中國儲能網(wǎng)訊：8月25-26日，首屆全國用戶側(cè)儲能細(xì)分市場開發(fā)與應(yīng)用高層研討會在江蘇無錫太湖飯店召開。會議由江蘇省電機工程學(xué)會、國網(wǎng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院、全國微電網(wǎng)與分布式電源并網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會、中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會儲能應(yīng)用分會聯(lián)合主辦。中恒電氣上海煦達(dá)新能源科技有限公司受邀與近400位產(chǎn)學(xué)研高層共同探討儲能發(fā)展未來。公司總經(jīng)理李劍鐸在會上就退役動力電池儲能梯次利用問題發(fā)表演講。
演講全文如下：
李劍鐸：大家上午好！我是中恒電氣上海煦達(dá)新能源科技有限公司總經(jīng)理李劍鐸，今天很高興來跟大家分享關(guān)于我們在用戶側(cè)儲能系統(tǒng)方案設(shè)計方面的經(jīng)驗。
今天我報告的主題是《退役動力電池儲能梯次利用解決方案及實例分析》。我先說幾句題外話，這一兩年隨著新能源電動汽車的發(fā)展，每年都以幾十萬輛的速度投向市場，所以電動汽車退役電池梯次利用的問題得到了大家的很多關(guān)注，這個話題也引起了很多的爭議。關(guān)于退役電動汽車電池梯次利用到底能不能實現(xiàn)，業(yè)內(nèi)是有很多爭議的，有不同看法。我個人這么看這個問題，首先第一個問題，新能源車這么大批量的投入市場，未來3-5年一定會有大批退役動力電池出現(xiàn)在市場。這種退役鋰電池又不像以前的鉛酸電池，使用完之后完全沒有利用價值，其實本身還有80%左右的生命容量。如果可以通過一些比較好的技術(shù)手段把他們利用起來，會是一個很好的產(chǎn)業(yè)方向。
第二個問題是我們做儲能系統(tǒng)做了這么多年，大家談?wù)摿烁鞣N功能和應(yīng)用模式，里面最核心的問題就是成本。儲能的系統(tǒng)成本始終居高不下，雖然最近兩年隨著新能源車的發(fā)展，動力鋰電池的價格大幅下滑，使儲能系統(tǒng)成本也大幅下降，大概現(xiàn)在一個集裝箱儲能平均是2塊錢一瓦時，以前剛做的時候起碼要四塊錢一瓦時，完全沒有任何經(jīng)濟性。哪怕現(xiàn)在在2塊錢一瓦時的情況下，做商業(yè)模式化的儲能電站運行怎么樣也要十年以上的時間，十年這個電池還能不能用？這是一個很大的問題，基本上來說對客戶沒有吸引力。
既然有了這么大量的退役電池存在市場上，同時儲能系統(tǒng)又需要低成本的解決方案，所以我們應(yīng)該考慮一下如何把這兩者結(jié)合在一起用。這的確會面臨很多技術(shù)問題，但也因這種技術(shù)問題的存在會使這個事情做起來顯得有價值。市場的驅(qū)動力我認(rèn)為是退役電池梯次利用最主要的因素。煦達(dá)新能源在近一兩年做了一些嘗試，也取得了一些成績，今天我也借這個機會跟大家分享一下。
這是我今天報告的內(nèi)容，我先給大家簡單介紹一下煦達(dá)新能源的產(chǎn)品，然后開始討論一下退役動力電池的市場。這個市場容量有多大大家都很清楚，2015年20萬輛，2016年可能會達(dá)到40萬輛，2020年整個市場存量會到500萬輛，這個市場太大了。第三個介紹一下煦達(dá)如何利用退役電池用在靜態(tài)的儲能系統(tǒng)中，尤其用在用戶側(cè)做削峰填谷，如何解決退役電池一致性的問題。第四個方面是案例介紹和經(jīng)濟性分析，最后是報告總結(jié)。
煦達(dá)是2011年成立，從2012年開始做儲能，可以說是國內(nèi)最早一批開始做儲能的。煦達(dá)的母公司是中恒電氣股份有限公司，去年正式開始對煦達(dá)進(jìn)行控股。中恒電氣本身在國內(nèi)做電源和各種各樣通信電源、電力操作電源，是國內(nèi)領(lǐng)先廠商。煦達(dá)新能源這邊公司主要業(yè)務(wù)分為國內(nèi)和國外兩大塊。國外主要做戶用儲能，今天不是我主要介紹內(nèi)容。這里稍微說一下今年年初通過和國內(nèi)某個著名的大能源商品牌合作，我們在歐洲推出了一系列的新的戶用儲能產(chǎn)品，市反映非常好。3月份開始量產(chǎn)、5月份開在德國當(dāng)?shù)剡M(jìn)行安裝，到目前為止我們已經(jīng)出了1000條，我相信這個數(shù)字在國內(nèi)來說應(yīng)該是第一位的，在德國本土來說也會進(jìn)到前五水平。
我們正式進(jìn)入到退役動力電池市場分析報告當(dāng)中。剛才說了，電動汽車2015年20萬輛這個數(shù)字是確認(rèn)的，2016年年初拿到的報告是35萬輛，實際銷售是在40萬輛左右，預(yù)計到2020年當(dāng)年銷售200萬輛，總的數(shù)字是500萬輛，我相信這個數(shù)字很容易達(dá)到的。隨著大家對環(huán)境污染問題越來越重視，碳排放量問題等等已經(jīng)成為了必然趨勢。我前兩天去一個電池PACK廠商參觀，跟他們談一些項目非常壯觀。一個月從汽車廠一下接到了8萬套的電池訂單，每個月開足馬力一個月交一萬套，這以前都是不可想象的。
通常情況，不同樣的車，汽車電池會有不同的容量等級，基本上小車可能是在20-70度電，最小的有油電混合才10多度電，還有中巴車10-20度電，大巴車的容量以前峰頂是200左右現(xiàn)在做到了250，根據(jù)這個可以大概估一下每年整個動力電池的市場容量。通常按照市場規(guī)律，鋰電池運行了幾年之后，按照國家規(guī)定一般都是滿五年或者是跑了八萬公里或是最關(guān)鍵的指標(biāo)（額定容量）低于正常容量的80%之后要被退下來。這個其實非常好理解，原來電動車能跑100公里最后只能跑80公里，而且當(dāng)電動車運行了幾年之后最容易出現(xiàn)的問題是單體電壓的電壓差會拉得越來越大，很容易觸發(fā)內(nèi)部的BMS保護(hù)導(dǎo)致車無法運行，這從技術(shù)上來說是一個必然現(xiàn)象。運行四五年之后車上的動力電池必須要退下來，但是退下來之后本身其實還是有70-80%的額定容量，這就是我們要用到的空間。
這個左邊就是動力電池退役量的預(yù)測，右邊是我們做的大概統(tǒng)計，退下來的動力電池到底有多少可以用？這是一個比較關(guān)鍵的問題，我們這里面寫了一個報廢率10%完全不能用的，維護(hù)類10%、可用類是80%。我著重解釋一下這個數(shù)字，這個數(shù)字從目前來看是比較樂觀的，或者說就是達(dá)不到的。2017年現(xiàn)在手里所拿到的退役動力電池基本上是2012年和2013年投運的，當(dāng)時動力電池的制造水準(zhǔn)和現(xiàn)在是完全不一樣，所以那些電池拿過來之后能有50%-60%可用就不錯了，剩下很多30%都是直接報廢的，還有12%是可以進(jìn)行簡單維修再繼續(xù)使用的。但是2014年、2015年之后的動力電池質(zhì)量上相比以前真的是有一個質(zhì)的提升。我看過很多動力電池PACK廠商自動化生產(chǎn)工藝，加上更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計方式，無論是接線、電芯或BMS整個技術(shù)水準(zhǔn)比以前都有很大提升，我相信在這種狀況下這些動力電池退下來之后，是完全可以被再利用的，所以我們這里面有了一個80%，比較樂觀的估計說60%、70%也可以。畢竟市場這么大，這么多的退役電池，哪怕只有30%、40%都是有很大的空間的。
退役電池到底怎么用？這是最關(guān)鍵的問題。首先技術(shù)上要解決退役電池，大家都老生常談的一致性的問題，在我們做儲能或做光伏的人來說，其實有一個很明顯答案，就是組串分布式。現(xiàn)在大中型儲能基本上都是集中式，1MWh電池分成很多支路并聯(lián)到一起，接到500kW的儲能逆變器上。這種利用方式對于新電池來說沒有任何問題，但是對于退役電池肯定不行。你從各種各樣的車上拆出來的電池良莠不齊，各種各樣的參數(shù)完全不一樣，把他們并聯(lián)在一起一定會出很多問題，一致性完全沒有辦法保證。在這種情況下我們提出組串分布式，就是以一輛車上拆下來的一套退役動力電池作為一個基本的儲能單元電池組，然后配上一臺中小功率的PCS，加上合適的監(jiān)控單元構(gòu)成一個基本的儲能單元，再并聯(lián)在一起，構(gòu)成一個功率不等的中大型儲能功率系統(tǒng)。很多人問這種方式到底行不行、可不可以用，做過光伏的人就會非常清楚，這種方式是完全可行的。2012年以前，在華為的逆變器沒有投入到市場的時候，所有廠商做大型光伏電站的時候都是拿光伏逆變器用，因為他們覺得光伏面板太多了。華為進(jìn)入市場的時候，用20kW的光伏組串為逆變器PK500kW的光伏逆變器。一個1MW的光伏電站，傳統(tǒng)情況下是拿2臺500kW的光伏逆變器拼的，華為是50臺20kW的光伏逆變器。當(dāng)時很多人說會不會有多機并聯(lián)的問題，各種各樣的問題確實會有，但是現(xiàn)在都已經(jīng)解決了，最關(guān)鍵的好處是通過組串式解決方案最大化的發(fā)揮了每一個太陽能面板本身的優(yōu)勢。大家可以看到整個市場上現(xiàn)在組串式解決方案和集中式解決方案其實基本上是各占半壁江山。同樣的道理我們可以把思想借鑒到儲能系統(tǒng)中，而且最關(guān)鍵的是相對于太陽能面板來說儲能電池太脆弱了。一個太陽能面板做集中式可以這么做，僅僅是為了發(fā)揮它的大的效應(yīng)，作為一個儲能電芯、電池來說這么多電池我們當(dāng)然是盡量把它細(xì)化，進(jìn)行管理比較好，所以組串分布式會是我們做梯次利用核心重點。每一輛車上的電池都串聯(lián)在一起，配上一個PCS堅決做串聯(lián)不做并聯(lián)，這樣的話通過這一臺逆變器對這組串聯(lián)電池進(jìn)行合理的控制，其實是可以最大化的保證電池的一致性。所以我們這里畫一張圖，基本的儲能單元就是這樣，一臺PCS配上一個儲能單元監(jiān)控系統(tǒng)。這個儲能單元監(jiān)控系統(tǒng)需要和BMS連接，然后和EMS聯(lián)系，同時和PCS進(jìn)行通訊，現(xiàn)在我們已經(jīng)把儲能單元系統(tǒng)集成到PCS內(nèi)部，所以不需要額外的空間。
現(xiàn)在我們是按照兩種方式來做的，基本上是說推出兩種主要產(chǎn)品，一個是功率小點的，一個是功率大點的。其實這對我們來說無所謂，因為我們都是組串式的方案，基本上都是100-150度電為一個系統(tǒng)單元，基本上可以涵蓋現(xiàn)在市場上絕大部分電動汽車退役電池，我估計未來兩三年內(nèi)這個要增加到200度電，因為有大量的電動汽車、大巴會退出來。200度電就要配到30到40千瓦，基本上是1：5、1：6的樣子。功率和能量的高比例是我要談的重點，為什么？因為可以保證退役電池可時間、長壽命使用。左下角這張圖就是20千瓦120度電、130度電的儲能系統(tǒng)，右邊這張圖就是1.1MWh左右的梯次利用儲能系統(tǒng)，這張圖里面包括了9套左右的20kW，總共是180kW大概是1MWh左右的容量。
對比傳統(tǒng)的梯次利用方法，這里要強調(diào)的是整個梯次利用解決方案設(shè)計，核心的核心是降低成本。很多人研究動力電池都是要研究動力電池的拆解，這應(yīng)該是最后的環(huán)節(jié)，電池不能用了再拆解。最多的方法還是要直接利用，把電動大巴上的退役電池拆下來之后直接利用，配上一些合適的控制策略就構(gòu)成了基本儲能單元。我們的流程可以看到，相對于傳統(tǒng)做梯次利用的方式來說已經(jīng)簡化了很多步。這樣的話，整個可以說一下系統(tǒng)成本，退役電池可以說沒有價格，但是現(xiàn)在比較少，所以很多電池給我們的時候還談出一些價格出來，只需要你配一些PCS控制系統(tǒng)和集裝箱就好，相對于傳統(tǒng)新鋰電池來說成本至少要便宜一半這樣就具有很大操作性了。
這里有兩個比較關(guān)鍵的問題我想跟大家解釋一下，第一點就是如何解決一致性的問題。剛才我說用組串式的方案只串聯(lián)不并聯(lián)。大家也要清楚一點，退役電池不是故障電池，退役是運行了五六年之后由于整體容量不足才退下來的，不是因為故障了、里面有故障才退下來的，里面有故障可以退還到電池廠商由電池廠商進(jìn)行單個電芯的維修然后更換。所以退役電池其實就是整體容量不足，如果一輛車上的電池退下來，本身的整體容量性還是不錯的，所以這是一個很關(guān)鍵的問題。退一萬步講，如果真的是退下來之后電池里面是有故障的，你一查之后發(fā)現(xiàn)這個能夠顯示出來，哪一個單體電池電芯有問題，我們是把它用在靜態(tài)儲能系統(tǒng)中，儲能運行范圍非常寬。中間如果不行，取出一兩個來甚至幾個，有的時候取出一個包來對整體容量又影響什么呢？反正原來就是要被淘汰的，沒什么價值，能用起來最好，所以從這個角度考慮完全是可以解決一致性問題的。
第二點是最關(guān)鍵的問題，就是如何保障電池安全和可靠的長時間使用壽命。這里我用一句話概括一下，對待退役電池使用的時候，就應(yīng)該把它當(dāng)成鉛酸類電池來用。剛才大家看到于總介紹鉛炭電池的時候，有一個很重要的數(shù)據(jù)，他們所配儲能系統(tǒng)的功率和容量比基本上都是1：8，750kW的PCS配上6MWh的電池。退役鋰電池有同樣的問題，因為退役鋰電池到后期不能用，最關(guān)鍵原因就是在大電流充放電的情況下，單體電池電壓跳的非常厲害，所以一定要讓退役電池在使用的時候，控制在0.24以下甚至更小，當(dāng)然因為這個條件意味著退役電池在使用的時候有很多局限性。調(diào)頻是不能用的，甚至做離網(wǎng)我都不建議用，為什么？做離網(wǎng)的時候，儲能系統(tǒng)功率是負(fù)載決定的，負(fù)載多大是沒人控制得了的，只有做并網(wǎng)的時候，作為一個固定功率充放電的時候，才方便對儲能系統(tǒng)進(jìn)行管理。一個核心是0.24以下，如果是更小那最好，另外一個就是BOD，全新的鋰電池一般都是在10%-100%，像這種退役鋰電池肯定是不行的。右下方的數(shù)字是拿一套退役電池，大概有100多個電芯做的測試，紅色是最高單體電池電芯的電壓，藍(lán)色是最低電芯電壓?？梢钥吹皆谛‰娏鞒浞诺臅r候電壓差控制都很穩(wěn)，一般不會超過20毫伏，這種情況下是可以保證長時間使用壽命，如果再看的話會發(fā)現(xiàn)在3.45伏的時候，紅的線突然飆升到3.6，而藍(lán)色的基本上變化不大，這就是因為BOD控制的不好，還是原來的電動汽車上使用的BOD進(jìn)行控制，所以到臨界點的時候，因為備用電池畢竟是老化的。從電器角度來看，電力電壓飆升特別快，觸發(fā)了單體電壓差保護(hù)，導(dǎo)致整個系統(tǒng)要停下來。在這種情況下，最高的充電電壓，其實也就是和我們最早的運行SOC相匹配，一定要控制住，一定要比原來的動力電車更小才可以。這兩種技術(shù)條件加在一起，才可以保證這套系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行。大家可以看到右下角充電的圖，這是真實運行的，是拿大功率充電，結(jié)果還是不錯的。我們做的這套系統(tǒng)是從一個16米電動汽車上拆下來的，原來容量是140度電的系統(tǒng)，單體電芯的容量是360左右，放了四五年之后只剩下320左右，我們對它最大的充電電流是40MK也就是八分之一，跟鉛酸鉛炭電池使用條件是一樣的，所以才能保證最高電壓差和最低電壓差控制在非常合理的范圍內(nèi)。這點是保證退役電池梯次利用非常重要的關(guān)鍵技術(shù)點。
下面我也介紹一下案例分享，這張圖其實很簡單就是谷期充峰值放?；旧暇褪枪戎档臅r候充進(jìn)來，白天放進(jìn)來我就不再說了，所有儲能系統(tǒng)中用戶最典型的應(yīng)用模式。這是在常州開始試運行的系統(tǒng)，這是內(nèi)部圖大家可以看到都是直接從電動汽車大巴上拆下來的退役電池，基本上原封不動搬過來的，很多外面殼子上還有鐵銹，右側(cè)是9套PCS180kW/1MWh的系統(tǒng)，右下角是外觀，右上角是監(jiān)控系統(tǒng)。基本上來說,我們現(xiàn)在給客戶提供的項目質(zhì)保一般是五年，但是我覺得這種運行方式運行到八年問題不大，好像大電池一樣拿一個小水管充放對電池影響不大。
這是我們在上海一家公司做的商業(yè)式儲能系統(tǒng)，直接把一套20千瓦、120度電左右的系統(tǒng)裝到客戶的公司里面，給公司提供削峰填谷。直接看一下這個數(shù)字，這個是一天的運行案例，因為本身120度電我們不會充滿只會充90，峰時平時共放電99.6度電。因為我們這個客戶是典型的商業(yè)用戶，白天的負(fù)荷量很大。尤其是上海，白天特別熱所有空調(diào)全部開起來，可是晚上下班之后沒人了，我們知道各個地區(qū)的峰值電價包括兩部分，一個是早上8-12點，另外是晚上6-10點，有的地區(qū)可能有點差異，但是大體是這樣的。如果我們只放白天上午峰值部分，其實電是放不完的，因為晚上的時候基本上都已經(jīng)沒人了，但是同時我們因為對這個有需量管理（衡量你一天24小時最大功率不要超標(biāo)），所以說我們要在下午放很多電過來。實際應(yīng)用中不同的客戶類型會碰到不同的問題。所以在上面的峰谷電價收益中每天凈收益達(dá)到了68.5元，一年收益大概是21900左右。除此之外還有需量電費收益，正常情況下客戶最高申到了80kW，后來我們建議客戶申到60kW，我們自己本身再幫20kW。為什么我們只申請20kW的系統(tǒng)？其實是因為儲能系統(tǒng)在運行的時候電池電壓是要下降的，電流是固定的，所以電流輸出功率基本上是減少。為了保險起見，20kW的輸出功率取50%，按照50%來算每個月減少10kW，每年節(jié)約5040元。直接估算一下投資回報年限,我們是按照120度電一套系統(tǒng)一塊錢的成本估算，大概是在4.45年收回投資成本，而且是按照一年運行320天來算的，這不是一個理論，是真實算出來。這個是我們記錄日儲能系統(tǒng)的報表。這個報表完全可以套用到1MWh的系統(tǒng)，1MWh就是由九套系統(tǒng)中弄出來的，從這里可以看到投資回報性是非常好的。我這里估算了一塊錢一瓦時，明年可能是0.8元，后年可能是0.6元，電動汽車退役電池梯次利用最重要的就是成本。
（本文根據(jù)會議錄音整理，未經(jīng)本人審核）
