中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：呂明海，弗迪電池有限公司儲(chǔ)能及新型電池事業(yè)部NPS工廠廠長(zhǎng)。《汽車專家述評(píng)》2021年12月刊以“新能源汽車動(dòng)力電池回收助力‘碳中和’”為主題，邀請(qǐng)中汽咨詢委委員和行業(yè)著名專家以及有實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)的優(yōu)秀企業(yè)專家進(jìn)行撰稿，分為“頂層設(shè)計(jì)與政策導(dǎo)向”、“先進(jìn)技術(shù)工藝”、“創(chuàng)新商業(yè)模式”三大板塊，對(duì)動(dòng)力電池回收利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)行全方位、多層次的研究和探討。非常榮幸邀請(qǐng)到呂明海廠長(zhǎng)為“創(chuàng)新商業(yè)模式”板塊撰稿，探討弗迪電池在退役動(dòng)力電池整包梯次利用商業(yè)模式上的探索與實(shí)踐。以期對(duì)行業(yè)的發(fā)展提供借鑒和思考。以下為全文內(nèi)容：
退役動(dòng)力電池整包梯次利用商業(yè)模式探索與實(shí)踐
01、退役電池梯次利用的現(xiàn)狀
目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)梯次利用基本處于商業(yè)模式的探索和示范階段。由于當(dāng)前的退役電池溯源信息還不完善，電池整包體規(guī)格多樣，沒(méi)有形成標(biāo)準(zhǔn)化，這就增加了整包利用的難度。而目前普遍做法是從整包體拆解到模組，模組再進(jìn)行梯次利用。再有就是模組規(guī)格也多樣，為了歸一化產(chǎn)品形態(tài)，保證持續(xù)供應(yīng)和售后維護(hù)，把模組拆解到電芯后再重組成標(biāo)準(zhǔn)模組進(jìn)行梯次利用。這樣有三個(gè)弊端：1、增加拆解、制造的費(fèi)用；2、形成環(huán)境的污染；3、不同歷史工況狀態(tài)的模組或電芯組裝在一起，衰減機(jī)理不同，會(huì)大大降低梯次利用的壽命以及難以發(fā)揮其最優(yōu)的價(jià)值。
隨著技術(shù)、工藝的進(jìn)步，電動(dòng)汽車標(biāo)準(zhǔn)化模組、CTP、CTC的設(shè)計(jì)得到廣泛應(yīng)用，從長(zhǎng)期來(lái)看，電池整包體規(guī)范化后，整包級(jí)的梯次利用將會(huì)成為主要的技術(shù)路線。同時(shí)動(dòng)力電池系統(tǒng)冷卻裝置的普及，電池的一致性也將得到很大的提升，更加有利于整包梯次利用的應(yīng)用，因此我們判斷，退役整包梯次利用將是未來(lái)的主流形式。
02、退役動(dòng)力電池的梯次利用價(jià)值
目前的電動(dòng)汽車鋰電池主流有磷酸鐵鋰電池（簡(jiǎn)稱“LFP”）和三元鋰電池（簡(jiǎn)稱“NCM”），由于NCM電池的梯次利用壽命區(qū)間窄、預(yù)期的回收時(shí)間拐點(diǎn)比LFP滯后，且NCM電池的再生回收利用價(jià)值較高，行業(yè)普遍認(rèn)為NCM電池梯次利用價(jià)值低。按照LFP電池的循環(huán)壽命4500次測(cè)算，電動(dòng)乘用汽車使用壽命1000次評(píng)估，其退役時(shí)剩余的循環(huán)壽命還有3000次及以上。如果是商用車，一般在70%~80%SOH時(shí)就會(huì)退役。因此，從磷酸鐵鋰電池的全生命周期數(shù)據(jù)來(lái)看，其退役后的梯次利用價(jià)值是非常巨大的。
同時(shí)，隨著電芯技術(shù)的提升，上萬(wàn)次循環(huán)壽命的LFP電池已經(jīng)上車使用和推廣，動(dòng)力電池先車用后儲(chǔ)能的設(shè)想成為可能。而且整包梯次利用對(duì)應(yīng)變?nèi)蛐履茉雌嚨母咚僭鲩L(zhǎng)和全球新能源的大力發(fā)展所引起的電池原材料不足提供了有效的緩解措施。電池一次生產(chǎn)，分段利用，也改善了社會(huì)資源的重復(fù)浪費(fèi)和環(huán)境的污染，更具價(jià)值的創(chuàng)造。
03、退役電池產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)商業(yè)模式建議
退役電池整包利用需要穩(wěn)步健全的退役電池回收交易平臺(tái) 、回收倉(cāng)儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的共享、梯次利用的盈利模式等各環(huán)節(jié)的商業(yè)機(jī)制來(lái)促成，形成信息透明、公平、公正、共贏的市場(chǎng)氛圍，有利于梯次利用產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展和產(chǎn)業(yè)規(guī)?；l(fā)展。
退役回收環(huán)節(jié)，新能源汽車在用戶使用階段，一般整車企業(yè)都會(huì)有云端監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集、檢測(cè)電池的健康狀態(tài)，那么運(yùn)用監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)算法評(píng)估后，可精準(zhǔn)的評(píng)估哪些車在哪里在何時(shí)退役以及退役時(shí)的電池性能參數(shù)以及健康狀況。可以根據(jù)大數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)機(jī)制建立退役電池的交易平臺(tái)，現(xiàn)在缺少的是第三方的交易平臺(tái)提供公正的結(jié)算機(jī)制。我們也看到了一些數(shù)據(jù)交易平臺(tái)正在探索這塊市場(chǎng)，建議國(guó)家出臺(tái)相關(guān)政策來(lái)引導(dǎo)和扶持退役電池的第三方交易平臺(tái)的建立。
退役電池的回收倉(cāng)儲(chǔ)網(wǎng)點(diǎn)環(huán)節(jié)，目前按照國(guó)家的《新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)指南》的要求建設(shè)收集型、集中貯存型網(wǎng)點(diǎn)的成本非常高，國(guó)家也在鼓勵(lì)和提倡新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)在銷售區(qū)域內(nèi)，通過(guò)自建、共建、授權(quán)等方式建立回收服務(wù)機(jī)構(gòu)。同時(shí)，汽車生產(chǎn)企業(yè)可以通過(guò)全國(guó)的生產(chǎn)工業(yè)園區(qū)、4S店等垂直整合資源，同時(shí)共享其它回收機(jī)構(gòu)來(lái)進(jìn)一步攤銷回收網(wǎng)點(diǎn)的管理成本。
在退役電池的整包梯次利用環(huán)節(jié)，為了讓LFP動(dòng)力電池整包梯次利用價(jià)值最大化，應(yīng)優(yōu)先使用儲(chǔ)能場(chǎng)景。儲(chǔ)能可應(yīng)用于新能源電站的大儲(chǔ)能電站、集裝箱式工商業(yè)儲(chǔ)能、戶外柜式小工商業(yè)儲(chǔ)能以及家庭戶小儲(chǔ)能系統(tǒng)。其次是備電場(chǎng)景，如通信基站的DPS和UPS備電，數(shù)據(jù)機(jī)房的UPS備電，因長(zhǎng)時(shí)間處于浮充且充放電倍率比較低，對(duì)循環(huán)壽命要求不高，因此退役動(dòng)力電池也完全滿足此類應(yīng)用場(chǎng)景。
退役電池整包利用企業(yè)可以參與到新能源發(fā)電側(cè)、工商業(yè)儲(chǔ)能的運(yùn)營(yíng)收益共享模式，租賃模式或者按期付款的形式來(lái)攤銷業(yè)主方或獨(dú)立運(yùn)營(yíng)方的采購(gòu)資金壓力，以及打消行業(yè)對(duì)梯次電池質(zhì)量的顧慮。同時(shí)梯次利用企業(yè)可以通過(guò)BAAS的模式，增加云端服務(wù)來(lái)消減整體的維護(hù)成本，體現(xiàn)電池?cái)?shù)字化帶來(lái)的售后維護(hù)溢價(jià)。
04、退役動(dòng)力電池整包梯次商業(yè)模式探索與實(shí)踐
4.1儲(chǔ)能電站案例
弗迪電池在2016年就開始開展了整包梯次利用的探索與實(shí)踐，分別圍繞整包備電場(chǎng)景以及儲(chǔ)能場(chǎng)景應(yīng)用展開了針對(duì)性的試點(diǎn)工作。在此過(guò)程中重點(diǎn)對(duì)整包梯次利用商業(yè)化存在的問(wèn)題以及商業(yè)模式也進(jìn)行了探索。
2016年在深圳比亞迪園區(qū)建成了占地面積1800m^2，建設(shè)容量15MWh/30MWh的退役梯次儲(chǔ)能電站，電站全部使用退役電池整包利用，是全球首個(gè) MW 級(jí)舊電池梯次利用示范電站。具備調(diào)節(jié)用電峰谷、平滑光伏發(fā)電、提高電網(wǎng)利用率的作用，參與公司用電負(fù)荷調(diào)節(jié)，降低用電成本，延緩電力設(shè)備投資。儲(chǔ)能電站通過(guò)以下兩種方式獲取收益：1.通過(guò)減少?gòu)S區(qū)最大用電功率容量來(lái)減少電費(fèi)中基本費(fèi)用部分的支出；2.通過(guò)電價(jià)低谷時(shí)間段充電、峰值時(shí)間段放電的方式獲得峰谷電價(jià)差收入。但從峰谷收益來(lái)看，每天運(yùn)行3個(gè)循環(huán)，平均電價(jià)收益是0.48元/wh，按照3000次的循環(huán)壽命計(jì)算，可增加電費(fèi)收益2900萬(wàn)元，3年內(nèi)可收回成本。由于其它電力部件壽命有10年的壽命，后續(xù)的整包電池替換可不再投入電池外的成本，實(shí)現(xiàn)正向的收益。
4.2 通信備電案例
在2017年開始，弗迪電池和鐵塔集團(tuán)針對(duì)梯次電池在備電領(lǐng)用的應(yīng)用展開了方案論證和試點(diǎn)工作，經(jīng)過(guò)一年多的試點(diǎn)運(yùn)行，梯次電池表現(xiàn)優(yōu)異，完全優(yōu)于鉛酸電池。2018年7月25日，工業(yè)和信息化部、科技部、生態(tài)環(huán)境部、交通運(yùn)輸部、商務(wù)部、市場(chǎng)監(jiān)管總局、能源局七部門聯(lián)合發(fā)布了《七部門關(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》，正式批復(fù)17省市和中國(guó)鐵塔股份有限公司為試點(diǎn)地區(qū)和企業(yè)，中國(guó)鐵塔為唯一試點(diǎn)企業(yè)。鐵塔集團(tuán)從2018年開始，把梯次電池納入了每年的集團(tuán)集采項(xiàng)目。同時(shí)，梯次電池在備電領(lǐng)域也走向了產(chǎn)業(yè)化。到目前為止鐵塔集團(tuán)集采梯次電池容量累計(jì)達(dá)到6GWh+。
鐵塔集團(tuán)有四萬(wàn)個(gè)光伏基站，分布在新疆、青海、西藏等西北地區(qū)，每個(gè)基站按照電池容量1000AH，電池總量大約2GWh。鐵塔集團(tuán)在2020年1月份在西藏地區(qū)試運(yùn)行了60處的整包梯次利用的光伏基站試點(diǎn)。通過(guò)退役整包梯次利用和雙向變換器降壓到48VDC平臺(tái)的方案，經(jīng)過(guò)1年多的實(shí)際運(yùn)行驗(yàn)證，整包梯次電池的循環(huán)性能和耐高低溫特性均優(yōu)于鉛酸電池。按照3000次循環(huán)壽命計(jì)算，每年替換330MWh,整包梯次電池系統(tǒng)預(yù)估采購(gòu)成本0.8元/wh；相同配置的鉛酸預(yù)估成本0.8元/wh，鉛酸電池循環(huán)壽命400次。由此可見，整包梯次利用與基站的優(yōu)勢(shì)非常明顯。
而且目前5G的大發(fā)展，5G基站的功耗是4G功耗的3倍左右，初始投入OPEX高，功耗高意味著基站電費(fèi)費(fèi)用高，目前行業(yè)共識(shí)是通過(guò)盤活基站備電電池的循環(huán)功效，挖掘電池的價(jià)值，通過(guò)基站電池參與到電力輔助服務(wù)調(diào)節(jié)以及消峰電谷的能量平移來(lái)減少電費(fèi)的花銷，減少基站的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，這部分的價(jià)值挖掘也非?？捎^。
05、退役整包梯次利用方案思考的展望
隨著OBC、PDU等雙向并網(wǎng)技術(shù)的成熟，V2V、V2G功能的實(shí)現(xiàn)，那么電動(dòng)汽車上的電池管理（BMS）、冷卻系統(tǒng)、OBC、PDU等部件均可以和電池包所構(gòu)成的原解決方案系統(tǒng)整體利用，最大化的減少因整包梯次利用所形成的配套二次產(chǎn)業(yè)成本，同時(shí)也減少對(duì)環(huán)境的污染、減少二次產(chǎn)業(yè)碳排放，我們是非常看好電動(dòng)汽車上的原動(dòng)力解決方案的整體利用的，同時(shí)我們正在做的事情就是在設(shè)計(jì)初期把梯次利用的功能兼容到電動(dòng)汽車的相關(guān)電氣部件里面，在電動(dòng)汽車退役時(shí)，可以不增加或重新開發(fā)相關(guān)部件，就直接儲(chǔ)能應(yīng)用。據(jù)我們了解，部分BMS廠家在和整車廠合作時(shí)，也有把BMS的梯次利用功能植入進(jìn)去，當(dāng)整包退役后梯次利用時(shí)，再通過(guò)有償服務(wù)的商業(yè)模式來(lái)探索。
同時(shí)這種解決方案所形成的固有技術(shù)優(yōu)勢(shì)是非常明顯的。退役電池有個(gè)很大的痛點(diǎn)是一致性問(wèn)題，相比于初始時(shí)會(huì)變差。傳統(tǒng)的儲(chǔ)能方案是多個(gè)模組串聯(lián)形成簇，然后多個(gè)簇再并聯(lián)；那么電池一致性變差就會(huì)在簇間形成環(huán)流，導(dǎo)致電池的壽命衰減加劇，可靠性、安全性也變差。電動(dòng)汽車上原有的動(dòng)力電池系統(tǒng)通過(guò)OBC、PDU等電力電子部件后再并聯(lián)，就可以通過(guò)這些電力電子部件解決環(huán)流的問(wèn)題，所以無(wú)須投入額外的物料成本，更具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
06、結(jié)語(yǔ)
針對(duì)以上的分析，退役磷酸鐵鋰動(dòng)力電池，在儲(chǔ)能和備電場(chǎng)景中，具備較高的梯次利用價(jià)值。同時(shí)也是一種解決因電動(dòng)汽車以及儲(chǔ)能市場(chǎng)的大規(guī)模發(fā)展所引起的電池原材料供需不足的一種電池供應(yīng)的方案。引入動(dòng)力電池全生命周期管理 的理念，在電動(dòng)汽車開發(fā)初期，考慮動(dòng)力電池以及其相關(guān)電氣部件的梯次利用設(shè)計(jì)，將電動(dòng)汽車上動(dòng)力電池及相關(guān)的電氣部件整體利用，是減少社會(huì)資源浪費(fèi)，最大化挖掘產(chǎn)品價(jià)值的有意義方案。整包梯次利用的廠家可以按照同儲(chǔ)能類相同的商業(yè)模式，如售賣質(zhì)保、租賃、共享運(yùn)營(yíng)收益等形式提供直流側(cè)的解決方案。最后，期望國(guó)家出臺(tái)梯次儲(chǔ)能的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)，資質(zhì)認(rèn)證等，規(guī)范動(dòng)力電池梯次行業(yè)的健康發(fā)展。
