事件概述
2018年2月26日，工信部網(wǎng)站發(fā)布由工信部、科技部、環(huán)境保護(hù)部、交通運(yùn)輸部、商務(wù)部、質(zhì)檢總局、能源局七部委聯(lián)合印發(fā)的《新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收利用管理暫行辦法》，要求汽車生產(chǎn)企業(yè)承擔(dān)動(dòng)力蓄電池回收的主體責(zé)任，相關(guān)企業(yè)在動(dòng)力蓄電池回收利用各環(huán)節(jié)履行相應(yīng)責(zé)任，保障動(dòng)力蓄電池的有效利用和環(huán)保處置。
明確車企為回收動(dòng)力電池的責(zé)任主體，鼓勵(lì)社會(huì)資本參與
該《暫行辦法》提出，汽車生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)建立動(dòng)力蓄電池回收渠道、回收服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)，負(fù)責(zé)收集廢舊動(dòng)力蓄電池，集中貯存并移交至合作企業(yè);鼓勵(lì)汽車生產(chǎn)企業(yè)、電池生產(chǎn)企業(yè)、報(bào)廢汽車回收拆解企業(yè)與綜合利用企業(yè)等通過多種形式，合作共建、共用廢舊動(dòng)力蓄電池回收渠道;鼓勵(lì)車企通過回購(gòu)、以舊換新、給予補(bǔ)貼等措施，提高新能源汽車所有人移交廢舊動(dòng)力蓄電池的積極性。亦提出，鼓勵(lì)社會(huì)資本發(fā)起設(shè)立產(chǎn)業(yè)基金，研究探索動(dòng)力蓄電池殘值交易等市場(chǎng)化模式，促進(jìn)動(dòng)力蓄電池回收利用。
我們認(rèn)為，明確車企在承擔(dān)動(dòng)力電池回收方面的主體責(zé)任，將利好動(dòng)力電池回收事項(xiàng)有序開展，并在一定程度上給予車企開展業(yè)務(wù)模式創(chuàng)新的空間。我們預(yù)計(jì)，未來將有更多車企及合作方試水換電、電池租賃、退役電池儲(chǔ)能梯次利用等業(yè)務(wù)，延長(zhǎng)電池的實(shí)際使用壽命。
鼓勵(lì)開展動(dòng)力蓄電池梯次利用和再生利用
該《暫行辦法》鼓勵(lì)電池生產(chǎn)企業(yè)與綜合利用企業(yè)合作，在保證安全可控前提下，按照先梯次利用后再生利用原則,對(duì)廢舊動(dòng)力蓄電池開展多層次、多用途的合理利用，降低綜合能耗，提高能源利用效率，提升綜合利用水平與經(jīng)濟(jì)效益，并保障不可利用殘余物的環(huán)保處置。
近年來，退役動(dòng)力電池梯次利用方面，國(guó)家電網(wǎng)公司、北汽新能源、中國(guó)鐵塔等大企業(yè)，已積極開展相關(guān)研究與試點(diǎn)項(xiàng)目實(shí)施，中恒電氣子公司煦達(dá)新能源在商業(yè)化探索中亦取得技術(shù)創(chuàng)新。再生利用方面，多家動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)已積極布局動(dòng)力電池回收拆解業(yè)務(wù)，包括但不限于：格林美、寧德時(shí)代、國(guó)軒高科、贛鋒鋰業(yè)等。
新能源汽車市場(chǎng)首批動(dòng)力電池進(jìn)入退役期
我們測(cè)算，截至2017年底，市場(chǎng)上新能源汽車的保有量已經(jīng)超過160萬(wàn)輛。我們研究判斷，2016、2017年退役的動(dòng)力電池多為2012-2013年開始服役。我們根據(jù)2011年以來新能源汽車歷年產(chǎn)銷數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、測(cè)算，判斷2018~2020年將迎來動(dòng)力電池退役潮，如圖54所示，預(yù)計(jì)2018-2020年的動(dòng)力電池退役容量分別為2.7GWh、9.1GWh、14.3GWh，同比增速分別為182.9%、235.4%、57.1%。由此可見，解決退役動(dòng)力電池回收利用的問題迫在眉睫。
2016年12月1日，國(guó)家工信部節(jié)能與綜合利用司公布了《新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收利用暫行管理辦法》(征求意見稿)，以規(guī)范和引導(dǎo)廢舊動(dòng)力電池的綜合應(yīng)用。2018年2月26日，工信部網(wǎng)站發(fā)布由工信部、科技部、環(huán)境保護(hù)部、交通運(yùn)輸部、商務(wù)部、質(zhì)檢總局、能源局七部委聯(lián)合印發(fā)的《新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收利用管理暫行辦法》。隨著該政策落地，新能源汽車退役動(dòng)力電池的回收利用提上議事日程。
由前文解讀可見，根據(jù)該政策，車企不能對(duì)電動(dòng)汽車“一賣了之”，而是要對(duì)其動(dòng)力電池的全生命周期負(fù)責(zé)到底。如果沒有較好的回收利用渠道，就意味著車企將要為動(dòng)力電池回收利用投入更多的成本。而就動(dòng)力電池本身而言，當(dāng)前動(dòng)力電池的“服役”期限約在4-5年左右，到達(dá)期限后的動(dòng)力電池實(shí)際容量較初始額定容量產(chǎn)生顯著衰減，并體現(xiàn)出大功率充放電時(shí)動(dòng)力電池電壓跌落較快的現(xiàn)象，對(duì)電動(dòng)汽車的續(xù)航里程產(chǎn)生較大影響，因此面臨“退役”。然而，相當(dāng)一部分動(dòng)力電池退役后仍有70%-80%的容量空間，由于國(guó)內(nèi)的鋰電拆解回收產(chǎn)業(yè)尚未完全成熟，如不進(jìn)行梯級(jí)利用而直接進(jìn)行拆解回收，則僅能回收部分鋰、鈷、鎳等金屬原材料，這對(duì)于動(dòng)力電池的使用價(jià)值而言是一種浪費(fèi)。因此，開發(fā)退役動(dòng)力電池的“剩余價(jià)值”就顯得意義尤為重大。
2017年10月11日，各大部委網(wǎng)站刊發(fā)了發(fā)改委、財(cái)政部、科技部、工信部和能源局聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于促進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展的指導(dǎo)意見》(落款日期為9月22日)。該《指導(dǎo)意見》提出(但不限于)，完善動(dòng)力電池全生命周期監(jiān)管，開展對(duì)淘汰動(dòng)力電池進(jìn)行儲(chǔ)能梯次利用研究。我們認(rèn)為，如獲成功，梯次利用將延長(zhǎng)動(dòng)力電池的總體使用壽命，提高電池利用的整體經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境友好性。
前文已提到，近年來市場(chǎng)上已有多家企業(yè)開展關(guān)于“退役動(dòng)力電池梯級(jí)利用”的相關(guān)研究與示范項(xiàng)目實(shí)施，這里舉兩個(gè)例子。
據(jù)英大網(wǎng)2014年9月15日?qǐng)?bào)道，國(guó)家電網(wǎng)河南省電力公司牽頭研究并攻克了退役動(dòng)力電池梯次利用過程的快速分選、健康狀態(tài)評(píng)價(jià)、壽命預(yù)判、重組均衡等技術(shù)難題，用作鄭州市尖山真型輸電線路試驗(yàn)基地混合微電網(wǎng)系統(tǒng)的儲(chǔ)能配套方案，該項(xiàng)目于2013年8月聯(lián)調(diào)成功，北京索英電氣等公司參與其中。
據(jù)《中國(guó)能源報(bào)》2017年9月18日?qǐng)?bào)道，煦達(dá)新能源主導(dǎo)設(shè)計(jì)開發(fā)了國(guó)內(nèi)首套MWh級(jí)“基于電動(dòng)汽車退役動(dòng)力電池梯次利用的工商業(yè)儲(chǔ)能系統(tǒng)”項(xiàng)目，在江蘇溧陽(yáng)成功投運(yùn)，該系統(tǒng)由9套20kW/122kWh儲(chǔ)能基本單元并聯(lián)組成，項(xiàng)目規(guī)模為180kW/1.1MWh，主要用于工廠用戶用電的“削峰填谷”，并以合同能源管理的模式與客戶分享峰谷價(jià)差帶來的收益。
退役動(dòng)力電池梯次利用的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)
動(dòng)力電池梯級(jí)利用的理論易于理解，但在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中常遇到一系列問題，障礙其大面積推廣。隨著技術(shù)進(jìn)步，多項(xiàng)問題正在逐步解決，助推其商業(yè)化應(yīng)用。
其中最主要的問題就是電池的穩(wěn)定性和一致性問題。為了解這個(gè)問題的解決方案，我們對(duì)煦達(dá)新能源動(dòng)力電池梯級(jí)利用項(xiàng)目進(jìn)行了調(diào)研。目前煦達(dá)采用三步方案來針對(duì)上述問題進(jìn)行解決，具體如下。
首先是對(duì)退役動(dòng)力電池的篩選。我們知道，由于電池的設(shè)計(jì)壽命、產(chǎn)品品質(zhì)和使用情況的不同，動(dòng)力電池退役時(shí)的狀態(tài)也參差不齊。關(guān)于這一點(diǎn)，新能源與儲(chǔ)能運(yùn)行控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任來小康在2017國(guó)際電動(dòng)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展與技術(shù)創(chuàng)新峰會(huì)上曾經(jīng)介紹：2012年以前我國(guó)生產(chǎn)的許多動(dòng)力電池，由于未經(jīng)大規(guī)模批量化的生產(chǎn)，生產(chǎn)規(guī)范和自動(dòng)化生產(chǎn)水平都還未得到發(fā)展，因而產(chǎn)品品質(zhì)也較難保障，一些動(dòng)力電池雖然參數(shù)合格但實(shí)裝使用后容量衰減得非常快。而根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研和實(shí)際篩選的結(jié)果來看，2012-2013年我國(guó)投入運(yùn)營(yíng)的動(dòng)力電池中，樂觀估計(jì)符合梯次利用條件的電池容量?jī)H占退役動(dòng)力電池總?cè)萘康?0%左右，另有10%左右可以進(jìn)行簡(jiǎn)單維修后使用，而其余相當(dāng)一部分電池只能直接報(bào)廢。這一情況在2014-2015年投運(yùn)的動(dòng)力電池上則有所改善，由于具備了更為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)體系以及大規(guī)模自動(dòng)化的生產(chǎn)工藝，該階段以后生產(chǎn)的動(dòng)力電池品質(zhì)有了較大的提升，保守預(yù)計(jì)能夠進(jìn)入梯級(jí)利用的動(dòng)力電池容量比例可達(dá)60%-70%。因此，對(duì)動(dòng)力電池梯級(jí)利用解決方案供應(yīng)商來說，對(duì)退役動(dòng)力電池進(jìn)行篩選是第一步。
第二是組串式應(yīng)用。退役動(dòng)力電池來自于不同階段的不同車型，相互之間參數(shù)差異較大，如采用并聯(lián)集中式的設(shè)計(jì)方案，則電池一致性無法保障。對(duì)此，前文提到的煦達(dá)新能源項(xiàng)目案例，做法為：將每輛電動(dòng)車上拆下來的一套動(dòng)力電池組作為單獨(dú)的單元，配以中小功率的儲(chǔ)能逆變器，形成一個(gè)基本的儲(chǔ)能單元，再將多個(gè)儲(chǔ)能基本單元集成在一起形成中大型儲(chǔ)能功率系統(tǒng)。這樣的應(yīng)用方式其實(shí)并不新鮮，其“基因”來自于早先的光伏系統(tǒng)：2011-2012年前后單臺(tái)光伏逆變器的容量還較小，1MW光伏發(fā)電單元通常由2臺(tái)500kW逆變器或4臺(tái)250kW逆變器并聯(lián)組成。一個(gè)比較極端的情況是華為的解決方案，采用50臺(tái)20kW逆變器組成1MW光伏發(fā)電單元?？梢姸嗄孀兤鞑⒙?lián)集成的系統(tǒng)方案在技術(shù)上是具備可實(shí)現(xiàn)性的，當(dāng)然小功率逆變器的單瓦價(jià)格一般會(huì)高于大功率逆變器，但優(yōu)點(diǎn)是可以最大化地發(fā)揮每一組光伏電池板的發(fā)電能力。該方案應(yīng)用在儲(chǔ)能項(xiàng)目上，則能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)每一個(gè)儲(chǔ)能單元更為精細(xì)化的控制。
第三是充放電管理。目前基于鉛炭電池的“削峰填谷”項(xiàng)目，其電池容量與功率的配比一般為8:1，也即放電倍率為0.125C，例如：南都電源的近期投運(yùn)的無錫新加坡工業(yè)園儲(chǔ)能項(xiàng)目。由于“削峰填谷”屬于供電補(bǔ)充，其運(yùn)行狀態(tài)下的電流變化相對(duì)穩(wěn)定。而動(dòng)力電池則對(duì)放電倍率要求較高，根據(jù)國(guó)標(biāo)來看至少應(yīng)為1C，實(shí)際行駛中其瞬時(shí)放電倍率可能達(dá)到2C甚至更高，且運(yùn)行過程中電流波動(dòng)的波頻和波幅更高。退役后的動(dòng)力電池顯然無法再在如此高的放電倍率下工作，根據(jù)煦達(dá)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，退役動(dòng)力電池在“削峰填谷”儲(chǔ)能項(xiàng)目中，放電倍率應(yīng)控制在0.2C甚至更低，此時(shí)電池組中單體電芯的電壓差可以穩(wěn)定在20mV以內(nèi)，屬于較好的情況。另一點(diǎn)是要對(duì)放電深度進(jìn)行調(diào)整，動(dòng)力電池容量衰減后有效容量已經(jīng)不足，再使用原有的容量下的放電深度策略，可能導(dǎo)致過度放電時(shí)的電壓波動(dòng)，因此需要根據(jù)電池的實(shí)際情況對(duì)容量和放電深度進(jìn)行調(diào)整。以溧陽(yáng)項(xiàng)目為例，目前采用的電池充放電倍率約為0.164C，放電深度為衰減后電池容量的90%。
目前項(xiàng)目仍處于投運(yùn)初期，相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)較少，期待后續(xù)運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)上述技術(shù)方案作進(jìn)一步驗(yàn)證。
退役動(dòng)力電池梯次利用經(jīng)濟(jì)性測(cè)算
關(guān)于退役動(dòng)力電池在“削峰填谷”儲(chǔ)能應(yīng)用領(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)性問題，我們可以就煦達(dá)動(dòng)力電池梯級(jí)利用項(xiàng)目的公開數(shù)據(jù)進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)算。根據(jù)《中國(guó)能源報(bào)》2017年9月18日的披露，該項(xiàng)目的儲(chǔ)能系統(tǒng)容量為1.1MWh，單位系統(tǒng)成本約為1元/Wh;根據(jù)項(xiàng)目報(bào)道采樣的兩個(gè)日期樣本9月5日和9月6日數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)日售電收入分別為629.103元和622.588元?；谝陨享?xiàng)目信息我們作出如下假設(shè)：
1)項(xiàng)目回收期第1年的每日收益取采樣點(diǎn)9月5日和9月6日收益的平均值，也即625.8455元/日;
2)根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景，我們合理假設(shè)儲(chǔ)能系統(tǒng)每年可有效運(yùn)行320天，回收期第1年存售電收益約20.027萬(wàn)元;
3)根據(jù)磷酸鐵鋰循環(huán)經(jīng)驗(yàn)曲線，假設(shè)項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)周期10年，其間退役動(dòng)力電池總?cè)萘克p20%，年均衰減2%;
4)放電深度保持為90%，谷時(shí)充電不足的部分由平時(shí)充電補(bǔ)足，溧陽(yáng)市的峰平電價(jià)差為0.44元/kWh;
5)本次項(xiàng)目采用集裝箱部署，因此暫不考慮場(chǎng)地成本，系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用取年均0.15萬(wàn)元;
6)儲(chǔ)能項(xiàng)目考慮享受稅收優(yōu)惠，本次測(cè)算取所得稅率為10%;靜態(tài)測(cè)算暫不考慮融資成本(貸款利率)。
退役動(dòng)力電池梯次利用項(xiàng)目投資回報(bào)測(cè)算具體如表23所示。
可以看到，測(cè)算中項(xiàng)目稅后累計(jì)現(xiàn)金流在第6年成為正值，即靜態(tài)6年回收投資成本，項(xiàng)目全周期的稅后內(nèi)部收益率為9.86%。我們認(rèn)為，如獲成功，該項(xiàng)目將具有較強(qiáng)的推廣價(jià)值。
