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二次电动汽车电池:储能领域最新价值池

放大字体??缩小字体 发布日期:2019-06-01 09:21:56 ??来源:新能源汽车网??编辑:全球新能源汽车网??浏览次数:123
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翻译:Bruce@ERR能研微讯团队

校核:成功@ERR能研微讯团队

编辑:Yeti@ERR能研微讯团队

2019年4月,麦肯锡未来移动中心发布《二次电动汽车电池储能领域的最新价值池》,在此ERR能研微讯研究团队对全文进行了翻译,分享给大家,欢迎转发扩散!

二次电动汽车电池:储能领域的最新价值池

随着电动汽车(EV)的持续全球增长,电力行业出现了新的机遇:由二手电动汽车电池供电的固定式存储,到2030年可能超过200太瓦时。

在接下来的几十年中,电动汽车(EV)的强劲增长将导致电池的可用性达到太瓦时水平,电池将不只满足电动汽车的使用要求。从这个角度来看,像美国这样的国家在一整年中使用数太瓦时的电力,这是一个很大的储能潜力。为这些仍然有用的电池找到应用场景可以创造巨大的价值,甚至最终有助于降低储能成本,使可再生能源进一步接入我们的电网中。

有可能引发第二次生命

电动汽车电池的使用寿命很长。由于极端的工作温度、每年数百次的部分循环以及不断变化的放电率,电动汽车应用中的锂离子电池在运行的前五年中会严重退化,在大多数情况下,其设计使用寿命约为十年。然而,即使这些电池不再满足电动汽车的性能标准,它们也可以使用第二次寿命,这通常包括保持总可用容量的80%,并在24小时内实现仅5%的静止自放电率。再制造后,这种电池仍能充分发挥其性能,以满足要求较低的应用,如固定式储能服务。

当电动汽车电池达到其有用的第一次寿命时,制造商有3种选择:它们可以处理它,回收有价值的金属,或者重复使用它(图1)。如果包装损坏或者在缺乏必要市场结构的地区,则最常发生处置。在大多数地区,监管可防止大规模处置。如果电池电极含有高价值的金属,如钴和镍,回收可能是有意义的,因为采购和回收成本之间可能存在足够的差距,特别是考虑到预计在20世纪20年代供应的镍和可能的钴供应紧张。 虽然通过回收获得额外的电池金属来源对于希望确保供应的电池制造商来说非常有吸引力,但开发一种具有足够成本竞争力的回收工艺对于获取规模的这条路径至关重要;然而,回收更多材料的新工艺尚未完全成熟。

图1用过的电动汽车电池在要求较低的应用中仍然有用

对于需要较少频率电池循环的固定能量存储应用(例如,每年100至300个循环)的电池需求,市场上的再利用可以提供最大的价值。根据循环要求,3种应用最适合二次电动车电池:通过替换更昂贵和效率更低的资产(例如旧的联合循环燃气轮机),提供储备能量以更低的成本维持公用事业的电力可靠性,推迟输电和配电投资,利用电力套利机会,在稀缺期间储存可再生电力,从而为电网提供更大的电网灵活性和稳固性。在2025年,在这些应用中,二次电池的价格比新电池便宜30~70%,每次循环的资本显着减少。

大量挑战

由于近年来电动汽车的迅速增长,在某些情况下,未来十年的预期增长甚至更快,到2030年,用于固定应用的二次电池供应可能超过每年200千兆瓦时。这一数量将超过低循环和高循环应用的锂离子公用事业规模存储需求(图2),到2030年,这将构成一个全球价值超过300亿美元的市场。

图2 到2030年,二次锂离子电池的年供应量可能超过200千兆瓦时

然而,要打开这一新的电池供应池,必须克服电动汽车电池重新利用的几个挑战。

第一种是市场上大量的电池组设计,这些设计在尺寸、电极化学和格式(圆柱形、棱柱形和袋形)上有所不同。每个电池由电池制造商和汽车原始设备制造商设计,以最适合给定的电动汽车模型,由于缺乏标准化和体积碎片化,这增加了翻新的复杂性。到2025年,将有多达250种新的电动汽车型号,其中包括来自15家以上制造商的电池。

第二个挑战是降低新电池的成本。随着新电池的价格越来越便宜,旧电池和新电池之间的成本差异会减小,因为再制造成本的下降速度预计会滞后于新制造成本的下降速度。我们估计,按照目前的速度,到2040年,第二代电池在20世纪20年代中期可能表现出的30~70%的成本优势可能会降至25%左右。这种成本差距需要保持足够大,以保证与新的替代品相比,二次电池的性能限制。

第三个挑战是关于二次电池标准的萌芽。对于二次电池的质量或性能没有保证,很少有行业标准关注电池管理系统或健康状况披露,更不用说特定应用中使用的电池的标准性能规范了。

第四个挑战是不成熟的监管制度。今天,虽然大多数市场都有某种形式的法规要求对消费电子产品进行回收或再制造,但大多数市场没有针对电动汽车电池的具体要求或生产者与消费者之间的责任划分,除了一些设定了目标的例子(如加利福尼亚和中国)。缺乏监管为原始设备制造商、二次电池公司和潜在客户带来了不确定性。缺乏监管也导致了在回收或再利用是主要途径方面的区域差异。

虽然这些挑战具有重大意义,但可以通过供应商、最终用户和行业监管机构的有针对性的行动加以克服,从而形成可持续的二次电池行业。事实上,许多这些有针对性的行动已经被前瞻性的参与者和行业协会所采取。

首先,为了应对不断增长的电动汽车模型和电池数量,汽车制造商可以在设计电动汽车时考虑到二次应用。例如,日产正式与住友公司合作,将日产Leaf的电池组重新用于固定分布式和公用事业规模的存储系统。2018年9月,雷诺宣布了其先进的电池存储计划。这项合作涉及能源领域的多个合作伙伴,预计到2020年欧洲将安装70兆瓦/60兆瓦时的电动汽车电池,这是迄今为止欧洲最大的一次。

为了在新锂离子电池成本下降的情况下保持竞争力,企业可以工业化和规模化再制造过程,以降低成本,从而保持新电池和旧电池之间的价值差距。

关于缺乏标准,由原始设备制造商和二次电池公司组成的各种全球机构和私营部门联盟已经在制定全行业的二次电池安全标准。这些标准将基本上根据电池的性能潜力对电池进行分类,并根据电池的性能需求对存储应用进行分类,以提高产品供应和市场需求的透明度。鉴于电动汽车电池行业的动态特性以及对设计、制造和性能突破的不懈关注,建立一个机构定期审查和完善电池标准,并每年报告平均成本和运行基准,可能会进一步促进电池部署的增长。

最后,在没有说明回收或再利用是避免大规模处置电池所需路径的指令法规的情况下,涉及的利益相关者(包括电池原始设备制造商、第二寿命公司、汽车原始设备制造商和公用事业公司)有机会塑造生态系统。他们不仅可以识别回收和再利用之间的价值最大化路径,还可以开发新的业务模型来充分捕捉手头的价值。例如,雷诺与行业合作伙伴一起参与回收和再利用项目,并在每个途径中建立基于区域背景的结构化流程。通过与最终客户建立关系,无论是公用事业还是商业或工业企业,通过深入了解其产能扩张计划,雷诺等汽车原始设备制造商,甚至是电池原始设备制造商,都可以智能地选择其寿命终结管理途径( 也就是说,确定是否有足够的需求来自适用于再制造电池的应用或是否更可取的再循环)。

电池所有权模式也可能演变。如今,汽车原始设备制造商和电池原始设备制造商很乐意将电池所有权交给车主。然而,随着二次市场的稳定,拥有电池系统将变得更具吸引力,因为该系统的确定剩余价值,汽车制造商和电池制造商不想放弃。因此,我们可能会看到电动汽车电池租赁的增长,这样汽车原始设备制造商或电池原始设备制造商就可以保持对电池第二收入流的所有权。

电动汽车向主流应用的转变已经在很大程度上破坏了汽车价值链,现在也即将破坏储能价值链。未来需要处理数以百万计的电动汽车电池已经导致了新的回收和再利用产业的出现,创造了新的价值池,具有利用可再生能源并将其整合到我们的电网中的新潜力。虽然这些行业面临着市场创造前沿的严峻挑战,但企业及其监管机构有权采取行动,定位自己,以获取二次电池所承诺的价值。他们只需要展望未来。

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关键词: 电动汽车 新能源汽车 原始设备制造商 电池 电池管理系统 储能 再制造
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