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别再说梯级利用是伪命题,储能领域已经行动啦

作者:陈仪方 来源:南方能源观察 发布时间:2017-10-20 浏览:
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中国储能网讯:尽管动力电池梯级利用常被认为“伪命题”,但在2017年,已有多家公司在此领域有所进展,初步探索出成本和性能均具一定市场竞争力的梯级利用产品。容量衰减到80%以下之后,动力电池还有可能用在备电、用户侧储能等多种场景。

业界期望梯级利用能够帮助储能降低成本,使储能找到更大的市场。但是,电池质量的提升,行业标准化程度的提高等关键因素都非一日之功。

从伪命题到进展初现

工信部官网显示,中国铁塔公司自2015年10月,先后在黑龙江、天津等9省市建设了57个退役新能源汽车动力蓄电池梯级利用试验站点,涵盖备电、削峰填谷、微电网等各种使用工况,对梯级利用模式进行了积极有益的实践探索。

工信部还称,这些梯级利用电池使用一年半以来,从使用效果看,在经济、环境效益等方面都有其优势,同时,也为梯级利用电池在通信基站备能领域推广应用积累了经验。

通信基站一般通过电网系统供电,但需要配置后备电池,以保证在停电期间持续稳定运行。铅酸电池原是通信基站备电的主流,但随着锂电池成本的不断下降,这种能量密度更高、寿命更长的电池正变得更具竞争力,而梯级利用电池则有望进一步降低成本。铁塔公司在全国拥有180万座通信基站,有潜力消耗大规模的退役动力电池。

业内人士透露,如果时机成熟,铁塔公司将有可能用梯级利用电池大规模替换原有铅酸电池。这一方面是出于成本的考量,一方面是国家层面对于解决动力电池回收利用问题的期望。

除了铁塔公司,多家储能企业也在布局基于梯级利用电池的储能系统,并试图将其推向商业化。

9月中恒电气旗下公司煦达新能源在江苏投运一套工商业储能项目,该项目使用的电池正是从电动汽车上退役的动力电池。该系统由9套20kW/122kWh储能基本单元并联组成,共计180kW/1.1MWh,是国内首套mw级梯级利用电池储能电站。

专注于电池管理系统的东莞钜威动力也正在与宁波杉杉开展合作,研究梯级利用问题。

主管部门也在关注梯级利用问题。6月以来,工信部节能与综合利用司已经就车用动力电池回收利用问题开展了至少三次专题调研,其中两次针对铁塔公司通信基站储能,一次是调研上海市相关企业和机构的研究进展。

10月11日,五部委联合发布首个储能产业的整体性指导文件——《关于促进储能技术与产业发展的指导意见》,其中也专门提到:“推行绿色设计理念,研究建立储能产品的梯级利用与回收体系,加强监管,杜绝污染。”

回收利用,不做不行

“很早之前大家宣扬锂离子电池绿色环保,这只是和过去铅酸电池的铅污染相比,并不是一点污染也没有,可以任意丢弃到自然界。”中南大学材料学院教授李荐在第五届储能技术应用高层研讨会上表示。

退役动力电池存在安全和污染双重风险。废弃电池仍然带电,有人身危险性,另外,多年使用之后,电池内部结构发生变化,燃烧爆炸风险也会增加。

六氟磷酸锂是电解液的重要组成部分,遇水可变为氢氟酸,有极强的腐蚀性,污染水和空气。电解液中的多种有机溶剂可能通过化学反应造成醇类、醛类等有机污染。钴、镍等电极材料如果不回收,则有可能造成水土的重金属污染。

新能源汽车退役动力电池包数量庞大,污染的风险就显得格外严峻。2014年-2016年,中国新能源汽车的销量依次是7.5万辆、33.1万辆和50.7万辆,业内预计2017年销量有望超过70万辆。与此同时,新能源汽车的销量一直保持高速增长。据中国汽车技术研究中心预测,到2020年,中国电动汽车电池报废量将超过17万吨。

资源问题也使企业从成本角度考虑动力电池的回收和再利用。李荐表示,尽管电池企业正在减少产品中的钴、镍比例,但由于电池总量增加,所以这些金属的用量仍在增加。“我们国家的钴95%来自进口,锂70%来自进口,比石油的对外依存度还高。”

受到新能源汽车增长的预期,电池材料在过去的几年里价格猛涨。2016年底,钴的价格18万元/吨左右,如今已经上涨到40万元/吨以上。2014年之前,碳酸锂的价格只有5万元/吨,三年过后已涨到16万元/吨的水平,2015年还曾突破20万元大关。多家受访企业判断,未来几年电池材料价格仍将保持涨势,“这些情况决定了我们必须要回收”。

成本控制定成败

梯级利用和再生处理是退役动力电池回收利用的两个方向,经过梯级利用后,电池也将进行再生处理。如果说无害化处理和资源再生是必须做的,那么梯级利用是必须做的吗?业内人士看来,梯级利用充分发挥了动力电池的价值,但只有保证经济性,这件事才是值得去做的。

电池的质量是梯级利用的前提。一位业内人士表示,2014年以前生产的动力电池很难实现梯次利用。2014年以前,电池工艺水平还不够高,在容量衰减到80%退役以后,继续使用会出现“跳水”,即容量急剧下降,难以再次利用。近年来,电池质量已有较大幅度的提升,电池容量的衰减能够保持线性,因此梯级利用在技术上才具备了可行性。

在电池可用的前提下,通过拆解、检测、筛选、重组等步骤可以使退役电池再次运用于新的使用场景。在业内人士看来,梯级利用从技术上说并不难,难点在于成本控制。

一位业内人士介绍,即使是电芯成本远低于新电池,拆解、筛选、重组等步骤都会增加梯级利用的成本,另外旧电池寿命较短,如果用于储能也难以像新电池一样实现无人值守,综合来看总成本可能并不低。同时,新电池的成本也在不断下降,梯级利用电池也面临和新电池之间的竞争。

电芯是动力电池的基本构成单位,电芯通过串并联形成电池模组,再通过配备电池管理系统、热管理系统等装置,最终构成电池包(pack)。退役电池的 拆解则是反向进行。但由于拆借和重新配组的成本过高,已在推进这一项目的公司,如煦达新能源、钜威动力都不再拆解到电芯这一层级,而是选择直接处理整个旧电池包。

煦达新能源营销总监张哺在第五届储能技术应用高层研讨会上表示,拆到电芯级别再重组电池,相当于重新定义了一款产品,而且这个产品的原料保障还是比较差的。

梯级利用电池用在哪些场景呢?由于旧电池容量更低、寿命更短,实际上其应用场景较新电池更为狭窄,业内一般将其比喻为退休人员发挥余热。

在目前的视野中,通信储能被认为最适合接纳退役电池。通信基站的电池主要在于备用,对循环次数要求不高,只要性能和成本优于铅酸电池即可。

张哺则表示,煦达新能源希望能够构建小型户用系统,供非居民电价条件下的商住及酒店公寓应用。

标准化推动梯级利用

7月12日,国家标准委发布了3项涉及汽车动力电池的国家标准,分别是是GB/T 34013-2017《电动汽车用动力蓄电池产品规格尺寸》、GB/T 34014-2017《汽车动力蓄电池编码规则》、GB/T 34015-2017《车用动力电池回收利用 余能检测》。上述标准将于2018年2月1日开始实施。

此前,由工信部提出的国内首个关于动力电池回收利用的国家标准——《车用动力电池回收利用拆解规范》也已被国家标准化管理委员会批准,将于今年12月1日起正式实施。

《电动汽车用动力蓄电池产品规格尺寸》规定了电动汽车用动力蓄电池的单体、模块和标准箱尺寸规格要求。《汽车动力蓄电池编码规则》规定了动力电池编码的编码对象、代码结构和数据载体,使每一个电池产品具有唯一性和可追溯性。《车用动力电池回收利用余能检测》则规范了对退役动力电池状态的评估,通过检测剩余容量来判断其再利用的价值。

从电池行业对于梯级利用技术的实践来看,目前国内动力电池型号众多,不同企业所生产的电池在材料、结构和组装工艺上都千差万别。这使得拆解难以通过流水线完成,不得不借助于人工。这既提高了梯级利用的技术难度,也提高了再次利用的成本。电池行业希望通过标准化的提高使得梯级利用更具可行性。

在上述标准中,《汽车动力蓄电池编码规则》最受产业链后端企业看重。李荐表示,推动动力电池编码制度一方面帮助监管者杜绝骗补等问题,同时有利于推进生产者责任延伸制度的落实,全面跟踪电池从出厂到回收整个过程,监督生产企业的回收行为。

不过,采用了这些标准的新电池什么时候退役呢?理论上来说也还有5-8年。在此之前,梯级利用仍然需要面对非标准化带来的高成本问题。

煦达新能源总经理曾在8月的一次行业论坛上指出,根据其公司在梯级利用上的探索,目前的退役电池大概只有一半可以继续利用,随着动力电池质量的提升,未来可使用比例将可能提高到百分之六七十,乐观的话可以到百分之八十。

不过梯级利用之后,电池最终还要面临再生处理。天能集团技术总监侯国友提醒业界,梯级利用只是延缓了电池无害化处理的进程。如果生产者延伸责任制全面实施,无害化处理的成本将由企业承担,而如果在回收和无害化处理上不能实现经济性,其成本必将体现到产品价格中,这才是企业尤其需要担心的事情。

责任编辑:张珊珊

关键字:储能 梯次利用

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