電池回收

什么是全生命周期的環(huán)境效益評(píng)估？動(dòng)力電池的第二次生命將應(yīng)用于哪些場景？為加強(qiáng)新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收利用管理，今年年初國家7部門就曾印發(fā)《新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收利用管理暫行辦法》與《關(guān)于做好新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收利用試點(diǎn)工作的通知》，全面啟動(dòng)廢舊動(dòng)力蓄電池市場化回收利用。

根據(jù)研究機(jī)構(gòu)Circular Energy Storage最近的一份報(bào)告，2018年全球二手鋰電池市場規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到13億美元。其中分析師指出，通過材料回收可以產(chǎn)生11億美元的產(chǎn)值，而剩余的2.3億美元將產(chǎn)生于維修，翻新等行業(yè)。未來3年，電池回收市場預(yù)計(jì)將增長至35億美元，而到2025年，這個(gè)規(guī)模可能會(huì)達(dá)到42億美元。

另外，報(bào)告還指出，隨著我國電動(dòng)汽車銷量的增長，未來70％的鋰電池的二次利用市場將集中在中國。除此之外，韓國將會(huì)成為市場的第二大貢獻(xiàn)者，約占16%的份額。到2025年，能源存儲(chǔ)系統(tǒng)中的二次電池應(yīng)用可以達(dá)到42吉瓦時(shí)的容量 - 其中80％在中國 - 這個(gè)數(shù)字將達(dá)到中國預(yù)測安裝電池存儲(chǔ)容量的一半。

隨著我國新能源汽車產(chǎn)量不斷擴(kuò)大，動(dòng)力蓄電池的回收利用問題逐步凸顯。據(jù)估算，到2020年后動(dòng)力蓄電池將逐步進(jìn)入規(guī)模化退役期。動(dòng)力蓄電池退役后，如處置不當(dāng)，隨意丟棄，一方面會(huì)給社會(huì)帶來環(huán)境影響和安全隱患，另一方面也會(huì)造成資源浪費(fèi)。

為什么要回收廢舊動(dòng)力電池？

從電動(dòng)汽車上正常老化的動(dòng)力電池，可以繼續(xù)應(yīng)用在其他不同領(lǐng)域中。例如，二次電池（Battery 2nd Life，B2L）可以與光伏發(fā)電相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)在模塊級(jí)別上更高的發(fā)電使用效率；二次電池重新組裝成的儲(chǔ)能站也可以在更高級(jí)別上為工業(yè)用戶實(shí)現(xiàn)用電的削峰填谷，以降低其用電成本；而將規(guī)模擴(kuò)大到MW級(jí)別之后，廢舊動(dòng)力電池也可以參與電網(wǎng)的調(diào)峰調(diào)頻，或者參與風(fēng)電場的發(fā)電穩(wěn)定。因此，二次電池的壽命可以和其動(dòng)力電池的壽命一樣長。另一方面，二次電池的利用也是環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的一場博弈。對(duì)于不同的二次動(dòng)力電池，因其參數(shù)之間的差異，在其梯級(jí)利用的時(shí)候也面臨相應(yīng)的挑戰(zhàn)。

全生命周期的環(huán)境效益評(píng)估

在生命周期評(píng)估中（Life Cycle Assessment = LCA），可以將動(dòng)力電池分為三個(gè)階段：生產(chǎn)階段，使用階段和廢棄或再回收利用階段。評(píng)估三個(gè)階段對(duì)環(huán)境所帶來的沖擊，其中包括能源使用，資源耗用與污染排放等。在動(dòng)力電池的生產(chǎn)過程中，存在著大量的高碳排放的步驟；同時(shí)，動(dòng)力電池在使用的過程中，由于能源是從化石燃料-動(dòng)力的直接轉(zhuǎn)化變?yōu)榛剂希邪l(fā)電，目前大部分發(fā)電仍然依靠傳統(tǒng)能源）-電力-動(dòng)力的轉(zhuǎn)變，其碳排放相較于汽油或柴油車不降反升。只是從原有的車輛尾氣排放集中到發(fā)電側(cè)。所以，在回收利用階段，可以讓動(dòng)力電池參與電力的儲(chǔ)存與調(diào)節(jié)，從而提高能源使用效率，進(jìn)一步降低全生命周期的平均碳排放量，達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。總體而言，動(dòng)力電池的回收利用，可以幫助其在環(huán)境效益上得到更優(yōu)解。

為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池的回收，將引入3R賦予電池二次生命，即Reuse，Refabricate和Recycling。

Reuse: 通過直接使用動(dòng)力電池組進(jìn)行電網(wǎng)儲(chǔ)能

Refabricate：通過拆解動(dòng)力電池組，重新組裝電池單元成為新的儲(chǔ)能裝置

Recycling：通過分解回收動(dòng)力電池組內(nèi)的化學(xué)元素

應(yīng)用場景

在動(dòng)力電池回收利用的應(yīng)用場景中，本文將從三個(gè)不同規(guī)模的應(yīng)用場景進(jìn)行簡單的闡述。

小型規(guī)模場景：家庭光伏設(shè)備

如果將電動(dòng)汽車的高壓儲(chǔ)能模塊（Vehiclehigh-voltage storage，VHS）進(jìn)行拆解，可以將該模塊應(yīng)用在家庭光伏的電力儲(chǔ)存系統(tǒng)上。并且這套系統(tǒng)的電壓范圍通常在60伏DC內(nèi)，作為安全超低電壓（Safety ExtraLow Voltage, SELV）。在該電壓范圍內(nèi)，不需要進(jìn)行特殊的防誤觸保護(hù)，適合在家庭環(huán)境下使用。

家庭用光伏+儲(chǔ)能系統(tǒng)

自2013年以來，德國的光伏發(fā)電在絕大多數(shù)情況下比一般電網(wǎng)平價(jià)便宜。隨著電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的并入，光伏發(fā)電的利用率將會(huì)極大提高，并通過降低電池成本，實(shí)現(xiàn)光伏系統(tǒng)的更高經(jīng)濟(jì)效率。另一方面，電動(dòng)汽車不斷增長的市場正在增加對(duì)電力的需求以及未來二手車電池的回收，對(duì)于這樣小型的固定場景應(yīng)用，具有廣泛的發(fā)展空間。

中型規(guī)模場景：調(diào)峰和光伏電站商業(yè)化

在100kW的功率范圍內(nèi)，整個(gè)光伏電站系統(tǒng)將包含多個(gè)VHS系統(tǒng)。系統(tǒng)的總體電壓也將保持在800伏DC的范圍，由多個(gè)VHS系統(tǒng)串聯(lián)組成。下圖的應(yīng)用中是一個(gè)具有4個(gè)VHS的系統(tǒng)，上下兩個(gè)部分的VHS系統(tǒng)相互連接，可以根據(jù)逆變器按功率和能量進(jìn)行縮放和調(diào)節(jié)。除了大型商用光伏系統(tǒng)外，這樣的系統(tǒng)還可以應(yīng)用于調(diào)峰，負(fù)載均衡等，以避開電力需求高峰。這些電池組還可以用于電動(dòng)汽車快速充電樁內(nèi)，提供穩(wěn)定的供能。

4單元VHS系統(tǒng)示例

大型規(guī)模場景：兆瓦級(jí)別調(diào)峰調(diào)頻

在電力市場中，參與調(diào)峰調(diào)頻往往要求最低功率必須達(dá)到1MW。多級(jí)的VHS架構(gòu)串并聯(lián)，可以實(shí)現(xiàn)參與電網(wǎng)的調(diào)峰調(diào)頻，并且從中獲利。但其缺點(diǎn)往往是因?yàn)閮?chǔ)能密度較低，需要的場地較大。除了用于調(diào)峰調(diào)頻，該級(jí)別的儲(chǔ)能系統(tǒng)也能用作風(fēng)電場的電能儲(chǔ)存，并且參與并網(wǎng)。

電池與HVS的各個(gè)模塊的組合

下圖可以很好的表示不同的動(dòng)力電池的二次應(yīng)用場景：

針對(duì)于廢舊動(dòng)力電池的梯度回收，本文只是做了一次簡單的概述，在系列（下篇）中，將會(huì)針對(duì)回收的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行詳細(xì)闡述，并且列舉相應(yīng)的實(shí)例，請(qǐng)勿錯(cuò)過~

「參考來源」

[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 station?ren Anwendungen