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动力电池回收是新蓝海?(上篇)

作者:陈夏 来源:交能网 发布时间:2019-01-16 浏览:
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电池回收

什么是全生命周期的环境效益评估?动力电池的第二次生命将应用于哪些场景?为加强新能源汽车动力蓄电池回收利用管理,今年年初国家7部门就曾印发《新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法》与《关于做好新能源汽车动力蓄电池回收利用试点工作的通知》,全面启动废旧动力蓄电池市场化回收利用。    

根据研究机构Circular Energy Storage最近的一份报告,2018年全球二手锂电池市场规模预计将达到13亿美元。其中分析师指出,通过材料回收可以产生11亿美元的产值,而剩余的2.3亿美元将产生于维修,翻新等行业。未来3年,电池回收市场预计将增长至35亿美元,而到2025年,这个规模可能会达到42亿美元。

另外,报告还指出,随着我国电动汽车销量的增长,未来70%的锂电池的二次利用市场将集中在中国。除此之外,韩国将会成为市场的第二大贡献者,约占16%的份额。到2025年,能源存储系统中的二次电池应用可以达到42吉瓦时的容量 - 其中80%在中国 - 这个数字将达到中国预测安装电池存储容量的一半。

随着我国新能源汽车产量不断扩大,动力蓄电池的回收利用问题逐步凸显。据估算,到2020年后动力蓄电池将逐步进入规模化退役期。动力蓄电池退役后,如处置不当,随意丢弃,一方面会给社会带来环境影响和安全隐患,另一方面也会造成资源浪费。

为什么要回收废旧动力电池?

从电动汽车上正常老化的动力电池,可以继续应用在其他不同领域中。例如,二次电池(Battery 2nd Life,B2L)可以与光伏发电相结合,实现在模块级别上更高的发电使用效率;二次电池重新组装成的储能站也可以在更高级别上为工业用户实现用电的削峰填谷,以降低其用电成本;而将规模扩大到MW级别之后,废旧动力电池也可以参与电网的调峰调频,或者参与风电场的发电稳定。因此,二次电池的寿命可以和其动力电池的寿命一样长。另一方面,二次电池的利用也是环境效益与经济效应的一场博弈。对于不同的二次动力电池,因其参数之间的差异,在其梯级利用的时候也面临相应的挑战。

全生命周期的环境效益评估

在生命周期评估中(Life Cycle Assessment = LCA),可以将动力电池分为三个阶段:生产阶段,使用阶段和废弃或再回收利用阶段。评估三个阶段对环境所带来的冲击,其中包括能源使用,资源耗用与污染排放等。在动力电池的生产过程中,存在着大量的高碳排放的步骤;同时,动力电池在使用的过程中,由于能源是从化石燃料-动力的直接转化变为化石燃料(集中发电,目前大部分发电仍然依靠传统能源)-电力-动力的转变,其碳排放相较于汽油或柴油车不降反升。只是从原有的车辆尾气排放集中到发电侧。所以,在回收利用阶段,可以让动力电池参与电力的储存与调节,从而提高能源使用效率,进一步降低全生命周期的平均碳排放量,达到保护环境的目的。总体而言,动力电池的回收利用,可以帮助其在环境效益上得到更优解。

为了实现动力电池的回收,将引入3R赋予电池二次生命,即Reuse,Refabricate和Recycling。

Reuse: 通过直接使用动力电池组进行电网储能

Refabricate:通过拆解动力电池组,重新组装电池单元成为新的储能装置

Recycling:通过分解回收动力电池组内的化学元素

应用场景

在动力电池回收利用的应用场景中,本文将从三个不同规模的应用场景进行简单的阐述。

小型规模场景:家庭光伏设备

如果将电动汽车的高压储能模块(Vehiclehigh-voltage storage,VHS)进行拆解,可以将该模块应用在家庭光伏的电力储存系统上。并且这套系统的电压范围通常在60伏DC内,作为安全超低电压(Safety ExtraLow Voltage, SELV)。在该电压范围内,不需要进行特殊的防误触保护,适合在家庭环境下使用。

家庭用光伏+储能系统

自2013年以来,德国的光伏发电在绝大多数情况下比一般电网平价便宜。随着电池储能系统的并入,光伏发电的利用率将会极大提高,并通过降低电池成本,实现光伏系统的更高经济效率。另一方面,电动汽车不断增长的市场正在增加对电力的需求以及未来二手车电池的回收,对于这样小型的固定场景应用,具有广泛的发展空间。

中型规模场景:调峰和光伏电站商业化

在100kW的功率范围内,整个光伏电站系统将包含多个VHS系统。系统的总体电压也将保持在800伏DC的范围,由多个VHS系统串联组成。下图的应用中是一个具有4个VHS的系统,上下两个部分的VHS系统相互连接,可以根据逆变器按功率和能量进行缩放和调节。除了大型商用光伏系统外,这样的系统还可以应用于调峰,负载均衡等,以避开电力需求高峰。这些电池组还可以用于电动汽车快速充电桩内,提供稳定的供能。

4单元VHS系统示例

大型规模场景:兆瓦级别调峰调频

在电力市场中,参与调峰调频往往要求最低功率必须达到1MW。多级的VHS架构串并联,可以实现参与电网的调峰调频,并且从中获利。但其缺点往往是因为储能密度较低,需要的场地较大。除了用于调峰调频,该级别的储能系统也能用作风电场的电能储存,并且参与并网。


电池与HVS的各个模块的组合

下图可以很好的表示不同的动力电池的二次应用场景:

针对于废旧动力电池的梯度回收,本文只是做了一次简单的概述,在系列(下篇)中,将会针对回收的设计标准进行详细阐述,并且列举相应的实例,请勿错过~

「参考来源」

[1] Xander Theron, The integration of second life EVbattery and vehicle-to-grid charging into a Micro-grid environment

[2] EVA, Whitepaper: Die Wiederverwendung von gebrauchtenElektrofahrzeug-Batterien in stationären Anwendungen

关键字:动力电池回收 动力电池梯次利用

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