2019年4月,麥肯錫未來移動中心發(fā)布《二次電動汽車電池:儲能領(lǐng)域的最新價(jià)值池》,在此ERR能研微訊研究團(tuán)隊(duì)對全文進(jìn)行了翻譯。
二次電動汽車電池:儲能領(lǐng)域的最新價(jià)值池
隨著電動汽車(EV)的持續(xù)全球增長,電力行業(yè)出現(xiàn)了新的機(jī)遇:由退役電動汽車動力電池供電的固定式儲能,到2030年可能超過200GWh。
在接下來的幾十年中,電動汽車(EV)的強(qiáng)勁增長將導(dǎo)致電池的可用性達(dá)到太瓦時(shí)水平,電池將不只滿足電動汽車的使用要求。從這個(gè)角度來看,像美國這樣的國家在一整年中使用數(shù)GWh的電力,這是一個(gè)很大的儲能潛力。為這些仍然有用的電池找到應(yīng)用場景可以創(chuàng)造巨大的價(jià)值,甚至最終有助于降低儲能成本,使可再生能源進(jìn)一步接入我們的電網(wǎng)中。
有可能引發(fā)第二次生命
電動汽車電池的使用壽命很長。由于極端的工作溫度、每年數(shù)百次的部分循環(huán)以及不斷變化的放電率,電動汽車應(yīng)用中的鋰離子電池在運(yùn)行的前五年中會嚴(yán)重退化,在大多數(shù)情況下,其設(shè)計(jì)使用壽命約為十年。然而,即使這些電池不再滿足電動汽車的性能標(biāo)準(zhǔn),它們也可以使用第二次壽命,這通常包括保持總可用容量的80%,并在24小時(shí)內(nèi)實(shí)現(xiàn)僅5%的靜止自放電率。再制造后,這種電池仍能充分發(fā)揮其性能,以滿足要求較低的應(yīng)用,如固定式儲能服務(wù)。
當(dāng)電動汽車電池達(dá)到其有用的第一次壽命時(shí),制造商有3種選擇:它們可以處理它,回收有價(jià)值的金屬,或者重復(fù)使用它(圖1)。如果包裝損壞或者在缺乏必要市場結(jié)構(gòu)的地區(qū),則最常發(fā)生處置。在大多數(shù)地區(qū),監(jiān)管可防止大規(guī)模處置。如果電池電極含有高價(jià)值的金屬,如鈷和鎳,回收可能是有意義的,因?yàn)椴少徍突厥粘杀局g可能存在足夠的差距,特別是考慮到預(yù)計(jì)在20世紀(jì)20年代供應(yīng)的鎳和可能的鈷供應(yīng)緊張。雖然通過回收獲得額外的電池金屬來源對于希望確保供應(yīng)的電池制造商來說非常有吸引力,但開發(fā)一種具有足夠成本競爭力的回收工藝對于獲取規(guī)模的這條路徑至關(guān)重要;然而,回收更多材料的新工藝尚未完全成熟。
圖1用過的電動汽車電池在要求較低的應(yīng)用中仍然有用
對于需要較少頻率電池循環(huán)的固定儲能應(yīng)用(例如,每年100至300個(gè)循環(huán))的電池需求,市場上的再利用可以提供最大的價(jià)值。根據(jù)循環(huán)要求,3種應(yīng)用最適合二次電動車電池:通過替換更昂貴和效率更低的資產(chǎn)(例如舊的聯(lián)合循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)),提供儲備能量以更低的成本維持公用事業(yè)的電力可靠性,推遲輸電和配電投資,利用電力套利機(jī)會,在稀缺期間儲存可再生電力,從而為電網(wǎng)提供更大的電網(wǎng)靈活性和穩(wěn)固性。在2025年,在這些應(yīng)用中,二次電池的價(jià)格比新電池便宜30~70%,每次循環(huán)的資本顯著減少。
大量挑戰(zhàn)
由于近年來電動汽車的迅速增長,在某些情況下,未來十年的預(yù)期增長甚至更快,到2030年,用于固定應(yīng)用的退役電池供應(yīng)可能超過每年200千兆瓦時(shí)。這一數(shù)量將超過低循環(huán)和高循環(huán)應(yīng)用的鋰離子公用事業(yè)規(guī)模儲能需求(圖2),到2030年,這將構(gòu)成一個(gè)全球價(jià)值超過300億美元的市場。
圖2 到2030年,二次鋰離子電池的年供應(yīng)量可能超過200GWh
然而,要打開這一新的電池供應(yīng)池,必須克服電動汽車電池梯次利用的幾個(gè)挑戰(zhàn)。
第一種是市場上大量的電池組設(shè)計(jì),這些設(shè)計(jì)在尺寸、電極化學(xué)和格式(圓柱形、棱柱形和袋形)上有所不同。每個(gè)電池由電池制造商和汽車原始設(shè)備制造商設(shè)計(jì),以最適合給定的電動汽車模型,由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)化和體積碎片化,這增加了翻新的復(fù)雜性。到2025年,將有多達(dá)250種新的電動汽車型號,其中包括來自15家以上制造商的電池。
第二個(gè)挑戰(zhàn)是降低新電池的成本。隨著新電池的價(jià)格越來越便宜,舊電池和新電池之間的成本差異會減小,因?yàn)樵僦圃斐杀镜南陆邓俣阮A(yù)計(jì)會滯后于新制造成本的下降速度。我們估計(jì),按照目前的速度,到2040年,第二代電池在20世紀(jì)20年代中期可能表現(xiàn)出的30~70%的成本優(yōu)勢可能會降至25%左右。這種成本差距需要保持足夠大,以保證與新的替代品相比,二次電池的性能限制。
第三個(gè)挑戰(zhàn)是關(guān)于二次電池標(biāo)準(zhǔn)的萌芽。對于二次電池的質(zhì)量或性能沒有保證,很少有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)注電池管理系統(tǒng)或健康狀況披露,更不用說特定應(yīng)用中使用的電池的標(biāo)準(zhǔn)性能規(guī)范了。
第四個(gè)挑戰(zhàn)是不成熟的監(jiān)管制度。今天,雖然大多數(shù)市場都有某種形式的法規(guī)要求對消費(fèi)電子產(chǎn)品進(jìn)行回收或再制造,但大多數(shù)市場沒有針對電動汽車電池的具體要求或生產(chǎn)者與消費(fèi)者之間的責(zé)任劃分,除了一些設(shè)定了目標(biāo)的例子(如加利福尼亞和中國)。缺乏監(jiān)管為原始設(shè)備制造商、二次電池公司和潛在客戶帶來了不確定性。缺乏監(jiān)管也導(dǎo)致了在回收或再利用是主要途徑方面的區(qū)域差異。
雖然這些挑戰(zhàn)具有重大意義,但可以通過供應(yīng)商、最終用戶和行業(yè)監(jiān)管機(jī)構(gòu)的有針對性的行動加以克服,從而形成可持續(xù)的二次電池行業(yè)。事實(shí)上,許多這些有針對性的行動已經(jīng)被前瞻性的參與者和行業(yè)協(xié)會所采取。
首先,為了應(yīng)對不斷增長的電動汽車模型和電池?cái)?shù)量,汽車制造商可以在設(shè)計(jì)電動汽車時(shí)考慮到二次應(yīng)用。例如,日產(chǎn)正式與住友公司合作,將日產(chǎn)Leaf的電池組重新用于固定分布式和公用事業(yè)規(guī)模的存儲系統(tǒng)。2018年9月,雷諾宣布了其先進(jìn)的電池存儲計(jì)劃。這項(xiàng)合作涉及能源領(lǐng)域的多個(gè)合作伙伴,預(yù)計(jì)到2020年歐洲將安裝70兆瓦/60兆瓦時(shí)的電動汽車電池,這是迄今為止歐洲最大的一次。
為了在新鋰離子電池成本下降的情況下保持競爭力,企業(yè)可以工業(yè)化和規(guī)?;僦圃爝^程,以降低成本,從而保持新電池和舊電池之間的價(jià)值差距。
關(guān)于缺乏標(biāo)準(zhǔn),由原始設(shè)備制造商和二次電池公司組成的各種全球機(jī)構(gòu)和私營部門聯(lián)盟已經(jīng)在制定全行業(yè)的二次電池安全標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)將基本上根據(jù)電池的性能潛力對電池進(jìn)行分類,并根據(jù)電池的性能需求對存儲應(yīng)用進(jìn)行分類,以提高產(chǎn)品供應(yīng)和市場需求的透明度。鑒于電動汽車電池行業(yè)的動態(tài)特性以及對設(shè)計(jì)、制造和性能突破的不懈關(guān)注,建立一個(gè)機(jī)構(gòu)定期審查和完善電池標(biāo)準(zhǔn),并每年報(bào)告平均成本和運(yùn)行基準(zhǔn),可能會進(jìn)一步促進(jìn)電池部署的增長。
最后,在沒有說明回收或再利用是避免大規(guī)模處置電池所需路徑的指令法規(guī)的情況下,涉及的利益相關(guān)者(包括電池原始設(shè)備制造商、第二壽命公司、汽車原始設(shè)備制造商和公用事業(yè)公司)有機(jī)會塑造生態(tài)系統(tǒng)。他們不僅可以識別回收和再利用之間的價(jià)值最大化路徑,還可以開發(fā)新的業(yè)務(wù)模型來充分捕捉手頭的價(jià)值。例如,雷諾與行業(yè)合作伙伴一起參與回收和再利用項(xiàng)目,并在每個(gè)途徑中建立基于區(qū)域背景的結(jié)構(gòu)化流程。通過與最終客戶建立關(guān)系,無論是公用事業(yè)還是商業(yè)或工業(yè)企業(yè),通過深入了解其產(chǎn)能擴(kuò)張計(jì)劃,雷諾等汽車原始設(shè)備制造商,甚至是電池原始設(shè)備制造商,都可以智能地選擇其壽命終結(jié)管理途徑(也就是說,確定是否有足夠的需求來自適用于再制造電池的應(yīng)用或是否更可取的再循環(huán))。
電池所有權(quán)模式也可能演變。如今,汽車原始設(shè)備制造商和電池原始設(shè)備制造商很樂意將電池所有權(quán)交給車主。然而,隨著二次市場的穩(wěn)定,擁有電池系統(tǒng)將變得更具吸引力,因?yàn)樵撓到y(tǒng)的確定剩余價(jià)值,汽車制造商和電池制造商不想放棄。因此,我們可能會看到電動汽車電池租賃的增長,這樣汽車原始設(shè)備制造商或電池原始設(shè)備制造商就可以保持對電池第二收入流的所有權(quán)。
電動汽車向主流應(yīng)用的轉(zhuǎn)變已經(jīng)在很大程度上破壞了汽車價(jià)值鏈,現(xiàn)在也即將破壞儲能價(jià)值鏈。未來需要處理數(shù)以百萬計(jì)的電動汽車電池已經(jīng)導(dǎo)致了新的回收和再利用產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn),創(chuàng)造了新的價(jià)值池,具有利用可再生能源并將其整合到我們的電網(wǎng)中的新潛力。雖然這些行業(yè)面臨著市場創(chuàng)造前沿的嚴(yán)峻挑戰(zhàn),但企業(yè)及其監(jiān)管機(jī)構(gòu)有權(quán)采取行動,定位自己,以獲取二次電池所承諾的價(jià)值。他們只需要展望未來。
文章來源:ERR能研微訊