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【電動車電池再利用】
#EV電池用來電網級儲能 #傳統車廠動起來
電動車(EV)內的鋰離子電池使用壽命約為八年,在電池失去20%的容量後就需進行更換,代表這些退役的EV電池仍有80%容量可以使用,若安裝於電網等級的儲能設備做循環利用,能降低相關產業的成本與碳排。雖然目前尚未獲得市場的大量關注,#但麥肯錫公司與麻省理工學院的新研究認為,隨著EV產業規模的擴充與新創公司的投入,這項應用是有經濟效益的。
▉主流車廠的目光
首先,MIT的研究表明,二次利用電池(second-life battery,以下簡稱二次電池)的商業化仍有些挑戰需要克服:技術面來看,從EV卸下的鋰離子電池若要重複使用,需進行大量測試和升級,以確保電池在新環境中的性能穩定;還需搭配經濟誘因,即穩定的電池供應、電池需求與資本,初生的二次電池市場才能取得成功。隨著EV市場規模擴大,主流車廠的電池研發部門也慢慢找到門路,例如:
1⃣通用汽車(GM)替新一代鋰離子動力電池組「Ultium」建立了循環供應鏈,將電池第二生命周期的應用納入Ultium電池組的設計裡。
2⃣日產汽車(Nissan)是2015年第一批在電網級儲能設備(連接電網的太陽能發電廠)中試用二次EV電池的車廠之一。過去電動車廠進行固定式儲能業務最知名的公司是Tesla,但其儲能設備使用的都是新電池,而非二次電池。
3⃣BMW也在2015年與太平洋瓦斯電力公司(PG&E)合作,進行18個月的供需測試,簡單來說,PG&E透過互連網向BMW送出將電網降載的信號,BMW會選擇若干EV停止充電,等降載結束,車輛再繼續充電。BMW也提供二次電池給PG&E做電網級太陽能的儲能利用。
4⃣德國的戴姆勒(Daimler AG)在2015年宣布,計劃在德國呂嫩市(Lunen)與一家回收公司共同建造13Mwh的二次電池存儲能裝置。戴姆勒的子公司Mercedes-Benz Energy去年則與中國最大EV製造商的北京電動汽車合作,興建了一個以退役EV電池建構的儲能系統。
5⃣美國電動卡車新創商Rivian與加州電動巴士製造商Proterra沒有直接涉足儲能,但從初始設計就讓EV電池易於報廢,使二次利用變得容易,也就是一種從源頭著手的循環經濟模式。
▉兩份報告的經濟效益研究
EV製造商並不是唯一關注二次電池的公司,越來越多的項目開發商(project developer)也開始利用二次電池的儲能功能來降低電網級儲能設備的成本。相較於早期用於家庭住宅等小型離網儲能設施,二次電池似乎已邁向一塊新大陸,準備用在連結電網的儲能系統上。
MIT研究員Ian Mathews 在《Applied Energy》期刊上發表的研究以及其他五位MIT同事得出的結論是:以電網級的太陽能備用儲能裝置,作為鋰離子電池第二生命週期的應用是有利潤的,由於角色並不吃重(備用),使用壽命可達十年或更長。
MIT的研究結果,是基於對一個「假想中」的2.5MW電網級太陽能電廠進行的嚴格模擬,假設該電場位於加州,考量下面三種情形:1. 只蓋電場、2.蓋電場 + 新電池做為儲能設備、3.蓋電場 + 以80%容量二次電池做為儲能設備。研究結果發現,若以新電池做為儲能設備(選項2)無法產生利潤,#可是若二次電池低於原始電池價格的60%,搭配良好的管理系統,二次電池與2.5MW太陽能項目的結合,就會是一項有利可圖的投資。
另一個來自麥肯錫公司的獨立研究則發現,到2020年代中期,#二次電池可比新電池減少30%到70%的成本;且到2030年,二次電池的年度供應量可望超過一億度,可滿足該年度全球儲能預測需求的一半。但麥肯錫和MIT的研究均指出,需解決若干技術面的挑戰,才能成功釋放二次電池的供應量,例如將不同型號EV的電池,統合到同一個儲存系統中,目前還有一些障礙要克服。
▉新創公司蓄勢待發
為了推動該領域的發展,總部位於加州的幾間新創公司RePurpose Energy、Smartville Energy和ReJoule分別從加州能源委員會電力投資計劃(EPIC)獲得200萬至300萬美元的補助,它們的使命是使EV電池能重複利用於低成本、永續的太陽能儲能系統中。
★RePurpose:快速體檢與安全性
這間誕生於加州大學戴維斯分校、由Jae Wan Park教授領導的新創,把重點放在準確、迅速地拆卸大部分由Nissan出產的EV電池,然後使用新的控制原件重新組裝。
根據RePurpose的計算,只要更換鋰電池組(battery)中退化最嚴重的電池芯(cell),二次電池可在電動車以外重複使用長達12年,但首先必須在系統中找到損壞的cell。RePurpose開發出可在約一分鐘內跑完檢測電池退化程度的方法,傳統的測試過程需要一整天。
另外,#安全性是影響投資二次電池產業的最大障礙之一。RePurpose開發了一種「非破壞性滅火系統」,可以偵測到即將發生故障的電池組,然後防止該電池過熱,過程不會損壞任何電子組件。減輕投資者的風險總是可以增加投資意願。
★Smartville:翻新不同型號電池的挑戰
Smartville不像RePurpose和產業的其他玩家一樣選擇加快電池測試過程,其專門設計的電源轉換器為保持電池系統的健康,反而放慢測試速度。由於電池的「健康檢查」需要在幾週內多次對電池進行充電放電,因此還可從測試過程獲得銷售電力服務的額外收入。此外,公司的控制原件與電力設計可以將來自不同車輛、不同品牌、不同型號的所有EV電池,連同電力耦合(power-coupling)格式全部整合到同一種模組設計中,再透過調節過程提高各別電池的均一化程度,因此解決EV電池組型號眾多的困境,這項技術對產業能否規模化而言非常重要。。
★ReJoule:從源頭下手
ReJoule採用一種技術,讓電池的第二生命在它仍於電動車中就已佈線。透過在新電池上安裝ReJoule的技術,可以優化電池系統的生命週期,使之壽命更長。一旦電池管理系統被植入電動車中,就可以即時(real-time)衡量電池的健康狀況,使電池從第一生命週期(EV)過渡到第二生命週期(儲能)的程序精簡許多,因為不需要額外的測試,也不需要將電池從EV中取出,再運送到特定的測試中心,測試完成後再將電池運輸到第二次使用的環境,過渡程序可以更順暢,達成產業的流線化。
因為電池所需礦物原料的開採、精煉,以及電池的模組化與製程,都需大量耗能,若能通過二次使用的電池緩解新電池的市場需求,就可以減排大量溫室氣體以及舒緩稀有礦產的需求。
▉資料來源
MIT報告(摘要):https://reurl.cc/1xV3q8
麥肯錫公司報告(摘要):https://reurl.cc/lVWgA9
新聞報導:https://reurl.cc/7X87mD、https://reurl.cc/pdNrAZ
圖片改自
Capgemini
電動巴士電池容量 在 彭博商業周刊 / 中文版 Facebook 的最佳解答
【科技】電動汽車動力電池退役後將何去何從
通用、本田和比亞迪均參與了這個有望達到5500億美元規模的行業。
首批用於電動和混動汽車的電池開始紛紛進入退役年齡,但葬身填埋場並非它們的宿命。相反,它們將繼續發揮餘熱,譬如在日本的711便利店冰鎮啤酒,在美國加州給汽車充電站提供電力,在歐洲為家庭和電網存儲能量。
私家車和公交巴士上的鋰離子電池退役後,還可以繼續充放電七到10年時間。這個第二春對全球汽車製造商、電力供應商和原材料供應商來說都有著重要影響。
對動力電池進行再利用的需求越來越緊迫。根據對彭博新能源財經(BNEF)匯總的資料進行推算,預計到2025年,全球電動汽車電池庫存將突破約340萬組(按等效容量計算),遠超今年的約5.5萬組。
約占全球電動汽車銷量半壁江山的中國將在8月份施行新能源汽車電池回收管理辦法,屆時將要求汽車生產商為退役電池負責,不得填埋了事。歐盟已出臺相關規定,業界預計美國也將跟上。
能源存儲熱潮
到2050年,對電池存儲容量的投資可能會達到約5480億美元
通用汽車(General Motors) 、寶馬(BMW)、豐田汽車(Toyota Motor)、比亞迪和一系列新能源汽車電池供應商都在努力為這個剛剛形成自身市場的設備創造後續市場和額外利潤。同樣一個電池產品,有了第二生命就有了第二收入來源,還能順便幫忙拉低電動汽車的價格。
與保時捷(Porsche)和富豪(Volvo)合作的瑞典能源公司Box of Energy AB的行政總裁謝恩貝里(Johan Stjernberg)說:「汽車製造商很快就會面對一個問題,一個我們已經意識到的問題,這就是鋪天蓋地的退役電池。如何讓它們煥發第二生命,這將是個巨大的市場。」
BNEF對 10年後的預測令人震驚。到2030年,電動汽車的電池需求將是現在的25倍。巴黎諮詢公司Avicenne Energy稱,汽車已經超過消費電子產品,成為鋰離子電池的最大使用者。
到2040年,一半以上的新售車輛以及全球三分之一的汽車保有量(相當於5.59億輛)都將是電池驅動。BNEF的資料顯示,企業為家庭、工業和電網蓄電的投入到2050年將達到5500億美元左右。
新契機
目前電動汽車動力電池退役後的用途和對新角色的嘗試
雷諾(Renault SA)電動汽車業務的專案經理塞西爾·索博爾(Cecile Sobole)說:「這背後蘊含的邏輯其實是迴圈經濟。退役的電動汽車電池將日益成為能源領域的重要組成部分。」
儘管很多公司前仆後繼地跳入這個市場,但美國最大電動汽車製造商特斯拉(Tesla)卻採取了觀望態度。這家總部位於加州帕洛阿爾托的公司稱,經過10到15年的使用,其電池很可能不適合執行新任務,該公司目前正著眼於回收原材料。
對於廠家來說,若從退役電池中提取鈷等材料或乾脆直接生產新電池更加有利可圖,那麼迴圈再利用的腳步可能就會放緩。
電動汽車動力電池性能下降可體現在,一次充電的續航里程減少以及充電次數增加。一般在家用電動汽車上使用10年、公交巴士和計程車上使用四年後,電池就需要更換。
雖然那些換下來的電池沒法再為乘用車提供電力,但卻十分適合執行一些要求不太高的任務,比如存儲來自太陽能電池板和風力渦輪機的電力,或在低電價時段,將電網上的電存儲起來。
位於倫敦的能源迴圈儲存研究和諮詢公司(Circular Energy Storage Research and Consulting)的創始人漢斯·埃裡克·梅林(Hans Eric Melin)說:「鋰離子電池的電量永遠不會真正耗光,就像你把手電筒裡的鹼性電池拿出來,放到遙控器裡還能用,是一個道理。」
梅林說,到2025年,退役的電動汽車電池約有四分之三將被再利用,最後經過回收處理,還能獲取原材料。也就是說,汽車製造商和電池生產商(如中國的寧德時代)可以通過同一個電池組重複獲利。
Box of Energy、倫敦的Powervault Energy和墨爾本的Relectrify Pty.均是致力於開啟電池組第二春的公司。很多汽車製造商選擇與它們合作。
在瑞典哥德堡一個有三棟公寓樓的社區,Box of Energy在地下室安裝了幾個猶如冰箱大小的銀色電櫃,每個電櫃裡都安裝了20個富豪混合動力汽車的退役電池組。這些電櫃可以儲存樓頂太陽能電池板收集的電力,然後用於電梯運行和公共區域的照明。
一下站,進你家?
哥德堡那個住宅社區的房屋管理員諾德(Lennart Nord)說:「到目前為止都很順利,還沒有出現過故障。」
Powervault稱,迴圈再利用的電池技術可為家庭節省超過三分之一的電費。該公司打算拆解雷諾Zoe電動車上的退役電池,並在今夏用於英格蘭的家庭和學校。Powervault設計的電池組和洗碗機差不多大小,它可推斷出何時儲存電網上的多餘電力最經濟,何時使用存儲電力最划算。
44歲的哈迪(Jeff Hardy)在自己位於倫敦東南部的維多利亞式聯排別墅內安裝了一個Powervault電源組,他認為每年能節省電費約110英鎊。
能源領域的學者、顧問哈迪說:「這個電源組基本可以有效補充我的太陽能系統,讓我可以免費用更多電。電動汽車電池的製造過程確實會影響環境,而重複再利用則可以切實減少這種影響的痕跡。」
數量暴增
全球電動汽車退役電池將迅速增加
較大的電池系統還可以為公司節省成本。日產聆風的退役電池不久後就可以照亮日本海濱小鎮浪江町的街道。這個小鎮正在走出2011年福島第一核電站(Fukushima Daiichi)核洩漏影響的陰影。
一處新建設施可在四小時內完成對一個床墊大小的電池的檢查拆分,並將拆卸下來的零件用於不同用途,包括再次被電動汽車使用等。據日產汽車的設想,該設施最終可以每年拆解1萬組電池。
混合動力車普銳斯(Prius)的製造商豐田汽車明年將在日本711便利店外安裝退役動力電池。這些電池將存儲來自太陽能電池板的電能,然後在需要的時候給店內的飲料冰櫃、炸雞加熱器和香腸烤架供電。
比亞迪電池事業群海外銷售總經理趙彤(Tom Zhao)說,電動汽車的動力電池在退役時,一般還有50%到70%的電容量。這家獲巴菲特(Warren Buffett)投資支持的公司不僅用二手電池組給無線傳輸塔供電,還給中國最大的一個能源存儲系統(位於深圳)供電。趙彤說:「不進行再利用,就是巨大的浪費。」撰文/David Stringer、Jie Ma
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