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电动车电池再利用:能源储存的最新价值

2019/04/30 00:00
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对照中文英文原文
随着电动汽车的普及,电池再利用的市场可能会出现。这种与电力部门的新连接,可能会对静态存储产生重大影响。

在接下来的几十年里,电动汽车(EV)的大量使用将导致特瓦时电池的供应不再满足电动汽车的使用要求。从这个角度来看,像美国这样的国家在一年中使用几太瓦的电力,所以这是一个很大的能源储存潜力。为这些仍然有用的电池寻找应用可以创造巨大的价值,最终甚至有助于降低存储成本,使可再生能源能够进一步集成到我们的电网中。

有可能引发第二生命

电动汽车电池的寿命很长。在极端的运行温度、每年数百次的局部循环以及不断变化的放电速率下,电动汽车应用中的锂离子电池在运行的头5年里会严重退化,在大多数情况下,锂离子电池的设计使用寿命约为10年。然而,即使这些电池不再符合电动汽车的性能标准,它们也可以再活一次。电动汽车的性能标准通常包括保持80%的总可用容量,以及在24小时内实现约5%的静态自放电率。经过再制造,这种电池仍然能够充分发挥作用,以满足要求较低的应用,如固定能源存储服务。

当电动汽车电池使用寿命结束时,制造商有三种选择:他们可以处理掉它,回收有价值的金属,或者再利用它(表1)。如果电池组损坏,或者它们位于缺乏必要的市场结构的地区,则最常发生处理。在大多数地区,法规阻止了大规模的处置。如果电池电极中含有钴和镍等高价值金属,回收是有意义的,因为采购和回收成本之间可能存在足够的缺口,尤其是考虑到预计在本世纪20年代镍和钴的供应将会紧张。虽然通过回收获得额外的电池金属来源对希望确保供应安全的电池制造商来说可能是强制性的,但开发一种回收过程将是至关重要的,这种过程的成本与采矿相比具有足够的竞争力,从而使这条道路获得规模;然而,回收更多材料的新工艺还没有完全成熟。

在需要电池循环次数较少(例如,每年100到300次)的固定能量存储应用程序的电池需求较大的市场中,重用可以提供最大的价值。根据循环需求,最适合二次生命电动车电池的应用有三种:提供储备能源能力维持一个实用程序的可靠性被取代以较低的成本更加昂贵和低效资产(例如,旧的联合循环燃气轮机),推迟输配电投资,并利用power-arbitrage机会储存可再生能源匮乏的时期,从而提供更大的网格网格弹性和紧致。到2025年,“第二生命”电池的价格可能比这些应用中的新电池便宜30%至70%,每循环使用所耗费的资金也大大减少。

大容量和大挑战

由于近年来电动汽车的迅速崛起,在某些情况下,预计未来10年的增长速度甚至会更快,到2030年,用于固定应用的二次生命电池的年供电量可能会超过2000千兆瓦时。到2030年,全球锂离子电池市场的价值将超过300亿美元。

然而,要打开这一新的电池供应池,必须克服电动汽车电池再利用方面的几个挑战。

首先是市场上大量不同尺寸、不同电极化学成分和不同形式(圆柱形、棱柱形和小袋形)的电池组设计。每个电池由电池制造商和汽车OEM设计,以最适合给定的电动汽车模型,这增加了翻新的复杂性,因为缺乏标准化和体积碎片。到2025年,将会有多达250种新型电动汽车问世,其中包括来自15家以上制造商的电池。

第二个挑战是降低新电池的成本。由于再制造成本的下降速度预计将滞后于新制造成本的下降速度,随着新电池变得更便宜,旧电池和新电池之间的成本差距将会缩小。我们估计,按照目前的学习速度,到2040年,“第二人生”电池的成本优势可能会下降到25%左右。这种成本差距需要保持足够大,以保证第二生命电池相对于新替代品的性能限制。

第三个挑战是关于二次电池标准的恶劣程度。对于电池的续航质量或性能没有任何保证,而且很少有行业标准关注电池管理系统或健康状况披露,更不用说针对特定应用程序使用的电池的标准性能规范了。

第四个挑战是不成熟的监管体制。今天,虽然大多数市场某种形式的监管要求一般消费电子产品的回收或再制造,大多数市场没有EV-battery-specific需求或品生产者和消费者之间的责任,拯救几个例子目标设置(在加州和中国等)。缺乏监管给oem、二次电池公司和潜在客户带来了不确定性。缺乏监管也导致了关于回收或再利用是否是主要途径的区域差异。

虽然这些挑战是重大的,但它们可以通过供应商、最终用户和该行业的监管机构采取有针对性的行动加以克服,从而使可持续的第二生命电池行业得以出现。事实上,许多有针对性的行动已经由有远见的参与者和行业协会采取。

首先,为了应对越来越多的电动汽车型号和电池,汽车制造商可以在设计电动汽车时考虑到“第二人生”的应用。例如,日产正式与住友商事株式会社(Sumitomo Corporation)结成伙伴关系,将日产Leaf的电池组用于固定的分布式和公用事业规模的存储系统。2018年9月,雷诺宣布了其先进的电池存储计划。这项合作涉及能源领域的几个合作伙伴,预计到2020年,欧洲将安装70兆瓦/60兆瓦时的电动汽车电池,成为欧洲迄今为止最大的一次。

为了在新锂电池成本下降的情况下保持竞争力,企业可以将再制造过程工业化并规模化,以降低成本,从而保持新电池和旧电池之间的价值差距。

由于缺乏标准,由oem和second-life电池公司组成的各种全球机构和私营部门联盟已经在制定全行业的second-life电池安全标准。这些标准基本上将根据电池的性能潜力对电池进行分类,并根据电池的性能需求对存储应用程序进行分类,以便使产品供应和市场需求具有透明度。鉴于电动汽车电池行业的动态性,以及对设计、制造和性能突破的不懈关注,建立一个定期审查和改进电池标准的机构,并每年报告平均成本和运营基准,可能会进一步促进电池部署的增长。

电动汽车对全球能源系统的潜在影响

最后,在没有明确规定回收或再利用是避免大规模处置电池所必需的路径的情况下,参与其中的利益相关者——包括电池oem、second life公司、汽车oem和公用事业公司——有机会塑造生态系统。它们不仅可以标识回收和重用之间的价值最大化路径,还可以开发新的业务模型来完全捕获当前的价值。以雷诺为例,该公司与行业合作伙伴共同参与回收和再利用项目,并在每条路径上建立一个基于区域背景的结构化流程。通过与终端客户建立关系,这些公用事业或商业或工业的球员,是否获得洞察他们的产能扩张计划,汽车制造商如雷诺、甚至电池的oem厂商,可以智能地选择他们的临终管理途径(也就是说,确定是否有足够的需求从应用程序适合再生的电池或回收是否会更好)。

电池所有权模式也可能会发展。今天,汽车原始设备制造商和电池原始设备制造商很乐意将电池所有权让与车主。然而,随着“第二人生”市场的稳定,拥有这套电池系统将变得更具吸引力,因为这套系统的剩余价值已得到确认,而汽车制造商和电池制造商不会愿意放弃这一价值。因此,我们可能会看到电动车电池租赁的增长,这样汽车OEM或电池OEM可以保持电池的第二收入来源的所有权。

电动汽车向主流使用的转变,已经在很大程度上打乱了汽车价值链,现在也即将打乱储能价值链。未来处理数百万电动汽车电池的需求,已经导致了新的回收和再利用行业的出现,创造了新的价值池,具有利用和整合可再生能源进入我们电网的新潜力。虽然这些行业面临着处于市场创新前沿的严峻挑战,但企业及其监管机构有能力采取行动,定位自己,抓住“第二人生”电池所承诺的价值。他们只需要向前看。

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