退役動力電池梯次利用發(fā)展態(tài)勢與政策體系研究

李建林，李雅欣，郭麗軍

(1.儲能技術工程研究中心(北方工業(yè)大學)，北京市 石景山區(qū) 100144；2.中國電工技術學會，北京市 西城區(qū) 100055)

0 引言

為推進我國“碳達峰、碳中和”目標的實現(xiàn)，發(fā)展新能源汽車是節(jié)能減排的重點?？紤]到動力電池生命周期有限，根據(jù)現(xiàn)有新能源汽車的保有量，每年都有大量的退役動力電池需要合理的處理。依據(jù)動力電池裝機量以及使用年限估算，2020年動力電池的理論退役量約為21.2 GW·h以上[1-3]。

目前，汽車上使用最多的動力電池為磷酸鐵鋰電池和三元材料電池，磷酸鐵鋰電池容量衰減程度遠小于三元電池。磷酸鐵鋰電池容量隨循環(huán)次數(shù)的增多呈緩慢衰減趨勢，當電池容量衰減到 80%后，從汽車上退役下來的磷酸鐵鋰電池仍有較多循環(huán)次數(shù)，有較高梯次利用價值。據(jù)權威部門測算，到2025年動力電池的理論退役量將達到94.48 GW·h，年復合增長率為47.16%。其中，磷酸鐵鋰電池的理論退役量為30.53 GW·h，三元鋰電池理論退役量為63.95 GW·h[4-5]。

針對龐大的退役量，動力電池的回收處理十分關鍵。其主要分為梯次利用和拆解回收兩個循環(huán)過程，且動力電池的回收循環(huán)從梯次利用開始。目前，梯次利用是解決上述大規(guī)模動力電池退役的有效手段，其含義是指從電動汽車篩選出退役后還具有初始容量的 60%～80%容量的動力電池，經(jīng)過重組集成用于其他運行工況相對簡單，對電池性能要求較低的領域[6]。梯次利用的電池多為磷酸鐵鋰電池，梯次電池相比鉛酸電池在循環(huán)壽命、能量密度、高溫性能等方面具備一定優(yōu)勢。此外，廢舊動力電池中的重金屬會對生態(tài)環(huán)境造成很大的危害，如果對廢舊動力電池僅采用填埋、焚燒等普通垃圾處理方式，環(huán)境污染不可避免。因此，完善動力電池梯次利用體系建設具備經(jīng)濟與環(huán)保的雙重意義。

本文基于動力電池規(guī)?；艘郜F(xiàn)狀，梳理國家梯次利用政策頂層設計及地方出臺政策，提煉我國梯次利用及回收的政策體系建設要點，并結合我國梯次利用工程應用展開分析，提出雙碳目標下梯次利用技術發(fā)展的若干建議，為實現(xiàn)我國梯次利用回收產(chǎn)業(yè)化提供思路。

1 國內(nèi)退役動力電池梯次政策研究

1.1 國家政策體系配套逐步完善

隨著雙碳計劃的持續(xù)推進，我國新能源汽車產(chǎn)銷量激增，同時帶動了動力電池、儲能換流器等關鍵零部件的高速發(fā)展。伴隨著動力電池裝機量的爆發(fā)增長，動力電池退役后的梯次利用及回收成為新興產(chǎn)業(yè)。在“十三五”期間，國家開始針對動力電池梯次利用頂層設計。五部委在2016年出臺電動汽車電池回收政策，標志著國家開始鼓勵梯次利用產(chǎn)業(yè)化，也體現(xiàn)了國家建立動力電池梯次利用回收體系的決心[7]。近年來，我國梯次相關政策的制定頻率更是顯著加快，如圖1所示，五部委等相關部門在戰(zhàn)略規(guī)劃、體制機制保障、推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展、技術創(chuàng)新、頂層設計等方面密集出臺電池梯次利用回收政策，旨在加快“十四五”期間實現(xiàn)動力電池梯次利用商業(yè)化[8]。

圖1 “十三五”期間我國退役動力電池梯次利用政策Fig.1 Cascade utilization policy for retired power batteries during the 13th Five-Year Plan

目前，我國梯次利用領域的政策體系已初步成型，對退役電池的回收再利用起到了規(guī)范作用。國家發(fā)改委等四部委聯(lián)合發(fā)布《全國一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系算力樞紐實施方案》，該方案提出在滿足安全運維的前提下，鼓勵選用動力電池梯級利用產(chǎn)品作為儲能和備用電源裝置。推動數(shù)據(jù)中心綠色可持續(xù)發(fā)展，加快節(jié)能低碳技術的研發(fā)應用，提升能源利用效率，降低數(shù)據(jù)中心能耗[9]，表明我國對退役電池梯次利用方面予以重點關注。

1.2 各省市推出地方性政策

在國家政策的激勵下，各大重點城市紛紛根據(jù)本地新能源汽車行業(yè)和動力電池發(fā)展現(xiàn)狀，補充或推出相關地方性政策法規(guī)，推動退役動力電池的梯次利用。如圖2所示為國內(nèi)動力電池相關政策法規(guī)。與全國政策相比，各個地方落地的方案更細化，在發(fā)布城市上，集中在京津冀、長三角與珠三角地區(qū)，基本與新能源汽車高速發(fā)展的地區(qū)相吻合[10-11]。

圖2 退役動力電池梯次利用標準框架Fig.2 Standard framework for cascade utilization of Retired power batteries

2 回收政策梳理

2.1 國家政策

據(jù)權威部門測算，動力電池回收利用市場規(guī)模在2020年達到了80億元左右，其中梯次利用市場規(guī)模約50億元，再生利用市場規(guī)模30億元[12-13]。基于2020年動力電池退役量達21萬 t，預計“十四五”期間動力電池回收量將達到40萬 t/a[14]?？梢钥闯觯瑒恿﹄姵鼗厥招枨蟮谋l(fā)，使得電池回收刻不容緩。而動力電池回收不僅是社會責任，也是可持續(xù)發(fā)展的必然選擇，因此，我國政府展開對動力電池回收的布局。工信部等部門相繼在蓄電池回收管理、回收利用試點等方面發(fā)布了相關政策通知，不僅規(guī)范了動力電池回收行業(yè)的管理制度，也促進動力電池回收市場商業(yè)化進程[15]。

我國現(xiàn)有針對大規(guī)模動力電池回收的政策體系頂層設計已趨于完善，在體系建設方面亟待加速完善?，F(xiàn)有的動力電池回政策規(guī)范重點體現(xiàn)在以下三個方面:

1) 回收利用溯源機制。強調(diào)動力電池回收過程“源頭可控、去向清晰”實施生產(chǎn)者責任延伸制度，延伸范圍涉及到來源、流通、回收、廢金屬回收等全生命周期。

2) 上下游回收網(wǎng)點建設。政府聯(lián)合比亞迪、CATL等動力電池主流車企、環(huán)保企業(yè)共建電池回收網(wǎng)點，以動力電池回收產(chǎn)業(yè)鏈共用回收網(wǎng)絡為平臺，構建動力電池全生命周期管理機制，引導退役動力電池梯次利用行業(yè)規(guī)范化。

3) 退役動力電池回收利用方式。通過梯次利用、回收拆解發(fā)揮出退役電池的極限價值，通過技術政策指導，遵循先梯級利用后再生利用的基本原則，促進行業(yè)共性技術研發(fā)[16-18]。

2.2 地方政策

在試點先行、規(guī)范化激勵的影響下，各大重點城市紛紛根據(jù)本地新能源汽車行業(yè)和動力電池發(fā)展現(xiàn)狀，補充或推出相關地方性政策法規(guī)，推動新能源汽車動力電池的回收規(guī)劃化[19]。雖然國家及各省市逐步在完善退役電池梯次利用政策，但目前動力電池回收受到以下三個問題的掣肘，使政策開展較為困難：

1) 電池殘值量的測量標準難以估計。動力電池在循環(huán)充放電過程中電池容量會逐漸衰減，當衰減至 80%以下時，便達到退役狀態(tài)。而目前對于動力電池的健康度(state-of-health，SOH)有很多種定義，包括根據(jù)容量衰減定義、根據(jù)剩余放電量定義剩余循環(huán)次數(shù)以及根據(jù)內(nèi)阻定義。因此政策制定者對于動力電池殘值剩余量的標準測定標準存在一定困難。

2) 金屬價格波動影響材料回收經(jīng)濟性。金屬價格的波動會最終決定動力電池回收市場的盈虧，而金屬價格又是受資源供給、技術進步、下游市場綜合因素所影響，存在技術周期、產(chǎn)能周期，故金屬價格是動力電池回收的市場驅(qū)動的決定性要素，既影響動力電池的商業(yè)模式，也影響政策制定和執(zhí)行的有效性。

3) 梯次利用技術標準。對于磷酸鐵鋰電池一個重要的回收方式就是梯次利用，梯次利用方式、安全性等因素困擾著標準制定，標準過高會造成梯次利用市場的萎縮，標準過低又不利于梯次利用市場長期發(fā)展[20-22]。

3 梯次利用工程應用分析

3.1 國內(nèi)退役動力電池梯次利用案例分析

退役動力電池通過篩選重組，應用于其他低應力場景再利用， 從應用領域看，退役動力電池在儲能和低速電動車等領域有著巨大的應用潛力梯次利用總體還處于示范性應用階段，目前國內(nèi)已有了成功的案例[23]。

目前規(guī)劃中的GW級梯次電池應用工程中，已有雄安、中國鐵塔公司；在建MW級梯次利用儲能電站已在南京、北京、張北等地區(qū)開展。中國鐵塔公司、北汽集團等建設的梯次儲能電站已投入使用，分別應用在通信基站儲能、電網(wǎng)側(cè)儲能以及工商業(yè)用戶側(cè)儲能等低應力場景，具體國內(nèi)動力汽車梯次利用案例如表1所[24-25]。從國內(nèi)這些成功的案例可以看出，梯次利用總體還處于示范性應用階段，退役動力電池在削峰填谷和綜合能源等應用領域有著巨大的潛力。

表1 國內(nèi)動力電池梯次利用案例Table 1 Cascade Utilization Cases of Domestic Power Vehicles

3.2 各地區(qū)示范項目側(cè)重對比

(1) 京津冀地區(qū)示范頂目主要由回收體系、電池拆解、梯次利用頂目組成如表2所示[26]。

表2 京津冀地區(qū)項目情況表Table 6 Project situation in the Beijing-Tianjin-Hebei region

京津冀地區(qū)示范項目主要是受到地方環(huán)境政策影響，由于北京、天津、河北等地區(qū)對工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)保要求較高。因此，其回收項目主要是以梯次利用或者物理拆解等方式對退役電池進行回收處理。

(2) 湖南省以材料回收企業(yè)作為試點工作的申堅力量，各個環(huán)節(jié)均衡發(fā)展，試點情況如表3所示[27]。

表3 湖南省試點情況表Table 3 Status of the pilot projects in Hunan Province

整體而言，各項試工作數(shù)量大致相當，各個環(huán)節(jié)均衡發(fā)展。

(3) 浙江省注重回收網(wǎng)絡及梯次利用環(huán)節(jié)，主要工作依托電池及儲能企業(yè)，試點情況如表4所示[28]。

表4 浙江省試點情況表Table 4 Pilot projects in Zhejiang Province

由此可見，浙江省將梯次利用應用作為一期試點的重點環(huán)節(jié)。

4 結語

我國正處于電池梯次利用技術發(fā)展的初級階段，大多數(shù)電池梯次利用方式仍處于示范階段，梯次利用產(chǎn)業(yè)仍處于培育期。本文通過分析國內(nèi)外梯次利用技術技術的政策體系，提出如下政策建議：

(1) 加大梯次利用技術基礎創(chuàng)新研究。針對我國在電動汽車領域的需求，結合儲能商業(yè)與示范工程建設，重突破相關產(chǎn)業(yè)鏈上的瓶頸技術以及我國尚未掌握的核心技術。

(2) 退役電池溯源機制、大數(shù)據(jù)遠程管控、智能運維尤為重要，應持續(xù)加大力度，優(yōu)先選取高校、科研院所等中立機構建立退役電池儲能電站大數(shù)據(jù)中心，為電池梯級利用保駕護航；

(3) 各大央企應該有使命擔當，優(yōu)先使用退役動力電池，延緩退役電池的報廢年限，為電池的回收、拆解體系進一步完善，贏取時間、貢獻自己的力量。

(4) 退役電池梯次利用的保障政策體系應具有連續(xù)性，各級政府出臺的政策統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，逐步完善商業(yè)模式，營造良好的運行的環(huán)境。

李建林

LI Jianlin, LI Yaxin, ZHOU Xichao, et al. Analysis of energy storage policy in commercial application [J]. Power System Protection and Control, 2020, 48(19), 168-178.