zużytych baterii samochodowych w systemach farm słonecznych. Testy w tym kierunku prowadzą między innymi badacze z Massachusetts Institute of Technology, którzy zbadali zależności funkcjonowania farmy solarnej, w ramach której wykorzystywano magazyn energii zbudowany z ogniw zainstalowanych pierwotnie w samochodach elektrycznych. Okazało się, że przeprowadzona symulacja takiej konfiguracji pozwoliła naukowcom wysnuć wniosek, iż zastosowanie na farmie o łącznej mocy 2,5 MW magazynu energii składającego się z nowych ogniw bateryjnych jest nieopłacalne w przeciwieństwie do scenariusza, w którym wykorzystane zostaną moduły pozyskane z samochodów elektrycznych. Inwestycja zwróci się pod warunkiem utrzymania ceny akumulatorów “z drugiej ręki” na poziomie nieprzekraczającym 60 procent kosztu zakupu nowych ogniw.

[info]Jak widać, magazyny energii z baterii samochodowych mogą być rozpatrywane w kontekście oszczędności nie tylko we współpracy z domową fotowoltaiką, ale także na większą skalę – zapewniając opłacalność funkcjonowania farmom słonecznym.[end]

Ile kosztuje magazyn energii z baterii samochodowej?

W tym momencie w Polsce można już otrzymać spore dofinansowania do magazynów energii, co daje oczywiście szansę na optymalizacje kosztów wiążących się z instalacją domowego akumulatora. Czy rozwiązaniem tego problemu wysokich cen akumulatorów mogłoby być rozpowszechnienie tańszych magazynów energii złożonych z modułów pozyskanych z baterii samochodowych? W pewnym sensie zdecydowanie tak. Choć wymieniona w artykule firma Powervault nie podaje w swoim serwisie cen magazynu Powervault 3 Eco ani innych modeli i prosi użytkowników o wystosowanie indywidualnego zapytania, to można przyjąć, że akumulatory oparte na modułach “z drugiej ręki” mogą stanowić istotną oszczędność.

Firma doradcza McKinsey&Company opracowała raport, w którym wskazała, że komponenty pochodzące ze zużytych baterii samochodowych mogą być o 30 do aż 70 procent tańsze niż te fabrycznie nowe. We fragmencie dotyczącym farm fotowoltaicznych wspominaliśmy natomiast o opłacalności akumulatorów przy zachowaniu około 60 procent ich pierwotnej ceny. W kontekście kosztów, z jakimi wiąże się inwestycja w magazyn energii z baterii samochodowej trzeba wziąć jednak pod uwagę dwa aspekty: żywotność akumulatora oraz sukcesywnie taniejącą technologię litowo-jonową. We wspomnianym wyżej raporcie zamieszczono szacunki, które pokazują, że przy zachowaniu obecnego tempa spadku cen technologii magazynowania energii, już w 2040 roku różnica pomiędzy nowymi bateriami a tymi z odzysku może wynosić już tylko niecałe 25 procent.

Magazyny energii z baterii samochodowych – czy ten rynek ma przyszłość?

Raport sporządzony przez firmę McKinsey&Company zawiera przewidywania, według których w niedalekiej przyszłości, bo w 2030 roku łączna pojemność stacjonarnych magazynów energii, których konstrukcja oparta jest o ogniwa pozyskane z samochodów elektrycznych może wynieść ponad 200 GWh. Oznaczałoby to ogromne oszczędności w kontekście inwestycji w zwiększenie autokonsumpcji energii produkowanej przez źródła odnawialne, a także istotny wpływ na rozwój proekologicznych działań wspierających nie tylko odpowiedzialne zarządzanie energią elektryczną, ale także dających gotowe rozwiązania w kontekście utylizacji problematycznych odpadów. Czy jednak w obliczu spadających cen nowych ogniw bateryjnych produkowanych w technologii jonowo-litowej można spodziewać się dalszego rozwoju rynku akumulatorów pochodzących “z drugiej ręki”?

Rozwiązania technologiczne wspierające rozwój odpowiedzialnego zarządzania energią zmierzają obecnie w jednym kierunku: oszczędnego i rozważnego wykorzystywania zasobów. Ponowne wykorzystywanie baterii samochodowych w magazynach energii doskonale wpisuje się w te dążenia. Zakładając, że wymontowana z pojazdu elektrycznego bateria może służyć jako stacjonarny akumulator nawet przez kolejnych 10 lat, a przy tym generować oszczędności w kontekście zwrotu z inwestycji, to wybór wydaje się oczywisty. Nawet jeżeli w ciągu najbliższych kilkudziesięciu lat dojdzie do znacznego zredukowania różnic cenowych pomiędzy nowymi i używanymi bateriami, to świadome gospodarowanie zasobami, jakim z pewnością jest wybieranie produktów pochodzących z recyklingu, pozostanie nie do przecenienia.