電池回收
什么是全生命周期的環(huán)境效益評估？動(dòng)力電池的第二次生命將應(yīng)用于哪些場景？為加強(qiáng)新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收利用管理，今年年初國家7部門就曾印發(fā)《新能源汽車動(dòng)力蓄電池回收利用管理暫行辦法》與《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》，全面啟動(dòng)廢舊動(dòng)力蓄電池市場化回收利用。
根據(jù)研究機(jī)構(gòu)Circular Energy Storage最近的一份報(bào)告，2018年全球二手鋰電池市場規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到13億美元。其中分析師指出，通過材料回收可以產(chǎn)生11億美元的產(chǎn)值，而剩余的2.3億美元將產(chǎn)生于維修，翻新等行業(yè)。未來3年，電池回收市場預(yù)計(jì)將增長至35億美元，而到2025年，這個(gè)規(guī)?？赡軙?huì)達(dá)到42億美元。
另外，報(bào)告還指出，隨著我國電動(dòng)汽車銷量的增長，未來70％的鋰電池的二次利用市場將集中在中國。除此之外，韓國將會(huì)成為市場的第二大貢獻(xiàn)者，約占16%的份額。到2025年，能源存儲(chǔ)系統(tǒng)中的二次電池應(yīng)用可以達(dá)到42吉瓦時(shí)的容量 - 其中80％在中國 - 這個(gè)數(shù)字將達(dá)到中國預(yù)測安裝電池存儲(chǔ)容量的一半。
隨著我國新能源汽車產(chǎn)量不斷擴(kuò)大，動(dòng)力蓄電池的回收利用問題逐步凸顯。據(jù)估算，到2020年后動(dòng)力蓄電池將逐步進(jìn)入規(guī)?；艘燮?。動(dòng)力蓄電池退役后，如處置不當(dāng)，隨意丟棄，一方面會(huì)給社會(huì)帶來環(huán)境影響和安全隱患，另一方面也會(huì)造成資源浪費(fèi)。
為什么要回收廢舊動(dòng)力電池？
從電動(dòng)汽車上正常老化的動(dòng)力電池，可以繼續(xù)應(yīng)用在其他不同領(lǐng)域中。例如，二次電池（Battery 2nd Life，B2L）可以與光伏發(fā)電相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)在模塊級別上更高的發(fā)電使用效率；二次電池重新組裝成的儲(chǔ)能站也可以在更高級別上為工業(yè)用戶實(shí)現(xiàn)用電的削峰填谷，以降低其用電成本；而將規(guī)模擴(kuò)大到MW級別之后，廢舊動(dòng)力電池也可以參與電網(wǎng)的調(diào)峰調(diào)頻，或者參與風(fēng)電場的發(fā)電穩(wěn)定。因此，二次電池的壽命可以和其動(dòng)力電池的壽命一樣長。另一方面，二次電池的利用也是環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的一場博弈。對于不同的二次動(dòng)力電池，因其參數(shù)之間的差異，在其梯級利用的時(shí)候也面臨相應(yīng)的挑戰(zhàn)。
全生命周期的環(huán)境效益評估
在生命周期評估中（Life Cycle Assessment = LCA），可以將動(dòng)力電池分為三個(gè)階段：生產(chǎn)階段，使用階段和廢棄或再回收利用階段。評估三個(gè)階段對環(huán)境所帶來的沖擊，其中包括能源使用，資源耗用與污染排放等。在動(dòng)力電池的生產(chǎn)過程中，存在著大量的高碳排放的步驟；同時(shí)，動(dòng)力電池在使用的過程中，由于能源是從化石燃料-動(dòng)力的直接轉(zhuǎn)化變?yōu)榛剂希邪l(fā)電，目前大部分發(fā)電仍然依靠傳統(tǒng)能源）-電力-動(dòng)力的轉(zhuǎn)變，其碳排放相較于汽油或柴油車不降反升。只是從原有的車輛尾氣排放集中到發(fā)電側(cè)。所以，在回收利用階段，可以讓動(dòng)力電池參與電力的儲(chǔ)存與調(diào)節(jié)，從而提高能源使用效率，進(jìn)一步降低全生命周期的平均碳排放量，達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的?？傮w而言，動(dòng)力電池的回收利用，可以幫助其在環(huán)境效益上得到更優(yōu)解。
為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池的回收，將引入3R賦予電池二次生命，即Reuse，Refabricate和Recycling。
Reuse: 通過直接使用動(dòng)力電池組進(jìn)行電網(wǎng)儲(chǔ)能
Refabricate：通過拆解動(dòng)力電池組，重新組裝電池單元成為新的儲(chǔ)能裝置
Recycling：通過分解回收動(dòng)力電池組內(nèi)的化學(xué)元素
應(yīng)用場景
在動(dòng)力電池回收利用的應(yīng)用場景中，本文將從三個(gè)不同規(guī)模的應(yīng)用場景進(jìn)行簡單的闡述。
小型規(guī)模場景：家庭光伏設(shè)備
如果將電動(dòng)汽車的高壓儲(chǔ)能模塊（Vehiclehigh-voltage storage，VHS）進(jìn)行拆解，可以將該模塊應(yīng)用在家庭光伏的電力儲(chǔ)存系統(tǒng)上。并且這套系統(tǒng)的電壓范圍通常在60伏DC內(nèi)，作為安全超低電壓（Safety ExtraLow Voltage, SELV）。在該電壓范圍內(nèi)，不需要進(jìn)行特殊的防誤觸保護(hù)，適合在家庭環(huán)境下使用。
家庭用光伏+儲(chǔ)能系統(tǒng)
自2013年以來，德國的光伏發(fā)電在絕大多數(shù)情況下比一般電網(wǎng)平價(jià)便宜。隨著電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的并入，光伏發(fā)電的利用率將會(huì)極大提高，并通過降低電池成本，實(shí)現(xiàn)光伏系統(tǒng)的更高經(jīng)濟(jì)效率。另一方面，電動(dòng)汽車不斷增長的市場正在增加對電力的需求以及未來二手車電池的回收，對于這樣小型的固定場景應(yīng)用，具有廣泛的發(fā)展空間。
中型規(guī)模場景：調(diào)峰和光伏電站商業(yè)化
在100kW的功率范圍內(nèi)，整個(gè)光伏電站系統(tǒng)將包含多個(gè)VHS系統(tǒng)。系統(tǒng)的總體電壓也將保持在800伏DC的范圍，由多個(gè)VHS系統(tǒng)串聯(lián)組成。下圖的應(yīng)用中是一個(gè)具有4個(gè)VHS的系統(tǒng)，上下兩個(gè)部分的VHS系統(tǒng)相互連接，可以根據(jù)逆變器按功率和能量進(jìn)行縮放和調(diào)節(jié)。除了大型商用光伏系統(tǒng)外，這樣的系統(tǒng)還可以應(yīng)用于調(diào)峰，負(fù)載均衡等，以避開電力需求高峰。這些電池組還可以用于電動(dòng)汽車快速充電樁內(nèi)，提供穩(wěn)定的供能。
4單元VHS系統(tǒng)示例
大型規(guī)模場景：兆瓦級別調(diào)峰調(diào)頻
在電力市場中，參與調(diào)峰調(diào)頻往往要求最低功率必須達(dá)到1MW。多級的VHS架構(gòu)串并聯(lián)，可以實(shí)現(xiàn)參與電網(wǎng)的調(diào)峰調(diào)頻，并且從中獲利。但其缺點(diǎn)往往是因?yàn)閮?chǔ)能密度較低，需要的場地較大。除了用于調(diào)峰調(diào)頻，該級別的儲(chǔ)能系統(tǒng)也能用作風(fēng)電場的電能儲(chǔ)存，并且參與并網(wǎng)。
電池與HVS的各個(gè)模塊的組合
下圖可以很好的表示不同的動(dòng)力電池的二次應(yīng)用場景：
針對于廢舊動(dòng)力電池的梯度回收，本文只是做了一次簡單的概述，在系列（下篇）中，將會(huì)針對回收的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行詳細(xì)闡述，并且列舉相應(yīng)的實(shí)例，請勿錯(cuò)過~
「參考來源」
[1] Xander Theron, The integration of second life EVbattery and vehicle-to-grid charging into a Micro-grid environment
[2] EVA, Whitepaper: Die Wiederverwendung von gebrauchtenElektrofahrzeug-Batterien in station?ren Anwendungen
