※2015-2025年中國廢舊動力電池數量
數據來源:北工大循環經濟研究所
到2030年,中國將有153.98 GWh的退役電池梯次利用,與制造新電池相比,將創造總產值67.5億美元,減少碳排放超過909萬噸。
麥肯錫預計到2030年,將有大約227GWh的使用過的EV電池可供重復利用,這個數字將超過那一年對鋰離子電池儲能系統(BESS)的預期需求。
可以說,動力電池梯級利用為儲能電池系統有著巨大的潛力,歐洲和美國已有少數公司在設計和部署這種“第二生命周期”的系統。
力神電池工程師錢艷婷認為:退役動力鋰電池可以應用于電力儲能市場,如用于分布式發電儲能系統或用于儲能電站,解決電網波動的隨機性問題;或者用于變電站或通訊基站,作為備用電源即UPS使用,市場廣闊。
技術與安全
眾所周知,儲能電池和動力電池的應用場景差異帶來了產品設計與工藝流程的不同:動力電池受新能源汽車里程要求影響追求高能量密度,對壽命要求不高。
而儲能電池追求長壽命、高循環次數而對高功率的要求不高。不少電池巨頭為儲能電池投建新產線,當然也有企業像蜂巢能源采用動儲一條產線。
※來源:EnergyTrend儲能
這種差異,導致不同批次的退役電池在容量及衰減率、剩余壽命等關鍵參數上適配度低,大規模制成商用儲能系統存在質量問題和安全隱患。
另外技術上的挑戰在于:將不同的品牌、種類、使用壽命的動力電池連接在一起做為儲能系統,需要對多變量進行管理,特別是有大量電池按順序進行工作,較舊或者壽命較短的動力電池會打亂系統的運行速度。
賽迪智庫安全產業研究所研究員李泯泯曾指出:“目前基于容量衰減機理分析建立的電池壽命預測模型尚不完善,造成梯次利用退役動力電池在評價檢測環節出現瓶頸。此外,在電池重組技術、離散整合技術等領域也一直難有突破。”
此外,由于一致性較差,不同種類的電池可能使用的是完全無法互聯的通信協議,在將動力電池串并連成儲能系統時會面臨生態沖突,需要車企、鋰電企業之間進行軟硬件生態的協調。
這意味著在回收環節對電池進行梯次篩選尤為重要,但我國的動力電池梯次利用標準并不清晰。更關鍵的是,出于安全考慮,國家在將退役動力電池應用于儲能電站方面尤為審慎。
早在2021年6月國家能源局的起草的《新型儲能項目管理規范(暫行)(征求意見稿)》中,就明確指出在電池一致性管理型技術取得關鍵突破前,原則上不得新建大型動力電池梯次利用儲能項目。
今年3月份,國家能源局發布關于印發《防止電力生產事故的二十五項重點要求(2023版)》,強調:中大型儲能電站應選用技術成熟、安全性能高的電池,審慎選用梯次利用動力電池。
目前,我國的動力電池梯次利用做儲能處于企業試點階段,上汽通用、比亞迪等車企已有不少示范項目。
※來源:智庫研報、媒體報道
工信部先后公布三批共47家符合《新能源汽車廢舊動力蓄電池綜合利用行業規范條件》的企業名單,但受商業模式、關鍵技術、管理方法等因素的制約,良莠不齊的小作坊占據市場的主流。
一家廢舊電池回收廠負責人曾對《人民日報》表示:“我去看過廣州附近的幾家廢舊電池拆解企業,它們位置偏僻、廠房簡陋、人工操作、污染嚴重。最讓人擔心的是,收購來的動力電池包,經手工拆解成模組后,只需簡單測試一下性能,就會揀選組裝成不同規格的梯次電池。”
此外由于新舊電池的價差并不明顯,一些操作不規范的企業,生產成本低,可以在市場上高價回收廢舊動力電池,給規范企業帶來了較大成本負擔。
動力電池在儲能領域的重生,仍需要關鍵技術、商業模式的突破。
他山之石
在關鍵的“電池一致性管理型技術”方面,美國的B2U公司取得了一些進展,B2U公司開發的sierra sepv系統利用人工智能技術實時監控電池的運行數據,并可以隨時切斷某塊電池的連接,讓舊電池在影響系統運行前提前離網,減少對較新電池的影響。
“退役電池存在固有容量差異,這種技術能讓儲能系統實現高效的能量輸出。”B2U CEO 弗里曼說。
※SEPV Sierra 退役動力電池儲能設施
據悉,B2U通過與汽車制造商合作,將電池的軟件與其自有專利軟件配對,以監控每個柜子中的每塊電池,并控制其充電狀態和充放電的速率,實現了對豐田、特斯拉、雪佛蘭等車企電池包的即插即用。
該公司收集了大約 1,300 塊用過的日產和本田電池,并將它們串在一起形成了 SEPV Sierra 混合太陽能存儲設施,這座 25 兆瓦時的電源側儲能位于加利福尼亞州蘭開斯特,可能是地球上最大的動力電池梯次利用儲能系統。
B2U于2019年開始運營,四年后,B2U已經解決了將動力電池從驅動汽車轉變為為電網供電的問題,并通過峰谷差套利。
在歐洲和其他地區,動力電池回收再利用更多是由車企推動,大眾、沃爾沃、雷諾等公司通過于能源或者電池企業合作進行儲能設施的投建。
※來源:智庫行研、媒體報道
汽車大國日本也在積極推動動力電池回收產業的發展,日產與英國供應商EDF Energy合作開發商用電池儲能,可將退役電動車電池恢復到70%的原始容量,轉換成家庭備用電源和企業用電。
本田與法國興業銀行合作,回收混動車型中的電池組,用于電網或是家用儲能設備;豐田的動力電池梯次利用鏈條也比較完整,與比亞迪、寧德時代均有合作。
動力電池退役潮即將來臨,歐盟《新電池法》對電池全生命周期管理的要求也越來越嚴格,動力電池回收用作儲能可以最大程度上發揮電池價值,減少碳排放。
賽迪智庫安全產業研究所研究員李泯泯認為:頂層設計層面,我國應盡快制定可進入梯次利用的電池容量衰減程度及報廢回收程度相關法規。國家有關主管部門應明確動力電池全生命周期各環節主體責任,落實整車生產企業的責任延伸制度。
另外,必須通過政企合作,加大對電池重組技術、壽命預測和離散整合等關鍵技術的攻關力度,保障儲能電站安全。