動(dòng)力電池梯級(jí)利用回收模式與應(yīng)用研究

許弈飛，曹新雅

（華北電力大學(xué)，北京 102206）

近年來，新能源汽車行業(yè)在全球蓬勃發(fā)展。由于動(dòng)力汽車具有良好的啟動(dòng)制動(dòng)性能以及較為環(huán)保的特性，目前，在我國(guó)大部分城市的公共交通系統(tǒng)中，電動(dòng)公交車逐漸成為主流。國(guó)家也大力支持新能源汽車行業(yè)發(fā)展，于2018年開始免征車輛購(gòu)置稅，要求黨政機(jī)關(guān)帶頭使用新能源汽車，并且投入新的車牌以鼓勵(lì)消費(fèi)者選擇新能源汽車。

隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，其本身固有的一些問題也日益凸顯。其中，較為嚴(yán)重的一個(gè)問題則是動(dòng)力電池的利用問題。受化學(xué)性質(zhì)的影響，動(dòng)力電池的容量會(huì)隨使用時(shí)間衰減。在容量剩余80%以上時(shí)可以作為電動(dòng)汽車電池使用，但是當(dāng)?shù)陀诖讼薅葎t不能維持正常汽車?yán)m(xù)航，需要報(bào)廢。即使只剩下80%的容量，其也具有較高的利用價(jià)值，可以應(yīng)用于其他儲(chǔ)能領(lǐng)域，直至容量降低至30%左右徹底無法利用再進(jìn)行化學(xué)拆解。鋰離子電池中含有鈷、鎳、錳、鋰等稀貴金屬，如果不處理，不僅會(huì)造成環(huán)境污染，也是一種資源浪費(fèi)。依據(jù)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)在2020年前后即將迎來第一個(gè)動(dòng)力電池報(bào)廢高峰期。如何經(jīng)濟(jì)、有效地處理這部分報(bào)廢電池容量，成為亟待解決的問題。

目前，國(guó)內(nèi)外的動(dòng)力電池回收利用體系主要為化學(xué)拆解利用，技術(shù)相對(duì)成熟，但是存在利用率低下以及污染浪費(fèi)嚴(yán)重等問題。因此，人們提出了動(dòng)力電池梯級(jí)利用的概念，即將電動(dòng)汽車上報(bào)廢下的仍具有較好性能的動(dòng)力電池做成儲(chǔ)能裝置應(yīng)用于電力系統(tǒng)。然而，目前梯級(jí)利用尚未有具體的實(shí)施方案。結(jié)合國(guó)家近期出臺(tái)的相關(guān)政策與儲(chǔ)能領(lǐng)域最新發(fā)展，本文設(shè)計(jì)并提出了一種可行的動(dòng)力電池梯級(jí)利用的回收方式及其相關(guān)應(yīng)用，為相關(guān)企業(yè)的發(fā)展提供參考建議。

1 回收模式

目前，國(guó)外一些企業(yè)已經(jīng)開始探索動(dòng)力電池回收模式，例如日產(chǎn)汽車和住友集團(tuán)合作成立了4R Energy公司進(jìn)行回收以及梯次利用在住宅供電方面。可以看出，這類回收模式主要是以汽車生產(chǎn)企業(yè)以及動(dòng)力電池生產(chǎn)企業(yè)為主導(dǎo)的，依靠生產(chǎn)廠家特有的物流優(yōu)勢(shì)進(jìn)行回收。國(guó)內(nèi)近期出臺(tái)了一系列相關(guān)政策大力推進(jìn)動(dòng)力電池梯次利用，特別提出要求生產(chǎn)廠家承擔(dān)起回收的責(zé)任。目前，我國(guó)成體系的動(dòng)力電池回收利用廠商不多，且受到了企業(yè)資質(zhì)的限制。國(guó)內(nèi)目前擁有成熟回收體系的廠家中格林美頗具代表性，其與汽車生產(chǎn)企業(yè)、動(dòng)力電池生產(chǎn)企業(yè)、梯級(jí)利用企業(yè)以及報(bào)廢汽車回收拆解企業(yè)等共建回收網(wǎng)點(diǎn)，采用線上、線下相結(jié)合的方式構(gòu)建廢舊動(dòng)力電池回收網(wǎng)絡(luò)。基于RFID技術(shù)，其實(shí)現(xiàn)了對(duì)物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)的回收資源的實(shí)時(shí)監(jiān)控以及全程溯源，通過對(duì)回收汽車安裝GPS實(shí)現(xiàn)線上監(jiān)控，提高了回收效率。

格林美的回收方式可以概括為“互聯(lián)網(wǎng)+分類回收”，利用手機(jī)APP以及微信網(wǎng)站等網(wǎng)絡(luò)客戶端開展電子商務(wù)模式實(shí)現(xiàn)O2O回收模式。以上是對(duì)動(dòng)力電池回收企業(yè)實(shí)例的分析，總結(jié)起來，大概可以分為以下3種模式：汽車廠商建立逆向物流回收，企業(yè)自營(yíng)；生產(chǎn)商聯(lián)合組織形成企業(yè)聯(lián)營(yíng)模式；第三方企業(yè)進(jìn)行回收，即企業(yè)的外包模式。

1.1 汽車廠商自營(yíng)制

由汽車廠商負(fù)責(zé)回收可以利用既有的正向物流體系，并且保證了關(guān)于動(dòng)力電池的一些保密技術(shù)不外露。同時(shí)，由廠商直接交付梯級(jí)利用企業(yè)可以給予廠商回收利用難度反饋，敦促?gòu)S商合理設(shè)計(jì)產(chǎn)品，也督促了生產(chǎn)者對(duì)動(dòng)力電池的壽命、質(zhì)量等的監(jiān)督，以便進(jìn)行售后維護(hù)。

1.2 生產(chǎn)者責(zé)任制

生產(chǎn)者責(zé)任制是歐盟目前防治小電池污染的主要制度。由動(dòng)力電池生產(chǎn)者聯(lián)合可以使聯(lián)盟共同承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)。然而，生產(chǎn)商從消費(fèi)者手中回收電池難度較大，同時(shí)，回收渠道中4S店和整車企業(yè)有償回收，會(huì)提高回收成本。

1.3 第三方回收制

由具有資質(zhì)的第三方回收企業(yè)回收可以保證不同型號(hào)的電池得到回收，同時(shí)鼓勵(lì)消費(fèi)者參與到物流體系中。專門的回收企業(yè)也可以保證操作的專業(yè)性與規(guī)范性。然而，受到的成本制約較大，需要較為成熟、合理的回收方案以降低回收成本，并設(shè)立足夠的物流中心保證回收范圍的覆蓋。

此外，回收體系如果要成為閉環(huán)，下游產(chǎn)業(yè)也不可或缺。因此，對(duì)于回收利用后再報(bào)廢的動(dòng)力電池，仍可由原有化學(xué)拆解的產(chǎn)業(yè)承接?；瘜W(xué)拆解主要利用正極材料等，對(duì)于動(dòng)力電池可用容量等要求并不高，因此，動(dòng)力電池充分梯次利用之后，再由化學(xué)拆解行業(yè)回收可使效益最大化。

2 相關(guān)應(yīng)用

動(dòng)力電池作為典型的儲(chǔ)能裝置，對(duì)動(dòng)力電池回收后的應(yīng)用在中小規(guī)模應(yīng)急儲(chǔ)能方面有著良好的應(yīng)用前景，也在大規(guī)模電網(wǎng)儲(chǔ)能領(lǐng)域大有可為。

對(duì)于小規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用，從電動(dòng)大巴以及高性能電動(dòng)汽車上退役的動(dòng)力電池可以利用在景區(qū)的觀光車以及居民的電動(dòng)自行車上。同時(shí)，一些典型的小型儲(chǔ)能應(yīng)用場(chǎng)景，比如緊急電源也可用退役動(dòng)力電池替代。退役電池也可在一些傳統(tǒng)蓄電池領(lǐng)域應(yīng)用，比如分布式發(fā)電中與新能源風(fēng)光電源配合實(shí)現(xiàn)小規(guī)模儲(chǔ)能。考慮到西部部分欠發(fā)達(dá)地區(qū)存在用電難、風(fēng)光資源豐富、對(duì)分布式能源有較高需求的情況，退役動(dòng)力電池相比普通的新蓄電池具有明顯的價(jià)格與性能優(yōu)勢(shì)，在循環(huán)壽命、能量密度、高溫性能等方面優(yōu)于鉛酸電池，可以適當(dāng)減輕分布式能源初期建設(shè)成本過高的問題。

中國(guó)鐵塔股份有限公司將梯次利用后的動(dòng)力電池應(yīng)用在了自身的基站產(chǎn)品之上，利用峰谷電價(jià)差，結(jié)合動(dòng)力電池儲(chǔ)能裝置性能好、成本低等優(yōu)勢(shì)，降低了自身基站運(yùn)營(yíng)成本。依據(jù)國(guó)家能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃，我國(guó)正在推進(jìn)企業(yè)園區(qū)多能互補(bǔ)環(huán)保工程。一些新型的企業(yè)園區(qū)采用風(fēng)、光和地?zé)岬榷喾N能源混合利用，而退役動(dòng)力電池本身帶有廢物利用的環(huán)保性質(zhì)，應(yīng)用于這類企業(yè)園區(qū)的中小規(guī)模儲(chǔ)能可以增強(qiáng)園區(qū)能源多樣化并且切合環(huán)保主題。以上為動(dòng)力電池梯級(jí)利用在中小型儲(chǔ)能方面的一些典型應(yīng)用，此外，考慮到我國(guó)儲(chǔ)能電站產(chǎn)業(yè)正在快速發(fā)展，而儲(chǔ)能電站所用電池與動(dòng)力電池基本一致，大部分均為鋰電池，因此，回收后的動(dòng)力電池也可制成較大規(guī)模的儲(chǔ)能裝置，消納棄風(fēng)棄光以及提供電力系統(tǒng)輔助服務(wù)，對(duì)實(shí)現(xiàn)大規(guī)?？稍偕茉吹慕尤刖哂兄匾饬x。來自高工產(chǎn)研鋰電研究所的調(diào)研顯示，2017年鋰電儲(chǔ)能市場(chǎng)產(chǎn)量約3.5 GW·h，同比增長(zhǎng)13%；產(chǎn)值55億元，同比增長(zhǎng)7%.同時(shí)，現(xiàn)有鋰電儲(chǔ)能市場(chǎng)受成本影響發(fā)展已近瓶頸，而退役動(dòng)力電池在此儲(chǔ)能利用可推進(jìn)其持續(xù)發(fā)展。

隨著目前電力市場(chǎng)改革的推進(jìn)，電力輔助服務(wù)市場(chǎng)也日漸得到重視，較為典型的輔助服務(wù)有調(diào)配、備用、無功調(diào)節(jié)和黑啟動(dòng)等。相比傳統(tǒng)的火電機(jī)組，儲(chǔ)能裝置容量較小，難以長(zhǎng)期供電力系統(tǒng)使用，但儲(chǔ)能裝置的出力爬升快，可以較快啟動(dòng)，因此，是提供短期電力輔助服務(wù)的優(yōu)秀選擇。此外，依據(jù)電力市場(chǎng)分時(shí)的電價(jià)變化，等待電力市場(chǎng)進(jìn)入實(shí)時(shí)市場(chǎng)階段并深化改革之后，家庭級(jí)用戶可以依靠?jī)?chǔ)能裝置盈利。

3 結(jié)束語

我國(guó)混合動(dòng)力汽車市場(chǎng)發(fā)展迅速，電動(dòng)汽車在國(guó)家相關(guān)政策大力支持之下正在迅速占領(lǐng)市場(chǎng)，逐漸成為目前主流。然而，作為一個(gè)新興的產(chǎn)業(yè)勢(shì)必需要相應(yīng)的配套產(chǎn)業(yè)鏈，而我國(guó)尚未形成成熟、閉環(huán)的動(dòng)力汽車體系，大量即將退役的動(dòng)力電池難以得到高效處理，浪費(fèi)嚴(yán)重。因此，本文從動(dòng)力電池回收以及梯次利用的層面對(duì)回收體系以及利用模式進(jìn)行了研究，提出了相關(guān)企業(yè)可以采用的三類回收模式以及退役電池可以應(yīng)用的中小型儲(chǔ)能模式和大規(guī)模電網(wǎng)儲(chǔ)能產(chǎn)品，對(duì)梯次利用企業(yè)進(jìn)行了展望并提出了相關(guān)要求。

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