電池回收

什么是全生命周期的環(huán)境效益評估？動力電池的第二次生命將應用于哪些場景？為加強新能源汽車動力蓄電池回收利用管理，今年年初國家7部門就曾印發(fā)《新能源汽車動力蓄電池回收利用管理暫行辦法》與《關于做好新能源汽車動力蓄電池回收利用試點工作的通知》，全面啟動廢舊動力蓄電池市場化回收利用。

根據(jù)研究機構Circular Energy Storage最近的一份報告，2018年全球二手鋰電池市場規(guī)模預計將達到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，電池回收市場預計將增長至35億美元，而到2025年，這個規(guī)模可能會達到42億美元。

另外，報告還指出，隨著我國電動汽車銷量的增長，未來70％的鋰電池的二次利用市場將集中在中國。除此之外，韓國將會成為市場的第二大貢獻者，約占16%的份額。到2025年，能源存儲系統(tǒng)中的二次電池應用可以達到42吉瓦時的容量 - 其中80％在中國 - 這個數(shù)字將達到中國預測安裝電池存儲容量的一半。

隨著我國新能源汽車產(chǎn)量不斷擴大，動力蓄電池的回收利用問題逐步凸顯。據(jù)估算，到2020年后動力蓄電池將逐步進入規(guī)模化退役期。動力蓄電池退役后，如處置不當，隨意丟棄，一方面會給社會帶來環(huán)境影響和安全隱患，另一方面也會造成資源浪費。

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為什么要回收廢舊動力電池？

從電動汽車上正常老化的動力電池，可以繼續(xù)應用在其他不同領域中。例如，二次電池（Battery 2nd Life，B2L）可以與光伏發(fā)電相結合，實現(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能站也可以在更高級別上為工業(yè)用戶實現(xiàn)用電的削峰填谷，以降低其用電成本；而將規(guī)模擴大到MW級別之后，廢舊動力電池也可以參與電網(wǎng)的調峰調頻，或者參與風電場的發(fā)電穩(wěn)定。因此，二次電池的壽命可以和其動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)濟效應的一場博弈。對于不同的二次動力電池，因其參數(shù)之間的差異，在其梯級利用的時候也面臨相應的挑戰(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），可以將動力電池分為三個階段：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，動力電池在使用的過程中，由于能源是從化石燃料-動力的直接轉化變?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-動力的轉變，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。所以，在回收利用階段，可以讓動力電池參與電力的儲存與調節(jié)，從而提高能源使用效率，進一步降低全生命周期的平均碳排放量，達到保護環(huán)境的目的。總體而言，動力電池的回收利用，可以幫助其在環(huán)境效益上得到更優(yōu)解。

為了實現(xiàn)動力電池的回收，將引入3R賦予電池二次生命，即Reuse，Refabricate和Recycling。

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Reuse: 通過直接使用動力電池組進行電網(wǎng)儲能

Refabricate：通過拆解動力電池組，重新組裝電池單元成為新的儲能裝置

Recycling：通過分解回收動力電池組內的化學元素

應用場景

在動力電池回收利用的應用場景中，本文將從三個不同規(guī)模的應用場景進行簡單的闡述。

小型規(guī)模場景：家庭光伏設備

如果將電動汽車的高壓儲能模塊（Vehiclehigh-voltage storage，VHS）進行拆解，可以將該模塊應用在家庭光伏的電力儲存系統(tǒng)上。并且這套系統(tǒng)的電壓范圍通常在60伏DC內，作為安全超低電壓（Safety ExtraLow Voltage, SELV）。在該電壓范圍內，不需要進行特殊的防誤觸保護，適合在家庭環(huán)境下使用。

家庭用光伏+儲能系統(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)平價便宜。隨著電池儲能系統(tǒng)的并入，光伏發(fā)電的利用率將會極大提高，并通過降低電池成本，實現(xiàn)光伏系統(tǒng)的更高經(jīng)濟效率。另一方面，電動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用，具有廣泛的發(fā)展空間。

中型規(guī)模場景：調峰和光伏電站商業(yè)化

在100kW的功率范圍內，整個光伏電站系統(tǒng)將包含多個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VHS系統(tǒng)串聯(lián)組成。下圖的應用中是一個具有4個VHS的系統(tǒng)，上下兩個部分的VHS系統(tǒng)相互連接，可以根據(jù)逆變器按功率和能量進行縮放和調節(jié)。除了大型商用光伏系統(tǒng)外，這樣的系統(tǒng)還可以應用于調峰，負載均衡等，以避開電力需求高峰。這些電池組還可以用于電動汽車快速充電樁內，提供穩(wěn)定的供能。