Druhotné využití vyřazených baterií z elektromobilů

Abstract

Tato diplomová práce se zabývá problematikou vyřazených bateriových článků z dynamicky rozvijícího se sektoru elektromobility. Cílem práce bylo zjištění a zhodnocení vhodných oblastí aplikací těchto baterií v návaznosti na principy cirkulární ekonomiky, udržitelného rozvoje a technických parametrů. Za účelem naplnění cíle práce byla provedena rozsáhlá teoretická analýza oblasti elektromobility a v ní aktuálně využívaných bateriových technologií s důrazem na jejich technické a ekonomické parametry. Pro naplnění myšlenky sekundárního využití baterií byl detailněji analyzován a popsán proces degradace bateriových článků. V poslední pasáži teoretické části byly identifikovány možné stacionární aplikace vyřazených baterií, aktuální legislativní rámec a ekonomické aspekty ovlivňující současný sektor akumulace. V praktické části práce byl navržen v programovacím prostředí MATLAB matematický model velkokapacitního bateriového úložiště, které poskytuje službu automatické regulace frekvence v síti. Model je rámcově založen na aktuálních podmínkách a požadavcích na poskytovatele této služby výkonové rovnováhy v Německu. Ověření funkčnosti modelu, identifikace možných rizik a optimalizace provozní strategie úložiště byly provedeny aplikací historických dat frekvence v ES ČR. Pro potřebu posouzení ekonomické efektivnosti dané investice byly vytvořeny tři základní scénáře, jejichž průběh byl navržen s respektováním možných budoucích scénářů vývoje na poli evropského propojeného trhu se SVR a regulační energií. V závěru práce byl ekonomický model podroben citlivostním analýzám zkoumající vliv změn kritických parametrů, tak i změn provozních stavů úložiště během let provozu.

This master thesis deals with a problematic of discarded battery cells from the field of electromobility which is developing quite fast. The main goal of this thesis was to find out possible applications of these batteries and their critical evaluation due to basic principles of circular economy context, sustainable development, and, last but not least, their remaining technical parameters. To fulfill the purpose of this thesis, there was done wide theoretical analysis of current and near development of the field of electromobility in EU and battery types which are used nowadays in electric vehicles. Battery analysis was performed with emphasis on the battery cell degradation process to respect the idea of the second life of batteries. In the last part of the theoretical section, there were identified possible stationary applications of these batteries under a current legal frame. Furthermore, economical aspects of accumulation of energy were included. The practical part of the thesis contains a mathematical model of the battery energy storage system which will be providing the automation process of frequency regulation in the power grid. This model was programmed in the development environment of software MATLAB. The model is based on the main conditions and requirements for providers of frequency regulation service in Germany. Correct function and control strategy optimization of the battery model was tested by applying historical data of frequency deviation in the Czech Republic power grid. For the purpose of the economic evaluation of storage, several future development scenarios were designed regarding currently arising and forming interconnected regulation energy market across the EU. At the end of the thesis, economical model was subjected to sensitivity analysis of critical parameters changes and also of possible changes in operating conditions.