發(fā)改委能源研究所劉堅：2030年退役電池總量或將達到270GWh
國家發(fā)展和改革委員會(huì )能源研究所助理研究員劉堅博士作主題演講
11月17日，“2017’第二屆動(dòng)力電池應用國際峰會(huì )暨第三屆中國電池行業(yè)智能制造研討會(huì )”繼續在北京精彩召開(kāi)。本屆峰會(huì )由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì )和電池中國網(wǎng)共同主辦，天津力神電池股份有限公司聯(lián)合主辦；中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì )動(dòng)力電池應用分會(huì )承辦，無(wú)錫先導智能裝備股份有限公司聯(lián)合承辦。參加此次峰會(huì )人數超600人。
在回收及后市場(chǎng)分論壇上，國家發(fā)展和改革委員會(huì )能源研究所助理研究員劉堅博士作主題演講，主要討論了國內動(dòng)力電池儲能市場(chǎng)潛力、經(jīng)濟性的情況，以及對電力系統應用價(jià)值的梳理、政策建議。
以下為劉堅演講內容：
首先非常感謝來(lái)小康所長(cháng)的介紹，邀請我參加這次會(huì )議。我來(lái)自國家發(fā)改委能源研究所，我們的研究領(lǐng)域包括像新能源、風(fēng)電、太陽(yáng)能、可再生能源，包括一些新興的儲能、電動(dòng)汽車(chē)，新型的智能化用電技術(shù)。今天我給大家帶來(lái)的題目就是電動(dòng)汽車(chē)這個(gè)領(lǐng)域，跟咱們今天的主題相關(guān)，就是動(dòng)力電池它使用之后潛在的利用價(jià)值，是否可以產(chǎn)生一些經(jīng)濟性，特別是在儲能領(lǐng)域它的應用前景。
下面我給大家介紹四塊，一個(gè)是國內電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展背景，核心討論兩點(diǎn)，一個(gè)是動(dòng)力電池儲能它的市場(chǎng)應用空間有多大，市場(chǎng)潛力的問(wèn)題，第二個(gè)就是它的經(jīng)濟性的情況是怎么樣的，最后還有一些電力系統應用價(jià)值的梳理，包括一些政策建議這方面的內容。
簡(jiǎn)單看一下電動(dòng)汽車(chē)的整體的發(fā)展，國際能源署統計的一個(gè)結果，中國近幾年的發(fā)展速度非?？?，從15年開(kāi)始它的新增市場(chǎng)占有率已經(jīng)達到了全球最大的規模，現在也是全球最大的保有量市場(chǎng)。除了中國之外，像法國、德國、荷蘭、挪威甚至印度這些國家都已經(jīng)在大力推進(jìn)電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展，而且提出了燃油車(chē)禁售的時(shí)間表。中國同樣也是在今年9月份工信部發(fā)出了類(lèi)似這樣一個(gè)政策信號，長(cháng)期來(lái)看，中國電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展還是有很大的提升空間。
這張圖就是一個(gè)中國國內的電動(dòng)汽車(chē)，包括充電基礎設施增速的情況，大致的一個(gè)梳理，大家都比較了解。今天我們說(shuō)電動(dòng)汽車(chē)參與電力系統儲能的方式可以分為不同的種類(lèi)，比如像最直接的一點(diǎn)，我們不加任何干預的讓電動(dòng)汽車(chē)并網(wǎng)，充電負荷和傳統負荷之間沒(méi)有太多協(xié)調，是一個(gè)隨機充電的情況。包括第二種有序充電，是比較友好型的，充電的行為與電網(wǎng)負荷的峰谷有一定的協(xié)同。第三類(lèi)就是退役動(dòng)力電池可以間接的形成與電網(wǎng)協(xié)同的方式。最后一點(diǎn)，可能大家都知道電動(dòng)汽車(chē)與電網(wǎng)的雙向互動(dòng)，我們主要看一下第三類(lèi)它的情況。
國內外有很多應用的場(chǎng)景或者示范的項目，比如我列舉了兩個(gè)都是德國的，德國的一些車(chē)企和當地的電網(wǎng)公司還有原材料回收企業(yè)他們形成了一個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈，探索一些新生的商業(yè)模式，來(lái)發(fā)掘電動(dòng)汽車(chē)的退役動(dòng)力電池它潛在的儲能應用價(jià)值。在國內有些項目，我列舉了一個(gè)案例，就是在寶馬公司在上海有一個(gè)智能駕駛研究院，在這個(gè)研究院里面也是形成了一個(gè)微網(wǎng)的系統，里面放了三百多千瓦時(shí)的電池組，就是寶馬的電動(dòng)汽車(chē)退役的動(dòng)力電池下來(lái)以后用作微網(wǎng)的儲能。這個(gè)儲能加進(jìn)去以后，就產(chǎn)生了一系列的效益，最直接的一點(diǎn)，它本來(lái)這個(gè)項目想到用電池儲能，最直接的一點(diǎn)，因為它的研究院里面有很多服務(wù)器，有很多的研發(fā)功能，所以它希望供電是一個(gè)相對可靠的，供電質(zhì)量比較高的一個(gè)運行，所以它就放了電池。但是運行一段時(shí)間以后，發(fā)掘在上海它還是存在一個(gè)比較明顯的工商業(yè)的峰谷電價(jià)差，晚上充電，白天給服務(wù)器供電，整個(gè)研究院用電的成本也會(huì )下降，起到了一個(gè)比較明顯的經(jīng)濟性的效果。
回到我們今天的題目來(lái)講，我們首先想知道未來(lái)在中國它的退役動(dòng)力電池的市場(chǎng)規模到底有多大，最直接的影響因素還是電動(dòng)汽車(chē)本身數量的變化。其實(shí)這幾年來(lái)有很多不同的研究機構對中國的電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)有自己的判斷預測，但是一直都在動(dòng)態(tài)的更新。特別是今年一系列的政策，比如燃油汽車(chē)禁售的信息，還有雙積分的政策出臺以后，大家對未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的增長(cháng)會(huì )有更加樂(lè )觀(guān)的一種預測。我們也對未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展趨勢有一些調整，比如上面這張圖就是我們對電動(dòng)汽車(chē)在新增市場(chǎng)中的占比預測，我們認為到2030年左右，它的市場(chǎng)份額大致達到60-70%的市場(chǎng)份額，占到新售市場(chǎng)的主體。
下面我們對所有電動(dòng)汽車(chē)保有量的估計，到2030年左右，全國的電動(dòng)汽車(chē)總的保有量就會(huì )接近一億輛，是非常大的市場(chǎng)規模。由此帶來(lái)很大的一個(gè)儲能空間，推動(dòng)電池儲能空間。第二點(diǎn)就是一個(gè)比較重要的影響因素，電池技術(shù)本身的進(jìn)步，同樣有很多研究機構，國內外都有很多，對未來(lái)動(dòng)力電池特別是鋰電池的能量密度提升空間有一些判斷，大致的結果也是比較相近的。從目前三元材料的鋰電池逐漸轉移到固態(tài)鋰電池，提升電池的能量密度。美國能源部，包括國內汽車(chē)工程學(xué)會(huì )做了一些預測，到2030年電池能量密度可以達到500瓦時(shí)每公斤，差不多現在的三倍左右，基于現有的鋰電池技術(shù)路線(xiàn)，能量密度提升空間還是比較大的。
另外決定退役電池規模的一點(diǎn)就是車(chē)輛本身退役的速度，這個(gè)我們有很多研究基礎，之前更多的是傳統燃油汽車(chē)的更替，動(dòng)力電池的壽命折損，就看車(chē)輛使用的程度了。右邊就是對電池老化速度的預測，采用的是三元材料的電池某種車(chē)型。結合這些因素，我們就可以對未來(lái)的電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池儲能規模進(jìn)行一個(gè)預測，我們預測到2030年一億輛保有量的情況下，退役電池的總量達到270G瓦時(shí)這樣的規模。
電量規模大家比較難判斷，比如我們270G瓦時(shí)的電量如果以四小時(shí)來(lái)放電的話(huà)，大約可以支持七千多萬(wàn)到八千萬(wàn)千瓦的裝機規模，哪怕我們僅考慮退役電池的儲能容量，也是一個(gè)非常大的儲能資源。當然它相對于車(chē)載電池來(lái)說(shuō)，即使到2030年有大量的退役電池下來(lái)以后，相比于車(chē)載電池容量還是比較小的一部分，大約占到6%。
下面就是一個(gè)經(jīng)濟性的問(wèn)題，可能大家對這塊是比較關(guān)心的。我們也做了一些初步的研究，首先定義一下梯次利用的邊界在哪里，上面這條線(xiàn)就代表傳統的電池生產(chǎn)使用，最后淘汰，材料回收這樣一個(gè)過(guò)程，這樣一個(gè)流程。退役的動(dòng)力電池儲能就是在我們電池拆解這個(gè)環(huán)節里面新增了這樣一個(gè)小的閉環(huán)，增加了電池的檢測和重組，應用在儲能場(chǎng)景里面。電池在儲能的應用完之后，再進(jìn)行回收和收集，再放回到電池工廠(chǎng)的拆解過(guò)程，多了三個(gè)環(huán)節，我們就把下面虛線(xiàn)這個(gè)框的部分定義為新增的部分。
我們用美國可再生能源實(shí)驗室他們的一個(gè)模型來(lái)分析不同因素影響對電池梯次利用成本影響的大小。我們最后的結論主要是兩點(diǎn)，影響電池梯次利用成本最關(guān)鍵的一點(diǎn)還是電池到底是拆解它的模組大小是多大，另一塊因素，就是電池故障率，這兩者之間是存在一些關(guān)聯(lián)的，如果你的電池拆解模組越大，當然你的工藝流程上面的成本就會(huì )降的比較低一些，因為人工的成本會(huì )比較低。但是反過(guò)來(lái)，大的電池模組再做梯次利用的話(huà)，受故障率的影響就會(huì )比較大。一個(gè)比較小的電池單體的故障可能會(huì )導致一個(gè)比較大的退役電池整體的報廢，這兩者之間存在一個(gè)優(yōu)化的點(diǎn)。我們在這個(gè)模型里面所得到的理想的情況，如果你的電池容量模組足夠大，它的電池梯次利用的成本，當然還有你的故障率足夠低，比如在這里面是萬(wàn)分之一的故障率，你的成本可以降到157塊錢(qián)每千瓦時(shí)，一毛多每瓦時(shí)的梯次利用的成本，是一個(gè)非常理想的情況，這個(gè)前提是我們已經(jīng)建立了非常完善的梯次利用的產(chǎn)業(yè)鏈。
另外一點(diǎn)，直接影響到梯次利用市場(chǎng)競爭力一個(gè)非常重要的因素就是新電池它的成本下降的速度。如果你去做梯次利用，如果新電池成本比你下降還要快的話(huà)，你的競爭力就越來(lái)越弱。鋰電池的成本預測就更多了，我們列舉了一些，包括像一些媒體，比如經(jīng)濟學(xué)人，還包括像國際能源署也做過(guò)預測，美國一些國家能源實(shí)驗室也做過(guò)預測等等，基本上也是認為到30年大約有70%的成本都是可以降掉的，大約現在的三成成本。我們基于這一點(diǎn)，也做了一個(gè)鋰電池與其他各類(lèi)傳統的儲能技術(shù)之間的一個(gè)成本下降速度的預測，我們采用了一個(gè)經(jīng)驗區間的辦法，并不是按照時(shí)間走的。如果你的產(chǎn)量足夠大的話(huà)，你的規模效應會(huì )影響你成本下降的速度。我們這里面可以對比一下，粗的那個(gè)線(xiàn)是動(dòng)力電池成本的下降，現在來(lái)講動(dòng)力電池成本已經(jīng)慢慢與靜態(tài)的固定的鋰電池儲能的成本差不太多了，未來(lái)由于電動(dòng)汽車(chē)的產(chǎn)業(yè)規模影響，它的需求量遠遠大于靜態(tài)的儲能需求。你的成本下降速度可能更快，有可能電動(dòng)汽車(chē)所帶動(dòng)的產(chǎn)業(yè)，將電力系統儲能成本都會(huì )拉低。其中比較有意思的一點(diǎn)就是抽水蓄能，遠遠低于各類(lèi)鋰電池儲能，但是現在有一個(gè)問(wèn)題，中國的抽水蓄能資源是受到約束的。我們如果用了所有的資源，現在大概不到三千瓦的裝機，抽水蓄能資源是1.5千瓦不到，它的成本以經(jīng)驗曲線(xiàn)的方式來(lái)預測的話(huà)，它的成本也會(huì )降，降不過(guò)電動(dòng)汽車(chē)儲能的成本下降速度的。但這個(gè)里面有一個(gè)問(wèn)題，成本下降的極限取決于材料供應的成本，這方面的數據我們并不是太掌握。以美國原材料的收集來(lái)講，圖最右邊那個(gè)點(diǎn)，鋰電池成本下降的空間基本已經(jīng)達到原材料的極限了。到后期成本下降的趨勢和具體的量需要進(jìn)一步來(lái)核實(shí)。
我們對比了新電池的經(jīng)濟性和老電池的經(jīng)濟性，梯次利用的經(jīng)濟性到底會(huì )怎么樣，有一個(gè)假設，梯次利用的電池不可能像新電池有一樣，有一個(gè)全生命周期的100%的電量吞吐，假如40%的剩余電量的吞吐，它的實(shí)際價(jià)值相當于新電池的40%。下面這條虛線(xiàn)就是退役電池它的市場(chǎng)價(jià)值對應的實(shí)際成本下降的速度，橫的一條黑線(xiàn)代表梯次利用，剛才說(shuō)一毛五每瓦時(shí)的成本，在這張圖里面，大約到30年之前，你新買(mǎi)電池的成本可能已經(jīng)低于你的退役電池了。
這張圖是我們做的整體判斷，在我們可再生能源占比比較高的情況下，電力系統的資源靈活的關(guān)系，包括電動(dòng)汽車(chē)本身的充電時(shí)間的調節儲能，包括像一些傳統的需求響應資源，包括抽水蓄能，上面這張圖，如果以現有不大規模發(fā)展新能源的話(huà)，我們并不需要額外的新建很多的靈活性的資源，包括儲能，包括需求響應?；旧弦袁F有的抽水蓄能穩步發(fā)展，就可以滿(mǎn)足我們調節需求。下面是我們高比例的可再生能源發(fā)展的需求，在傳統抽水蓄能基礎上，我們需要增加像電動(dòng)汽車(chē)的有序充電，增加其他需求響應的一些資源的發(fā)掘。
最后來(lái)看一下系統應用價(jià)值，跟儲能的應用價(jià)值是類(lèi)似的。包括發(fā)電側、輸配側和用戶(hù)側，把實(shí)際的價(jià)值和用戶(hù)能獲得的收益能夠嫁接起來(lái)。國內儲能比較容易實(shí)現商業(yè)化的可能就是在這三種方式，特別是前兩種，不細說(shuō)了。
最后做一下總結，電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展對電池儲能產(chǎn)業(yè)有很大的影響，新電池成本下降速度直接影響退役電池儲能競爭力。對梯次利用來(lái)講，拆解再回收，再檢測，再重組這種方式來(lái)講，它的成本可下降的空間是比較有限的，比較理想的方式可能要通過(guò)整體打包，我們不經(jīng)過(guò)拆解，電池在生產(chǎn)之初就已經(jīng)有比較完備的數據收集渠道。最后利用起來(lái)，回收的檢測成本就會(huì )極大的降低。最后，我們認為非常重要的一點(diǎn)，一個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的形成需要商業(yè)模式的創(chuàng )新和體制機制的突破，要把電池、車(chē)輛、出行、能源環(huán)節各個(gè)環(huán)節打通，障礙是非常大的，不同的政府部門(mén)之間還是有一些協(xié)調的難度，操作起來(lái)還是有一定難度。最后是價(jià)格機制，像動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)電價(jià)是一個(gè)方面，還有一個(gè)就是放電價(jià)格是否能夠放開(kāi)，或者結合電力市場(chǎng)化改革的一些動(dòng)向，可能會(huì )對電池梯次利用，特別儲能利用里面會(huì )產(chǎn)生一個(gè)比較直接的影響。謝謝大家！
?。ǜ鶕l(fā)言整理，已經(jīng)本人審閱）
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