李建林，李雅欣，郭麗軍

(1.儲(chǔ)能技術(shù)工程研究中心(北方工業(yè)大學(xué))，北京市 石景山區(qū) 100144；2.中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)，北京市 西城區(qū) 100055)

0 引言

為推進(jìn)我國(guó)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，發(fā)展新能源汽車是節(jié)能減排的重點(diǎn)?？紤]到動(dòng)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(dòng)力電池需要合理的處理。依據(jù)動(dòng)力電池裝機(jī)量以及使用年限估算，2020年動(dòng)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(dòng)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(yuǎn)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(shì)，當(dāng)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(jià)值。據(jù)權(quán)威部門測(cè)算，到2025年動(dòng)力電池的理論退役量將達(dá)到94.48 GW·h，年復(fù)合增長(zhǎng)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(duì)龐大的退役量，動(dòng)力電池的回收處理十分關(guān)鍵。其主要分為梯次利用和拆解回收兩個(gè)循環(huán)過程，且動(dòng)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(dòng)力電池退役的有效手段，其含義是指從電動(dòng)汽車篩選出退役后還具有初始容量的 60%～80%容量的動(dòng)力電池，經(jīng)過重組集成用于其他運(yùn)行工況相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)電池性能要求較低的領(lǐng)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(shì)。此外，廢舊動(dòng)力電池中的重金屬會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成很大的危害，如果對(duì)廢舊動(dòng)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(dòng)力電池梯次利用體系建設(shè)具備經(jīng)濟(jì)與環(huán)保的雙重意義。

本文基于動(dòng)力電池規(guī)?；艘郜F(xiàn)狀，梳理國(guó)家梯次利用政策頂層設(shè)計(jì)及地方出臺(tái)政策，提煉我國(guó)梯次利用及回收的政策體系建設(shè)要點(diǎn)，并結(jié)合我國(guó)梯次利用工程應(yīng)用展開分析，提出雙碳目標(biāo)下梯次利用技術(shù)發(fā)展的若干建議，為實(shí)現(xiàn)我國(guó)梯次利用回收產(chǎn)業(yè)化提供思路。

1 國(guó)內(nèi)退役動(dòng)力電池梯次政策研究

1.1 國(guó)家政策體系配套逐步完善

隨著雙碳計(jì)劃的持續(xù)推進(jìn)，我國(guó)新能源汽車產(chǎn)銷量激增，同時(shí)帶動(dòng)了動(dòng)力電池、儲(chǔ)能換流器等關(guān)鍵零部件的高速發(fā)展。伴隨著動(dòng)力電池裝機(jī)量的爆發(fā)增長(zhǎng)，動(dòng)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(guó)家開始針對(duì)動(dòng)力電池梯次利用頂層設(shè)計(jì)。五部委在2016年出臺(tái)電動(dòng)汽車電池回收政策，標(biāo)志著國(guó)家開始鼓勵(lì)梯次利用產(chǎn)業(yè)化，也體現(xiàn)了國(guó)家建立動(dòng)力電池梯次利用回收體系的決心[7]。近年來，我國(guó)梯次相關(guān)政策的制定頻率更是顯著加快，如圖1所示，五部委等相關(guān)部門在戰(zhàn)略規(guī)劃、體制機(jī)制保障、推動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、技術(shù)創(chuàng)新、頂層設(shè)計(jì)等方面密集出臺(tái)電池梯次利用回收政策，旨在加快“十四五”期間實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池梯次利用商業(yè)化[8]。

圖1 “十三五”期間我國(guó)退役動(dòng)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(guó)梯次利用領(lǐng)域的政策體系已初步成型，對(duì)退役電池的回收再利用起到了規(guī)范作用。國(guó)家發(fā)改委等四部委聯(lián)合發(fā)布《全國(guó)一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系算力樞紐實(shí)施方案》，該方案提出在滿足安全運(yùn)維的前提下，鼓勵(lì)選用動(dòng)力電池梯級(jí)利用產(chǎn)品作為儲(chǔ)能和備用電源裝置。推動(dòng)數(shù)據(jù)中心綠色可持續(xù)發(fā)展，加快節(jié)能低碳技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用，提升能源利用效率，降低數(shù)據(jù)中心能耗[9]，表明我國(guó)對(duì)退役電池梯次利用方面予以重點(diǎn)關(guān)注。

1.2 各省市推出地方性政策

在國(guó)家政策的激勵(lì)下，各大重點(diǎn)城市紛紛根據(jù)本地新能源汽車行業(yè)和動(dòng)力電池發(fā)展現(xiàn)狀，補(bǔ)充或推出相關(guān)地方性政策法規(guī)，推動(dòng)退役動(dòng)力電池的梯次利用。如圖2所示為國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池相關(guān)政策法規(guī)。與全國(guó)政策相比，各個(gè)地方落地的方案更細(xì)化，在發(fā)布城市上，集中在京津冀、長(zhǎng)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(dòng)力電池梯次利用標(biāo)準(zhǔn)框架Fig.2 Standard framework for cascade utilization of Retired power batteries

2 回收政策梳理

2.1 國(guó)家政策

據(jù)權(quán)威部門測(cè)算，動(dòng)力電池回收利用市場(chǎng)規(guī)模在2020年達(dá)到了80億元左右，其中梯次利用市場(chǎng)規(guī)模約50億元，再生利用市場(chǎng)規(guī)模30億元[12-13]?；?020年動(dòng)力電池退役量達(dá)21萬 t，預(yù)計(jì)“十四五”期間動(dòng)力電池回收量將達(dá)到40萬 t/a[14]?？梢钥闯?，動(dòng)力電池回收需求的爆發(fā)，使得電池回收刻不容緩。而動(dòng)力電池回收不僅是社會(huì)責(zé)任，也是可持續(xù)發(fā)展的必然選擇，因此，我國(guó)政府展開對(duì)動(dòng)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(diǎn)等方面發(fā)布了相關(guān)政策通知，不僅規(guī)范了動(dòng)力電池回收行業(yè)的管理制度，也促進(jìn)動(dòng)力電池回收市場(chǎng)商業(yè)化進(jìn)程[15]。

我國(guó)現(xiàn)有針對(duì)大規(guī)模動(dòng)力電池回收的政策體系頂層設(shè)計(jì)已趨于完善，在體系建設(shè)方面亟待加速完善。現(xiàn)有的動(dòng)力電池回政策規(guī)范重點(diǎn)體現(xiàn)在以下三個(gè)方面:

1) 回收利用溯源機(jī)制。強(qiáng)調(diào)動(dòng)力電池回收過程“源頭可控、去向清晰”實(shí)施生產(chǎn)者責(zé)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(diǎn)建設(shè)。政府聯(lián)合比亞迪、CATL等動(dòng)力電池主流車企、環(huán)保企業(yè)共建電池回收網(wǎng)點(diǎn)，以動(dòng)力電池回收產(chǎn)業(yè)鏈共用回收網(wǎng)絡(luò)為平臺(tái)，構(gòu)建動(dòng)力電池全生命周期管理機(jī)制，引導(dǎo)退役動(dòng)力電池梯次利用行業(yè)規(guī)范化。

3) 退役動(dòng)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(jià)值，通過技術(shù)政策指導(dǎo)，遵循先梯級(jí)利用后再生利用的基本原則，促進(jìn)行業(yè)共性技術(shù)研發(fā)[16-18]。

2.2 地方政策

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

1) 電池殘值量的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)難以估計(jì)。動(dòng)力電池在循環(huán)充放電過程中電池容量會(huì)逐漸衰減，當(dāng)衰減至 80%以下時(shí)，便達(dá)到退役狀態(tài)。而目前對(duì)于動(dòng)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(duì)于動(dòng)力電池殘值剩余量的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)存在一定困難。

2) 金屬價(jià)格波動(dòng)影響材料回收經(jīng)濟(jì)性。金屬價(jià)格的波動(dòng)會(huì)最終決定動(dòng)力電池回收市場(chǎng)的盈虧，而金屬價(jià)格又是受資源供給、技術(shù)進(jìn)步、下游市場(chǎng)綜合因素所影響，存在技術(shù)周期、產(chǎn)能周期，故金屬價(jià)格是動(dòng)力電池回收的市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的決定性要素，既影響動(dòng)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(shù)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于磷酸鐵鋰電池一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)制定，標(biāo)準(zhǔn)過高會(huì)造成梯次利用市場(chǎng)的萎縮，標(biāo)準(zhǔn)過低又不利于梯次利用市場(chǎng)長(zhǎng)期發(fā)展[20-22]。

3 梯次利用工程應(yīng)用分析

3.1 國(guó)內(nèi)退役動(dòng)力電池梯次利用案例分析

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

目前規(guī)劃中的GW級(jí)梯次電池應(yīng)用工程中，已有雄安、中國(guó)鐵塔公司；在建MW級(jí)梯次利用儲(chǔ)能電站已在南京、北京、張北等地區(qū)開展。中國(guó)鐵塔公司、北汽集團(tuán)等建設(shè)的梯次儲(chǔ)能電站已投入使用，分別應(yīng)用在通信基站儲(chǔ)能、電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能以及工商業(yè)用戶側(cè)儲(chǔ)能等低應(yīng)力場(chǎng)景，具體國(guó)內(nèi)動(dòng)力汽車梯次利用案例如表1所[24-25]。從國(guó)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(yīng)用階段，退役動(dòng)力電池在削峰填谷和綜合能源等應(yīng)用領(lǐng)域有著巨大的潛力。

表1 國(guó)內(nèi)動(dòng)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(xiàng)目側(cè)重對(duì)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(xiàng)目情況表Table 6 Project situation in the Beijing-Tianjin-Hebei region

京津冀地區(qū)示范項(xiàng)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(duì)工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)保要求較高。因此，其回收項(xiàng)目主要是以梯次利用或者物理拆解等方式對(duì)退役電池進(jìn)行回收處理。

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

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

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

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

表4 浙江省試點(diǎn)情況表Table 4 Pilot projects in Zhejiang Province

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

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)正處于電池梯次利用技術(shù)發(fā)展的初級(jí)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(guó)內(nèi)外梯次利用技術(shù)技術(shù)的政策體系，提出如下政策建議：

(1) 加大梯次利用技術(shù)基礎(chǔ)創(chuàng)新研究。針對(duì)我國(guó)在電動(dòng)汽車領(lǐng)域的需求，結(jié)合儲(chǔ)能商業(yè)與示范工程建設(shè)，重突破相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈上的瓶頸技術(shù)以及我國(guó)尚未掌握的核心技術(shù)。

(2) 退役電池溯源機(jī)制、大數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程管控、智能運(yùn)維尤為重要，應(yīng)持續(xù)加大力度，優(yōu)先選取高校、科研院所等中立機(jī)構(gòu)建立退役電池儲(chǔ)能電站大數(shù)據(jù)中心，為電池梯級(jí)利用保駕護(hù)航；

(3) 各大央企應(yīng)該有使命擔(dān)當(dāng)，優(yōu)先使用退役動(dòng)力電池，延緩?fù)艘垭姵氐膱?bào)廢年限，為電池的回收、拆解體系進(jìn)一步完善，贏取時(shí)間、貢獻(xiàn)自己的力量。

(4) 退役電池梯次利用的保障政策體系應(yīng)具有連續(xù)性，各級(jí)政府出臺(tái)的政策統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，逐步完善商業(yè)模式，營(yíng)造良好的運(yùn)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.