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梯次利用电池储能将承担重任

2022-05-19 15:06:36
来源:《环境经济》杂志

新能源汽车、新型电力系统建设和无废城市建设是当前发展火热的三条赛道。最新数据显示,我国新能源汽车保有量已突破1000万辆大关;2021年我国新型储能新增规模首次突破2吉瓦,达到2.4吉瓦/4.9吉瓦时,同比增长54%;无废城市建设亦是如火如荼。

梯次利用电池储能将承担重任

梯次利用电池储能行业的健康发展有利于以上三条赛道的顺畅通行。梯次利用是指将新能源汽车等淘汰下来的“退役”电池测试重组达到标准后,进行循环使用的方法。

梯次利用、循环使用在什么领域呢?业内专家指出,综合考虑环保、价格和资源区域约束等因素,储能是梯次利用电池的绝佳应用场景。尽管现阶段还面临着标准不健全、电芯一致性较差等问题,但随着管理和技术方面掣肘的解决,梯次利用电池储能行业前景广阔。

动力电池回收再利用为“必修课”

为什么一定要妥善处理退役电池?中国科学院院士、清华大学教授费维扬指出,退役电池的现代化、规模化回收必须要提上日程了。尤其不能忽视的是,随意丢弃或野蛮拆解废电池会对自然环境产生严重破坏。

从环境角度考虑,锂电池里含有多种不易自然分解的金属元素和多种化学合成物,不妥善处理容易造成环境污染。据测算,如果随意弃置,一块重约20克的手机电池就可以污染1平方公里的土地,且污染时间长达50年。相比之下,动力电池更大、更重且含有大量的金属化合物和磷化物,随意弃置将对土壤和环境造成巨大威胁。

例如,正极材料三元、磷酸铁锂中的铜、镍、钴、锰易与酸反应生成重金属离子,同时镍钴锰、镍钴铝在水系环境里呈现强碱性,会对水体和土壤造成影响;电解液中的六氟磷酸锂具有腐蚀性,遇水或高温能够产生有毒气体氟化氢等,经皮肤、呼吸接触对人体组织、粘膜和上呼吸道造成刺激,对动植物也有严重的腐蚀。

从安全性角度来看,退役电池还有部分剩余容量,处理不当容易引起爆炸、火灾等严重安全事故。

另一方面,我国新能源汽车市场渗透率持续走高。数据显示,截至今年一季度末,我国新能源汽车累计推广1033.4万辆,全球市场份额提升至65%的新高。新能源汽车保有量的增加伴生着大量退役电池处置难题,同时还面临动力电池价值无法充分挖掘导致成本过高的问题。相关数据显示,2020年我国动力电池退役量高达20万吨,预计到2025年将达到80万吨。数量如此庞大的退役动力电池如果不能得到妥善处理,不仅会带来一系列环境问题、安全问题,也会造成资源浪费。可见,动力电池回收是新能源汽车持续发展的重要一环。

目前新能源乘用车寿命在4-6年左右,无论是从电池寿命还是技术水平上判断,2016-2019年间的新能源汽车电池基本上面临着退役的问题。因此部分市场主流机构预测,“十四五”期间,动力电池退役及回收将迎来加速增长高潮期。

可见,无论从安全、环保还是从新能源汽车持续发展的角度来看,动力电池的回收利用都是“必修课”。

梯次利用电池储能是趋势

既然动力电池回收再利用是“必修课”,那么,退役电池应去往何处呢?

中国电力技术市场协会储能设备技术专委会秘书长郭云高告诉《环境经济》,“高值化、大规模梯次利用”是确保“必修课”优秀的主要标志。

事实上,动力电池从车辆退役下来,还有80%左右的电池剩余容量,具有很高的再利用价值。东方电子股份有限公司综合能源及工业互联网产业负责人董文杰介绍,退役电池再利用的方式有两种:一种是梯次利用,即通过修复、改装或再制造等手段将退役动力电池用于电网储能、家庭储能等对电池电化学性能要求较低的领域;另一种是再生利用,先通过化学、物理或生物手段拆解回收退役动力电池中的可利用资源,主要为金属,再将其用于粉末冶金等领域。

新型电力系统建设的推进对储能系统的调节能力提出越来越高的要求。梯次利用电池储能已被视为一种具有成本效益且可持续的方案。随着新能源车成为民众出行更广泛的选择,预计未来将有大量废旧动力电池可用。因此,储能系统领域的梯次利用有望成为行业发展趋势。

与此同时,报废电池的规范处置环节亟须可溯源的退役动力电池大规模高值化利用场景。这些都需要梯次利用电池储能产业的健康长远发展作为支撑。

从国家层面上,我国动力电池回收管理早已提上日程。博萃循环科技有限公司董事长兼CEO林晓介绍,新修订的《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》要求,车用动力电池的生产者按照规定以自建或委托等方式建立与产品销售量相匹配的废旧产品回收体系。这是国家首次从法律层面对动力电池回收进行规范。

值得一提的是,国家能源局于2021年9月发布了《新型储能项目管理规范(暂行)》,对新建动力电池梯次利用储能项目要求更新为,必须遵循全生命周期理念,建立电池一致性管理和溯源系统,梯次利用电池均要取得相应资质机构出具的安全评估报告。

据了解,我国目前已初步形成了动力电池的回收利用体系,探索出了一些典型的应用场景。比如,在通信基站作为备用电源,应用在快递物流、送餐等低速换电车辆上,以及在发电侧作为储能进行负荷调节、提高新能源消纳等。

郭云高表示,电化学储能的调节周期与风力、光伏发电等非水可再生能源发电的波动周期基本吻合,且我国风光发电规划规模足够大,考虑到梯次利用电池储能可同时服务电动车成本显著降低、新型电力系统建设和无废城市建设的综合效益,双碳目标背景下,用户侧分布式梯次利用电池储能有望成为行业发展趋势。

技术和管理双轮驱动解决安全性和经济性问题

对于影响梯次利用电池储能产业发展的因素,多位业内人士指出,国内梯次利用电池储能行业已经进入推广应用阶段,最大的障碍还是安全性问题,随着行业应用经验积累和相关技术进步,梯次利用电池储能安全性问题已得到基本解决。

“我们的梯次利用电池储能累计装机量已经达到130MWh,安全性问题是生死问题,必须优先考虑,行业已经积累了很多经验。”煦达新能源总经理李剑铎表示,比如高效模组和电芯重组技术可以从源头上缓解电芯一致性问题,而组串式储能变流技术则可以将电芯一致性问题由大范围一致才行改为小范围一致即可;比如杜绝热稳定性较差的三元电池用于储能及优先将梯次利用电池用于分布式能量型用户侧储能等,就是通过管理手段解决梯次利用电池储能的安全隐患。

郭云高认为,把梯次利用电池的设备故障概率等同于梯次利用电池储能事故的做法是错误的,因为梯次利用电池故障与梯次利用电池储能系统事故之间没有必然关系,系统冗余设计和故障监测切除完全可以有效地避免局部设备故障发展成系统事故。

李剑铎补充到,即使国家能源局没有要求,我们的梯次利用电池储能系统也会考虑冗余设计和电池在线监测系统,就是要死守不发生储能系统事故的红线。

北理新源(佛山)信息科技有限公司研发总监杨永刚观察,目前梯次利用电池储能的价格竞争优势逐渐显现,市场新电芯价格为0.85元/瓦时,而回收退役电池价格为0.45元/瓦时,若能解决好验货、物流、仓储、拆解、分容配组等成本,利润空间可观,初期投资成本要比新电池储能低20%-30%。

分布式用户侧能量型储能领域更适用

基于产业发展现状,董文杰认为,现阶段大容量功率型储能最好采用新电池,而分布式用户侧能量型储能适合应用梯次利用电池。

据了解,根据其布置位置,电化学储能可分为发电侧、电网侧和用户侧储能,根据其调节类型可分为功率型和能量型。分布式用户侧能量型储能规模从几千瓦时到几十千瓦时,主要用于大型工业用电企业、园区和商业用电企业,可承担移峰填谷、容量管理、备用电源等能量型调节工作,理论上也可参与电力市场辅助服务。

郭云高表示,储能应优先布置在用户侧。这是因为,首先,用户侧储能布置在负荷中心,其充电是利用电能输送通道的空闲将电能从发电侧运送到负荷中心存储起来,其就近放电则可缓解输送通道的拥堵;其次,用户侧储能的效能更大,可以根据需要作为备用电源、需量管理和移峰填谷的手段;其三,用户侧储能可以根据其实际能力对充放电曲线进行管理。

业内专家认为,梯次利用电池储能更适合应用于可以安全监测和风险管控的商用场景,如基站储能、路灯储能、低速电动车换电等场景,并在退役时可以合规回收。目前不具备应用梯次电池的个人场景,如充电宝、电动剃须刀等,虽然安全风险较小,但回收时不能追溯跟踪,环境风险很大。

业内专家提醒,梯次利用电池储能应坚持三大原则:首先是设立电池准入制度,基于多级梯次应用原则,针对不同储能系统设立电池性能要求,确保项目在设计、建设时拥有一致性较好的电池;其次,确保电池来源去向可追溯;最后是储能系统要具备安全监控能力,通过电芯级别的实时监控和数据采集,形成储能系统全生命周期的大数据管理,可融合电池健康度、安全性能、一致性等评估算法模型,实现储能系统的风险预警,在热失控发生前提前解决,提升整体安全水平。

是什么限制了市场规模和利润空间?

李剑铎表示,梯次储能是一件利国利民大有可为的事情,而且随着梯次储能集成技术越来越成熟,梯次储能产品已经真正开始量化推向市场了。

但是目前,梯次电池做储能用的项目市场份额仍不高。梯次产品的市场和利润空间较小是多方面因素的结果。

从源头上来看,回收市场上,除有资质的回收企业,各种小的回收个体,以就近原则、现金交易、丰厚的介绍费等手段,吸收了大量的退役电池。另外信息获取难、运输成本高、检测评估不便、拆解重组技术不成熟等因素也限制了市场规模和利润空间。

杨永刚认为,目前大多数企业尚处在摸索阶段,主要以布局为主,看重的是未来的整体市场。

李剑铎则认为,当前我国动力电池梯次储能系统经过近5年的发展,已经有很多企业积累了丰富的经验,能够安全又经济地利用好退役电池并填补齐行业这个缺失的环节。他同时提醒,梯次储能是一个对技术门槛要求很高的领域,仅靠低价竞争、简单堆砌、赚一把就跑的入局者应遭到坚决拒绝。

李剑铎指出,当前社会对于动力电池梯次储能这一新兴行业还比较陌生,并由陌生产生恐惧。从宏观政策上来看,对梯次储能产品的性能、安全、检测等方面无对应的标准。所以储能企业需要行业的支持,尽快形成切实可行的各细分标准。李剑铎举例称,比如像有的用户侧储能系统在去年一年经历了各项安全检查多达二十几次,但每次检查时依据的标准和规范都不同。

梯次储能企业同时建议,行业发展需要政府的支持,不是经济上的支持而是路线、方向上的支持,比如减少对储能企业的束缚,使储能行业得到真正有序、健康发展。

多位从业者都呼吁,随着技术进步以及退役潮的来临,动力电池梯次利用技术将逐步显示出其经济效益。动力电池梯次利用事关保护蓝天、碧水、净土的国策,必须高度关注。

发布人:储能zhy
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关键词: 【电池储能】 
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