Neues Rahmenwerk bewertet, optimiert den wirtschaftlichen Wert von Lithium-Ionen-Batterien

Ein Schema zeigt den intertemporalen Entscheidungsrahmen für das Management der Degradation von Lithium-Ionen-Batterien. a, Entscheidungsvariablen, Ziele und Schlüsseleingaben für jede Entscheidung und ihre Beziehungen.b, Das Datenflussdiagramm zeigt die notwendigen Prozeduren von Simulationen und Entscheidungen, um das Framework und den Datenfluss von jeder Prozedur zur nächsten zu üben. MBU, marginaler Nutzen der Nutzung; ABU, durchschnittlicher Nutzungsnutzen; ACD, durchschnittliche Abbaukosten. Kredit: Carnegie Mellon University, Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwesen

Auf erneuerbaren Energien basierende Energiesysteme, die keine oder nur geringe CO2-Emissionen aufweisen, benötigen bedarfsgesteuerte Energiespeicher wie Lithium-Ionen-Batterien. Die Degradation dieser Batterien ist jedoch betrieblich und wirtschaftlich ein großes Problem.

In einem neuen Papier, “Ein intertemporaler Entscheidungsrahmen für das elektrochemische Energiespeichermanagement”, veröffentlicht in Naturenergie, schlagen Forscher der Carnegie Mellon University und der Tsinghua University einen neuen Rahmen vor, der sich mit dem Abbau von Lithium-Ionen-Batterien befasst – auch bekannt als elektrochemische Energiespeicherung (EES). Sie tun dies, indem sie neue Metriken ableiten, implementieren und optimieren.

Die Carnegie Mellon-Forscher Guannan He, Panayiotis Moutis, Soummya Kar und Jay Whitacre arbeiteten mit Qixin Chen von der Tsinghua University zusammen. Die Arbeiten wurden teilweise am Wilton E. Scott Institute for Energy Innovation der CMU durchgeführt.

„Die Kosten für Lithium-Ionen-Batterien sind in den letzten Jahren drastisch gesunken. Diese Batterien, insbesondere solche, die kostengünstig sind, verschlechtern sich mit der Nutzung und werden jetzt für den Einsatz in sehr großen netzgebundenen Energiespeicheranlagen in Betracht gezogen“, sagte Whitacre, der Trustee Professor für Energie am College of Engineering und Direktor des Scott Institute. „Um einen optimalen wirtschaftlichen Nutzen aus dem System zu ziehen, braucht es ein ausgefeiltes Planungs- und betriebliches Entscheidungsinstrument, das Batterieausfälle in Abhängigkeit von der Nutzung über viele Jahre richtig bewertet und adressiert.“

“Die Entwicklung eines umfassenden und rigorosen Ansatzes, der die Verschlechterung des EES über verschiedene Entscheidungshorizonte hinweg optimal bewertet und verwaltet, ist unerlässlich, um das Risiko eines Wertverlusts durch eine unangemessene Berücksichtigung der Verschlechterung des EES zu mindern”, sagte He, ein Ph.D. Student der Fakultät für Ingenieurwissenschaften und Public Policy.

Die Autoren präsentieren zwei Metriken für Batteriebetrieb und Planungsentscheidungen: den marginalen Nutzen der Nutzung und den durchschnittlichen Nutzen der Nutzung. Der Grenznutzen der Nutzung bringt langfristige Informationen zu kurzfristigen Entscheidungen und wird in dem Papier nachgewiesen, um die Maximierung des Lebenszyklusnutzens zu ermöglichen, wenn kurzfristige Entscheidungen getroffen werden.

Die Forscher führten zwei Fallstudien durch, in denen berichtet wurde, dass der vorgeschlagene Rahmen den Lebenszykluswert von EES im Vergleich zur weit verbreiteten gängigen Batteriedispositionsmethode um über 30 Prozent verbessern kann.


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