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新能源汽車動力電池如何“變廢為寶”

[日期:2019-03-09 19:32:46] 來源:電腦報  作者: [字體: ]

 

正在逼近的“退役年”

 

如何判斷一個行業的火爆程度?

對新能源汽車而言,動力電池裝機量是一個常用的參考方向:據中國化學與物理電源行業協會動力電池應用分會的最新統計數據顯示,2018年1至9月我國新能源汽車動力電池裝機總量約為28.7GWh1GWh=1000000KWh);其中,三元動力電池和磷酸鐵鋰動力電池齊頭并進,寧德時代、比亞迪和天津力神等動力電池企業更是穩坐行業龍頭,今年9月動力電池裝機量之和已占據行業總量七成以上。與之形成對應的是,今年同期我國純電動汽車產、銷數量分別達到55.46萬輛和54.05萬輛。

消費市場對新能源汽車的態度在逐漸升溫。根據中國電動汽車百人會理事長陳清泰的說法,最遲到2025年,純電汽車的性價比就將趕超燃油汽車,并最終推動汽車消費結構的全面轉型。

但對動力電池市場而言,“秋天”其實要來得更早一些。

 

各類動力電池逐年退役量預測(單位:Gwh),圖:中國電池聯盟

中國電池聯盟與北京綠色智匯能源技術研究院在今年早些時候發布的《動力電池回收利用行業報告(2018)》中指出,根據企業質保期限、電池循環壽命和車輛使用工況等多方面因素綜合測算,今年將是新能源汽車動力電池進入規模化“退役”的拐點——到2020年,我國新能源汽車退役動力電池總量預計將超過21GWh,其中約八成左右為三元材料動力電池。

按照當前市面上動力電池的平均質量進行粗略換算,不到兩年后,將有來自約70萬輛電動車淘汰下來的超過23萬噸退役動力電池擺在我們面前。基于這個數據,中國電池聯盟認為2018年后我國新能源汽車的動力電池就將進入規模退役階段。 

那這些退役電池該何去何從?

梯次回收是最優解決方案

和其他以電池為主要能源的設備不同的是,由于電池容量幾乎直接與續航、動力性能等關鍵行駛參數掛鉤,采用動力電池的新能源汽車在電池容量損耗至70%~80%左右便進入該退役的階段。

 

電池回收下限對比

如何處理這些退役動力電池已經成為我國新能源汽車產業所必須面對的一大難題,而就動力電池而言,消納是理論上可行的最佳方案。

如上所言,大部分新能源汽車的動力電池在退役后仍有不少容量,這些電池經過重新檢測分析、篩選和搭配組裝,也能夠在其他一些對電池性能要求較低的領域發揮余熱。對退役動力電池進行梯次回收顯然是最具能源利用價值的消納方式,而經過梯次回收而來的動力電池,主要應用領域則是儲能。

儲能即能量的存儲,具體到電能存儲上指的是利用化學或者物理的方法將產生的電能存儲起來并在需要時釋放的過程。相關資料顯示,進行合理的電能儲備能夠為電力系統的調頻、移峰填谷和可再生能源發電并網等應用中發揮巨大作用。

 

電力系統中常用的30MW儲能系統

梯次回收而來的動力電池是電力儲能的理想介質。上月底在北京舉行的“2018年新能源汽車動力電池回收利用體系論壇”上,中國鐵塔股份有限公司副總經理高步文就中表示,截至目前,中國鐵塔已使用新能源汽車梯次電池800M瓦時,合計1萬噸,在8萬基站安裝30萬組電池,減少碳排放8萬余噸。

高步文還表示,預計到2020年,中國鐵塔將消納全國電動車的退役動力電池。據了解,中國鐵塔有192萬座通信基站,消納后二次使用的電池,可以在機房備電、儲能應用、移動發電等諸多場景中使用。

但現階段對退役動力電池進行梯次利用還面臨著不小的成本限制。

一方面,動力電池進行梯次回收時往往需要先進行拆解,在拆解過程中,由于目前市面上動力電池品牌眾多,組成、結構也各不相同,實現自動化拆解的可能性較低,而人工手動拆解則易發生損壞拆壞甚至安全事故,拆解效率并不算高;另一方面,據中國電池聯盟估算,一個3MW*3h的儲能系統若采用梯次利用退役動力電池為儲能系統,那么這個系統的全生命周期成本大約能控制1.29元/kWh左右。相較之下,采用全新鋰電池的成本為0.71元/kWh,采用傳統鉛炭電池、抽水蓄能的綜合度電成本也只有0.4元/kWh左右。

不難看出,考慮到現階段的技術水平和成本需要,直接拆解回收仍是目前處理退役動力電池的主要方式,而在解決成本問題、實現動力電池梯次回收產業規模化之后,合理進行消納則是更優的解決方案。 

換個姿態實現創新消納

事實上,由于屬性特殊,近年來世界各地都在探索對退役動力電池進行回收消納的創新手段。除了上面提到的儲能,梯次回收消納后再利用的動力電池其實還可以投放到商業住宅、電動汽車充電站、電信基站等場所當中,創造二次經濟價值。

而提及這些為退役動力電池賦予“二次生命”的創新,日產聆風(Leaf)則是一款可以作為模板和參考的典型案例。

聆風是日產汽車公司于2010年年底推出的純電車型,2012年開始在全球范圍內銷售,時至今日,這款新能源汽車最初的“元老”車型早已度過了3~6年的動力電池壽命周期,如何妥善為其安排“后事”一直也是很多人都在探索的話題。

早在2015年,一家名為FreeWire的美國公司就率先打起了日產聆風上退役動力電池的主意:他們先是推出了一款長相神似大號“充電寶”的電動汽車移動充電站Mobi,這個充電站的直流電來源,正是從聆風上拆卸下來并重新組裝而成的電池模塊。

 

正在給電動車充電的Mobi

隨著聆風車型退役動力電池組的日益增多,Mobi移動充電站后續還推出了儲能高達80kWh的升級版本,可持續運行五個小時左右,這個升級版今年4月已經在美國舊金山地區的福特·梅森中心進行商業投放。

生產聆風的日產(Nissan)公司自己也沒閑著。幾乎就在Mobi正式投用的同時,日產聯合日本本土能源公司4R Energy和日本浪江町地方政府,借“同款”聆風退役動力電池組推出了一款新型路燈“重生之光(The Reborn Light”。

 

“重生之光”

“重生之光”的設計十分巧妙,它將兩塊聆風退役電池模組放在路燈底部用于電量儲備和輸出,頂部則是用于收集能量的太陽能面板。這樣一來,路燈整體甚至都不需要接入當地電網,不僅安裝方便,使用起來也綠色環保:白天,頂部太陽能面板將收集到的能源儲備至底部電池,夜晚,這兩塊退役動力電池便發揮余熱,用儲備的電量提供照明。

參與“重生之光”項目的浪江町曾多次受地震和海嘯襲擊,而這樣一款能夠“自給自足”的路燈,恰好能夠幫助當地在災后重建工作中及時恢復照明。據悉,浪江町當地街道上的路燈將在年內全面換新,聆風后續車型動力電池大批次退役的同時,“重生之光”則會照亮當地道路上的每一個角落,為市政基礎設施建設省下一筆不小的開銷。

不難看出,新能源汽車電池如何在“廢”和“寶”之間轉換其實只是換個“形態”的問題,對這些退役動力電池進行合理地創新利用無疑能夠帶來巨大的經濟效益,中國電池聯盟的最新測算數據表明,我國的退役動力電池回收消納市場將在2020年達到65億元規模,而除了我們提到的日產,越來越多的國內公司也已經開始思考如何讓退役動力電池煥發“第二次生命”:我們此前報道過的北汽新能源 “汽車換電”模式、今年6比亞迪與英國簽下的18MW集裝箱儲能項目,都是值得肯定的嘗試。

 
 
本文出自2018-11-05出版的《電腦報》2018年第43期 A.新聞周刊

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