發(fā)改委能源研究所劉堅(jiān)：2030年退役電池總量或?qū)⑦_(dá)到270GWh
國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)能源研究所助理研究員劉堅(jiān)博士作主題演講
11月17日，“2017’第二屆動(dòng)力電池應(yīng)用國(guó)際峰會(huì)暨第三屆中國(guó)電池行業(yè)智能制造研討會(huì)”繼續(xù)在北京精彩召開(kāi)。本屆峰會(huì)由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)和電池中國(guó)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(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)動(dòng)力電池應(yīng)用分會(huì)承辦，無(wú)錫先導(dǎo)智能裝備股份有限公司聯(lián)合承辦。參加此次峰會(huì)人數(shù)超600人。
在回收及后市場(chǎng)分論壇上，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)能源研究所助理研究員劉堅(jiān)博士作主題演講，主要討論了國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池儲(chǔ)能市場(chǎng)潛力、經(jīng)濟(jì)性的情況，以及對(duì)電力系統(tǒng)應(yīng)用價(jià)值的梳理、政策建議。
以下為劉堅(jiān)演講內(nèi)容：
首先非常感謝來(lái)小康所長(zhǎng)的介紹，邀請(qǐng)我參加這次會(huì)議。我來(lái)自國(guó)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(chǔ)能、電動(dòng)汽車(chē)，新型的智能化用電技術(shù)。今天我給大家?guī)?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(jì)性，特別是在儲(chǔ)能領(lǐng)域它的應(yīng)用前景。
下面我給大家介紹四塊，一個(gè)是國(guó)內(nèi)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(chǔ)能它的市場(chǎng)應(yīng)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(jì)性的情況是怎么樣的，最后還有一些電力系統(tǒng)應(yīng)用價(jià)值的梳理，包括一些政策建議這方面的內(nèi)容。
簡(jiǎn)單看一下電動(dòng)汽車(chē)的整體的發(fā)展，國(guó)際能源署統(tǒng)計(jì)的一個(gè)結(jié)果，中國(guó)近幾年的發(fā)展速度非常快，從15年開(kāi)始它的新增市場(chǎng)占有率已經(jīng)達(dá)到了全球最大的規(guī)模，現(xiàn)在也是全球最大的保有量市場(chǎng)。除了中國(guó)之外，像法國(guó)、德國(guó)、荷蘭、挪威甚至印度這些國(guó)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(guó)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(hào)，長(zhǎng)期來(lái)看，中國(guó)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(guó)國(guó)內(nèi)的電動(dòng)汽車(chē)，包括充電基礎(chǔ)設(shè)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(tǒng)儲(chǔ)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(yù)的讓電動(dòng)汽車(chē)并網(wǎng)，充電負(fù)荷和傳統(tǒng)負(fù)荷之間沒(méi)有太多協(xié)調(diào)，是一個(gè)隨機(jī)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(fù)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(guó)內(nèi)外有很多應(yīng)用的場(chǎng)景或者示范的項(xiàng)目，比如我列舉了兩個(gè)都是德國(guó)的，德國(guó)的一些車(chē)企和當(dāng)?shù)氐碾娋W(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(chǔ)能應(yīng)用價(jià)值。在國(guó)內(nèi)有些項(xiàng)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(tǒng)，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(chǔ)能。這個(gè)儲(chǔ)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(xiàng)目想到用電池儲(chǔ)能，最直接的一點(diǎn)，因?yàn)樗难芯吭豪锩嬗泻芏喾?wù)器，有很多的研發(fā)功能，所以它希望供電是一個(gè)相對(duì)可靠的，供電質(zhì)量比較高的一個(gè)運(yùn)行，所以它就放了電池。但是運(yùn)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(jì)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(guó)它的退役動(dòng)力電池的市場(chǎng)規(guī)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(shù)量的變化。其實(shí)這幾年來(lái)有很多不同的研究機(jī)構(gòu)對(duì)中國(guó)的電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)有自己的判斷預(yù)測(cè)，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(tái)以后，大家對(duì)未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的增長(zhǎng)會(huì)有更加樂(lè)觀的一種預(yù)測(cè)。我們也對(duì)未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展趨勢(shì)有一些調(diào)整，比如上面這張圖就是我們對(duì)電動(dòng)汽車(chē)在新增市場(chǎng)中的占比預(yù)測(cè)，我們認(rèn)為到2030年左右，它的市場(chǎng)份額大致達(dá)到60-70%的市場(chǎng)份額，占到新售市場(chǎng)的主體。
下面我們對(duì)所有電動(dòng)汽車(chē)保有量的估計(jì)，到2030年左右，全國(guó)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(guī)模。由此帶來(lái)很大的一個(gè)儲(chǔ)能空間，推動(dòng)電池儲(chǔ)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(jī)構(gòu)，國(guó)內(nèi)外都有很多，對(duì)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(jié)果也是比較相近的。從目前三元材料的鋰電池逐漸轉(zhuǎn)移到固態(tài)鋰電池，提升電池的能量密度。美國(guó)能源部，包括國(guó)內(nèi)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)做了一些預(yù)測(cè)，到2030年電池能量密度可以達(dá)到500瓦時(shí)每公斤，差不多現(xiàn)在的三倍左右，基于現(xiàn)有的鋰電池技術(shù)路線，能量密度提升空間還是比較大的。
另外決定退役電池規(guī)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(chǔ)，之前更多的是傳統(tǒng)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(duì)電池老化速度的預(yù)測(cè)，采用的是三元材料的電池某種車(chē)型。結(jié)合這些因素，我們就可以對(duì)未來(lái)的電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池儲(chǔ)能規(guī)模進(jìn)行一個(gè)預(yù)測(cè)，我們預(yù)測(cè)到2030年一億輛保有量的情況下，退役電池的總量達(dá)到270G瓦時(shí)這樣的規(guī)模。
電量規(guī)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，大約可以支持七千多萬(wàn)到八千萬(wàn)千瓦的裝機(jī)規(guī)模，哪怕我們僅考慮退役電池的儲(chǔ)能容量，也是一個(gè)非常大的儲(chǔ)能資源。當(dāng)然它相對(duì)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(jì)性的問(wèn)題，可能大家對(duì)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，上面這條線就代表傳統(tǒng)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(chǔ)能就是在我們電池拆解這個(gè)環(huán)節(jié)里面新增了這樣一個(gè)小的閉環(huán)，增加了電池的檢測(cè)和重組，應(yīng)用在儲(chǔ)能場(chǎng)景里面。電池在儲(chǔ)能的應(yīng)用完之后，再進(jìn)行回收和收集，再放回到電池工廠的拆解過(guò)程，多了三個(gè)環(huán)節(jié)，我們就把下面虛線這個(gè)框的部分定義為新增的部分。
我們用美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室他們的一個(gè)模型來(lái)分析不同因素影響對(duì)電池梯次利用成本影響的大小。我們最后的結(jié)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(dāng)然你的工藝流程上面的成本就會(huì)降的比較低一些，因?yàn)槿斯さ某杀緯?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，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(dǎo)致一個(gè)比較大的退役電池整體的報(bào)廢，這兩者之間存在一個(gè)優(yōu)化的點(diǎn)。我們?cè)谶@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(dāng)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(jìng)爭(zhēng)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，你的競(jìng)爭(zhēng)力就越來(lái)越弱。鋰電池的成本預(yù)測(cè)就更多了，我們列舉了一些，包括像一些媒體，比如經(jīng)濟(jì)學(xué)人，還包括像國(guó)際能源署也做過(guò)預(yù)測(cè)，美國(guó)一些國(guó)家能源實(shí)驗(yàn)室也做過(guò)預(yù)測(cè)等等，基本上也是認(rèn)為到30年大約有70%的成本都是可以降掉的，大約現(xiàn)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(tǒng)的儲(chǔ)能技術(shù)之間的一個(gè)成本下降速度的預(yù)測(cè)，我們采用了一個(gè)經(jīng)驗(yàn)區(qū)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，你的規(guī)模效應(yīng)會(huì)影響你成本下降的速度。我們這里面可以對(duì)比一下，粗的那個(gè)線是動(dòng)力電池成本的下降，現(xiàn)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(chǔ)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(guī)模影響，它的需求量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于靜態(tài)的儲(chǔ)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(tǒng)儲(chǔ)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(yuǎn)遠(yuǎn)低于各類(lèi)鋰電池儲(chǔ)能，但是現(xiàn)在有一個(gè)問(wèn)題，中國(guó)的抽水蓄能資源是受到約束的。我們?nèi)绻昧怂械馁Y源，現(xiàn)在大概不到三千瓦的裝機(jī)，抽水蓄能資源是1.5千瓦不到，它的成本以經(jīng)驗(yàn)曲線的方式來(lái)預(yù)測(cè)的話，它的成本也會(huì)降，降不過(guò)電動(dòng)汽車(chē)儲(chǔ)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(yīng)的成本，這方面的數(shù)據(jù)我們并不是太掌握。以美國(guó)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(dá)到原材料的極限了。到后期成本下降的趨勢(shì)和具體的量需要進(jìn)一步來(lái)核實(shí)。
我們對(duì)比了新電池的經(jīng)濟(jì)性和老電池的經(jīng)濟(jì)性，梯次利用的經(jīng)濟(jì)性到底會(huì)怎么樣，有一個(gè)假設(shè)，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(dāng)于新電池的40%。下面這條虛線就是退役電池它的市場(chǎng)價(jià)值對(duì)應(yīng)的實(shí)際成本下降的速度，橫的一條黑線代表梯次利用，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(tǒng)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(diào)節(jié)儲(chǔ)能，包括像一些傳統(tǒng)的需求響應(yīng)資源，包括抽水蓄能，上面這張圖，如果以現(xiàn)有不大規(guī)模發(fā)展新能源的話，我們并不需要額外的新建很多的靈活性的資源，包括儲(chǔ)能，包括需求響應(yīng)。基本上以現(xiàn)有的抽水蓄能穩(wěn)步發(fā)展，就可以滿足我們調(diào)節(jié)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(tǒng)抽水蓄能基礎(chǔ)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(yīng)的一些資源的發(fā)掘。
最后來(lái)看一下系統(tǒng)應(yīng)用價(jià)值，跟儲(chǔ)能的應(yīng)用價(jià)值是類(lèi)似的。包括發(fā)電側(cè)、輸配側(cè)和用戶側(cè)，把實(shí)際的價(jià)值和用戶能獲得的收益能夠嫁接起來(lái)。國(guó)內(nèi)儲(chǔ)能比較容易實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的可能就是在這三種方式，特別是前兩種，不細(xì)說(shuō)了。
最后做一下總結(jié)，電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展對(duì)電池儲(chǔ)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(chǔ)能競(jìng)爭(zhēng)力。對(duì)梯次利用來(lái)講，拆解再回收，再檢測(cè)，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(shù)據(jù)收集渠道。最后利用起來(lái)，回收的檢測(cè)成本就會(huì)極大的降低。最后，我們認(rèn)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(jī)制的突破，要把電池、車(chē)輛、出行、能源環(huán)節(jié)各個(gè)環(huán)節(jié)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(diào)的難度，操作起來(lái)還是有一定難度。最后是價(jià)格機(jī)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(jié)合電力市場(chǎng)化改革的一些動(dòng)向，可能會(huì)對(duì)電池梯次利用，特別儲(chǔ)能利用里面會(huì)產(chǎn)生一個(gè)比較直接的影響。謝謝大家！
（根據(jù)發(fā)言整理，已經(jīng)本人審閱）
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