中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：8月25-26日，首屆全國用戶側(cè)儲(chǔ)能細(xì)分市場開發(fā)與應(yīng)用高層研討會(huì)在江蘇無錫太湖飯店召開。會(huì)議由江蘇省電機(jī)工程學(xué)會(huì)、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(huì)、中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)儲(chǔ)能應(yīng)用分會(huì)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(chǔ)能發(fā)展未來。公司總經(jīng)理李劍鐸在會(huì)上就退役動(dòng)力電池儲(chǔ)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?cè)谟脩魝?cè)儲(chǔ)能系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)方面的經(jīng)驗(yàn)。
今天我報(bào)告的主題是《退役動(dòng)力電池儲(chǔ)能梯次利用解決方案及實(shí)例分析》。我先說幾句題外話，這一兩年隨著新能源電動(dòng)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(dòng)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(gè)話題也引起了很多的爭議。關(guān)于退役電動(dòng)汽車電池梯次利用到底能不能實(shí)現(xiàn)，業(yè)內(nèi)是有很多爭議的，有不同看法。我個(gè)人這么看這個(gè)問題，首先第一個(gè)問題，新能源車這么大批量的投入市場，未來3-5年一定會(huì)有大批退役動(dòng)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(jià)值，其實(shí)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(huì)是一個(gè)很好的產(chǎn)業(yè)方向。
第二個(gè)問題是我們做儲(chǔ)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(chǔ)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(dòng)力鋰電池的價(jià)格大幅下滑，使儲(chǔ)能系統(tǒng)成本也大幅下降，大概現(xiàn)在一個(gè)集裝箱儲(chǔ)能平均是2塊錢一瓦時(shí)，以前剛做的時(shí)候起碼要四塊錢一瓦時(shí)，完全沒有任何經(jīng)濟(jì)性。哪怕現(xiàn)在在2塊錢一瓦時(shí)的情況下，做商業(yè)模式化的儲(chǔ)能電站運(yùn)行怎么樣也要十年以上的時(shí)間，十年這個(gè)電池還能不能用？這是一個(gè)很大的問題，基本上來說對(duì)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(shí)儲(chǔ)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(huì)面臨很多技術(shù)問題，但也因這種技術(shù)問題的存在會(huì)使這個(gè)事情做起來顯得有價(jià)值。市場的驅(qū)動(dòng)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(gè)機(jī)會(huì)跟大家分享一下。
這是我今天報(bào)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(dòng)力電池的市場。這個(gè)市場容量有多大大家都很清楚，2015年20萬輛，2016年可能會(huì)達(dá)到40萬輛，2020年整個(gè)市場存量會(huì)到500萬輛，這個(gè)市場太大了。第三個(gè)介紹一下煦達(dá)如何利用退役電池用在靜態(tài)的儲(chǔ)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(gè)方面是案例介紹和經(jīng)濟(jì)性分析，最后是報(bào)告總結(jié)。
煦達(dá)是2011年成立，從2012年開始做儲(chǔ)能，可以說是國內(nèi)最早一批開始做儲(chǔ)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(duì)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(chǔ)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(gè)著名的大能源商品牌合作，我們?cè)跉W洲推出了一系列的新的戶用儲(chǔ)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(gè)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(huì)進(jìn)到前五水平。
我們正式進(jìn)入到退役動(dòng)力電池市場分析報(bào)告當(dāng)中。剛才說了，電動(dòng)汽車2015年20萬輛這個(gè)數(shù)字是確認(rèn)的，2016年年初拿到的報(bào)告是35萬輛，實(shí)際銷售是在40萬輛左右，預(yù)計(jì)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(gè)數(shù)字很容易達(dá)到的。隨著大家對(duì)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(shì)。我前兩天去一個(gè)電池PACK廠商參觀，跟他們談一些項(xiàng)目非常壯觀。一個(gè)月從汽車廠一下接到了8萬套的電池訂單，每個(gè)月開足馬力一個(gè)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(huì)有不同的容量等級(jí)，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(gè)可以大概估一下每年整個(gè)動(dòng)力電池的市場容量。通常按照市場規(guī)律，鋰電池運(yùn)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(gè)其實(shí)非常好理解，原來電動(dòng)車能跑100公里最后只能跑80公里，而且當(dāng)電動(dòng)車運(yùn)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(huì)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(yùn)行，這從技術(shù)上來說是一個(gè)必然現(xiàn)象。運(yùn)行四五年之后車上的動(dòng)力電池必須要退下來，但是退下來之后本身其實(shí)還是有70-80%的額定容量，這就是我們要用到的空間。
這個(gè)左邊就是動(dòng)力電池退役量的預(yù)測(cè)，右邊是我們做的大概統(tǒng)計(jì)，退下來的動(dòng)力電池到底有多少可以用？這是一個(gè)比較關(guān)鍵的問題，我們這里面寫了一個(gè)報(bào)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(gè)數(shù)字，這個(gè)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(dòng)力電池基本上是2012年和2013年投運(yùn)的，當(dāng)時(shí)動(dòng)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(cuò)了，剩下很多30%都是直接報(bào)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(dòng)力電池質(zhì)量上相比以前真的是有一個(gè)質(zhì)的提升。我看過很多動(dòng)力電池PACK廠商自動(dòng)化生產(chǎn)工藝，加上更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)方式，無論是接線、電芯或BMS整個(gè)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(dòng)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(gè)80%，比較樂觀的估計(jì)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(chǔ)能或做光伏的人來說，其實(shí)有一個(gè)很明顯答案，就是組串分布式。現(xiàn)在大中型儲(chǔ)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(chǔ)能逆變器上。這種利用方式對(duì)于新電池來說沒有任何問題，但是對(duì)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(huì)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(dòng)力電池作為一個(gè)基本的儲(chǔ)能單元電池組，然后配上一臺(tái)中小功率的PCS，加上合適的監(jiān)控單元構(gòu)成一個(gè)基本的儲(chǔ)能單元，再并聯(lián)在一起，構(gòu)成一個(gè)功率不等的中大型儲(chǔ)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(huì)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(shí)候，所有廠商做大型光伏電站的時(shí)候都是拿光伏逆變器用，因?yàn)樗麄冇X得光伏面板太多了。華為進(jìn)入市場的時(shí)候，用20kW的光伏組串為逆變器PK500kW的光伏逆變器。一個(gè)1MW的光伏電站，傳統(tǒng)情況下是拿2臺(tái)500kW的光伏逆變器拼的，華為是50臺(tái)20kW的光伏逆變器。當(dāng)時(shí)很多人說會(huì)不會(huì)有多機(jī)并聯(lián)的問題，各種各樣的問題確實(shí)會(huì)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(gè)太陽能面板本身的優(yōu)勢(shì)。大家可以看到整個(gè)市場上現(xiàn)在組串式解決方案和集中式解決方案其實(shí)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(chǔ)能系統(tǒng)中，而且最關(guān)鍵的是相對(duì)于太陽能面板來說儲(chǔ)能電池太脆弱了。一個(gè)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(gè)儲(chǔ)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(huì)是我們做梯次利用核心重點(diǎn)。每一輛車上的電池都串聯(lián)在一起，配上一個(gè)PCS堅(jiān)決做串聯(lián)不做并聯(lián)，這樣的話通過這一臺(tái)逆變器對(duì)這組串聯(lián)電池進(jìn)行合理的控制，其實(shí)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(chǔ)能單元就是這樣，一臺(tái)PCS配上一個(gè)儲(chǔ)能單元監(jiān)控系統(tǒng)。這個(gè)儲(chǔ)能單元監(jiān)控系統(tǒng)需要和BMS連接，然后和EMS聯(lián)系，同時(shí)和PCS進(jìn)行通訊，現(xiàn)在我們已經(jīng)把儲(chǔ)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(gè)是功率小點(diǎn)的，一個(gè)是功率大點(diǎn)的。其實(shí)這對(duì)我們來說無所謂，因?yàn)槲覀兌际墙M串式的方案，基本上都是100-150度電為一個(gè)系統(tǒng)單元，基本上可以涵蓋現(xiàn)在市場上絕大部分電動(dòng)汽車退役電池，我估計(jì)未來兩三年內(nèi)這個(gè)要增加到200度電，因?yàn)橛写罅康碾妱?dòng)汽車、大巴會(huì)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(diǎn)，為什么？因?yàn)榭梢员ＷC退役電池可時(shí)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(chǔ)能系統(tǒng)，右邊這張圖就是1.1MWh左右的梯次利用儲(chǔ)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(duì)比傳統(tǒng)的梯次利用方法，這里要強(qiáng)調(diào)的是整個(gè)梯次利用解決方案設(shè)計(jì)，核心的核心是降低成本。很多人研究動(dòng)力電池都是要研究動(dòng)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(dòng)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(chǔ)能單元。我們的流程可以看到，相對(duì)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(gè)可以說一下系統(tǒng)成本，退役電池可以說沒有價(jià)格，但是現(xiàn)在比較少，所以很多電池給我們的時(shí)候還談出一些價(jià)格出來，只需要你配一些PCS控制系統(tǒng)和集裝箱就好，相對(duì)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(gè)比較關(guān)鍵的問題我想跟大家解釋一下，第一點(diǎn)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(diǎn)，退役電池不是故障電池，退役是運(yùn)行了五六年之后由于整體容量不足才退下來的，不是因?yàn)楣收狭?、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(gè)電芯的維修然后更換。所以退役電池其實(shí)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(cuò)的，所以這是一個(gè)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(gè)能夠顯示出來，哪一個(gè)單體電池電芯有問題，我們是把它用在靜態(tài)儲(chǔ)能系統(tǒng)中，儲(chǔ)能運(yùn)行范圍非常寬。中間如果不行，取出一兩個(gè)來甚至幾個(gè)，有的時(shí)候取出一個(gè)包來對(duì)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(jià)值，能用起來最好，所以從這個(gè)角度考慮完全是可以解決一致性問題的。
第二點(diǎn)是最關(guān)鍵的問題，就是如何保障電池安全和可靠的長時(shí)間使用壽命。這里我用一句話概括一下，對(duì)待退役電池使用的時(shí)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(shí)候，有一個(gè)很重要的數(shù)據(jù)，他們所配儲(chǔ)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?yàn)橥艘垆囯姵氐胶笃诓荒苡?，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(shí)候，控制在0.24以下甚至更小，當(dāng)然因?yàn)檫@個(gè)條件意味著退役電池在使用的時(shí)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(shí)候，儲(chǔ)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(shí)候，作為一個(gè)固定功率充放電的時(shí)候，才方便對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)進(jìn)行管理。一個(gè)核心是0.24以下，如果是更小那最好，另外一個(gè)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(gè)電芯做的測(cè)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。可以看到在小電流充放的時(shí)候電壓差控制都很穩(wěn)，一般不會(huì)超過20毫伏，這種情況下是可以保證長時(shí)間使用壽命，如果再看的話會(huì)發(fā)現(xiàn)在3.45伏的時(shí)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?yàn)锽OD控制的不好，還是原來的電動(dòng)汽車上使用的BOD進(jìn)行控制，所以到臨界點(diǎn)的時(shí)候，因?yàn)閭溆秒姵禺吘故抢匣?。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(gè)系統(tǒng)要停下來。在這種情況下，最高的充電電壓，其實(shí)也就是和我們最早的運(yùn)行SOC相匹配，一定要控制住，一定要比原來的動(dòng)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(yùn)行。大家可以看到右下角充電的圖，這是真實(shí)運(yùn)行的，是拿大功率充電，結(jié)果還是不錯(cuò)的。我們做的這套系統(tǒng)是從一個(gè)16米電動(dòng)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(duì)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(diǎn)是保證退役電池梯次利用非常重要的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)。
下面我也介紹一下案例分享，這張圖其實(shí)很簡單就是谷期充峰值放?；旧暇褪枪戎档臅r(shí)候充進(jìn)來，白天放進(jìn)來我就不再說了，所有儲(chǔ)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(yùn)行的系統(tǒng)，這是內(nèi)部圖大家可以看到都是直接從電動(dòng)汽車大巴上拆下來的退役電池，基本上原封不動(dòng)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(xiàng)目質(zhì)保一般是五年，但是我覺得這種運(yùn)行方式運(yùn)行到八年問題不大，好像大電池一樣拿一個(gè)小水管充放對(duì)電池影響不大。
這是我們?cè)谏虾Ｒ患夜咀龅纳虡I(yè)式儲(chǔ)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(gè)數(shù)字，這個(gè)是一天的運(yùn)行案例，因?yàn)楸旧?20度電我們不會(huì)充滿只會(huì)充90，峰時(shí)平時(shí)共放電99.6度電。因?yàn)槲覀冞@個(gè)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(gè)地區(qū)的峰值電價(jià)包括兩部分，一個(gè)是早上8-12點(diǎn)，另外是晚上6-10點(diǎn)，有的地區(qū)可能有點(diǎn)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(shí)電是放不完的，因?yàn)橥砩系臅r(shí)候基本上都已經(jīng)沒人了，但是同時(shí)我們因?yàn)閷?duì)這個(gè)有需量管理（衡量你一天24小時(shí)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(shí)際應(yīng)用中不同的客戶類型會(huì)碰到不同的問題。所以在上面的峰谷電價(jià)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(fèi)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(qǐng)20kW的系統(tǒng)？其實(shí)是因?yàn)閮?chǔ)能系統(tǒng)在運(yùn)行的時(shí)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(xiǎn)起見，20kW的輸出功率取50%，按照50%來算每個(gè)月減少10kW，每年節(jié)約5040元。直接估算一下投資回報(bào)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(yùn)行320天來算的，這不是一個(gè)理論，是真實(shí)算出來。這個(gè)是我們記錄日儲(chǔ)能系統(tǒng)的報(bào)表。這個(gè)報(bào)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(bào)性是非常好的。我這里估算了一塊錢一瓦時(shí)，明年可能是0.8元，后年可能是0.6元，電動(dòng)汽車退役電池梯次利用最重要的就是成本。
（本文根據(jù)會(huì)議錄音整理，未經(jīng)本人審核）
