發改委能源研究所劉堅：2030年退役電池總量或將達到270GWh
國家發展和改革委員會能源研究所助理研究員劉堅博士作主題演講
11月17日，“2017’第二屆動力電池應用國際峰會暨第三屆中國電池行業智能制造研討會”繼續在北京精彩召開。本屆峰會由中國化學與物理電源行業協會和電池中國網共同主辦，天津力神電池股份有限公司聯合主辦；中國化學與物理電源行業協會動力電池應用分會承辦，無錫先導智能裝備股份有限公司聯合承辦。參加此次峰會人數超600人。
在回收及后市場分論壇上，國家發展和改革委員會能源研究所助理研究員劉堅博士作主題演講，主要討論了國內動力電池儲能市場潛力、經濟性的情況，以及對電力系統應用價值的梳理、政策建議。
以下為劉堅演講內容：
首先非常感謝來小康所長的介紹，邀請我參加這次會議。我來自國家發改委能源研究所，我們的研究領域包括像新能源、風電、太陽能、可再生能源，包括一些新興的儲能、電動汽車，新型的智能化用電技術。今天我給大家帶來的題目就是電動汽車這個領域，跟咱們今天的主題相關，就是動力電池它使用之后潛在的利用價值，是否可以產生一些經濟性，特別是在儲能領域它的應用前景。
下面我給大家介紹四塊，一個是國內電動汽車發展背景，核心討論兩點，一個是動力電池儲能它的市場應用空間有多大，市場潛力的問題，第二個就是它的經濟性的情況是怎么樣的，最后還有一些電力系統應用價值的梳理，包括一些政策建議這方面的內容。
簡單看一下電動汽車的整體的發展，國際能源署統計的一個結果，中國近幾年的發展速度非?？?，從15年開始它的新增市場占有率已經達到了全球最大的規模，現在也是全球最大的保有量市場。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在大力推進電動汽車發展，而且提出了燃油車禁售的時間表。中國同樣也是在今年9月份工信部發出了類似這樣一個政策信號，長期來看，中國電動汽車的發展還是有很大的提升空間。
這張圖就是一個中國國內的電動汽車，包括充電基礎設施增速的情況，大致的一個梳理，大家都比較了解。今天我們說電動汽車參與電力系統儲能的方式可以分為不同的種類，比如像最直接的一點，我們不加任何干預的讓電動汽車并網，充電負荷和傳統負荷之間沒有太多協調，是一個隨機充電的情況。包括第二種有序充電，是比較友好型的，充電的行為與電網負荷的峰谷有一定的協同。第三類就是退役動力電池可以間接的形成與電網協同的方式。最后一點，可能大家都知道電動汽車與電網的雙向互動，我們主要看一下第三類它的情況。
國內外有很多應用的場景或者示范的項目，比如我列舉了兩個都是德國的，德國的一些車企和當地的電網公司還有原材料回收企業他們形成了一個產業鏈，探索一些新生的商業模式，來發掘電動汽車的退役動力電池它潛在的儲能應用價值。在國內有些項目，我列舉了一個案例，就是在寶馬公司在上海有一個智能駕駛研究院，在這個研究院里面也是形成了一個微網的系統，里面放了三百多千瓦時的電池組，就是寶馬的電動汽車退役的動力電池下來以后用作微網的儲能。這個儲能加進去以后，就產生了一系列的效益，最直接的一點，它本來這個項目想到用電池儲能，最直接的一點，因為它的研究院里面有很多服務器，有很多的研發功能，所以它希望供電是一個相對可靠的，供電質量比較高的一個運行，所以它就放了電池。但是運行一段時間以后，發掘在上海它還是存在一個比較明顯的工商業的峰谷電價差，晚上充電，白天給服務器供電，整個研究院用電的成本也會下降，起到了一個比較明顯的經濟性的效果。
回到我們今天的題目來講，我們首先想知道未來在中國它的退役動力電池的市場規模到底有多大，最直接的影響因素還是電動汽車本身數量的變化。其實這幾年來有很多不同的研究機構對中國的電動汽車市場有自己的判斷預測，但是一直都在動態的更新。特別是今年一系列的政策，比如燃油汽車禁售的信息，還有雙積分的政策出臺以后，大家對未來電動汽車市場的增長會有更加樂觀的一種預測。我們也對未來電動汽車的發展趨勢有一些調整，比如上面這張圖就是我們對電動汽車在新增市場中的占比預測，我們認為到2030年左右，它的市場份額大致達到60-70%的市場份額，占到新售市場的主體。
下面我們對所有電動汽車保有量的估計，到2030年左右，全國的電動汽車總的保有量就會接近一億輛，是非常大的市場規模。由此帶來很大的一個儲能空間，推動電池儲能空間。第二點就是一個比較重要的影響因素，電池技術本身的進步，同樣有很多研究機構，國內外都有很多，對未來動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鋰電池，提升電池的能量密度。美國能源部，包括國內汽車工程學會做了一些預測，到2030年電池能量密度可以達到500瓦時每公斤，差不多現在的三倍左右，基于現有的鋰電池技術路線，能量密度提升空間還是比較大的。
另外決定退役電池規模的一點就是車輛本身退役的速度，這個我們有很多研究基礎，之前更多的是傳統燃油汽車的更替，動力電池的壽命折損，就看車輛使用的程度了。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型。結合這些因素，我們就可以對未來的電動汽車動力電池儲能規模進行一個預測，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瓦時這樣的規模。
電量規模大家比較難判斷，比如我們270G瓦時的電量如果以四小時來放電的話，大約可以支持七千多萬到八千萬千瓦的裝機規模，哪怕我們僅考慮退役電池的儲能容量，也是一個非常大的儲能資源。當然它相對于車載電池來說，即使到2030年有大量的退役電池下來以后，相比于車載電池容量還是比較小的一部分，大約占到6%。
下面就是一個經濟性的問題，可能大家對這塊是比較關心的。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的電池生產使用，最后淘汰，材料回收這樣一個過程，這樣一個流程。退役的動力電池儲能就是在我們電池拆解這個環節里面新增了這樣一個小的閉環，增加了電池的檢測和重組，應用在儲能場景里面。電池在儲能的應用完之后，再進行回收和收集，再放回到電池工廠的拆解過程，多了三個環節，我們就把下面虛線這個框的部分定義為新增的部分。
我們用美國可再生能源實驗室他們的一個模型來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，影響電池梯次利用成本最關鍵的一點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聯的，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降的比較低一些，因為人工的成本會比較低。但是反過來，大的電池模組再做梯次利用的話，受故障率的影響就會比較大。一個比較小的電池單體的故障可能會導致一個比較大的退役電池整體的報廢，這兩者之間存在一個優化的點。我們在這個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，比如在這里面是萬分之一的故障率，你的成本可以降到157塊錢每千瓦時，一毛多每瓦時的梯次利用的成本，是一個非常理想的情況，這個前提是我們已經建立了非常完善的梯次利用的產業鏈。
另外一點，直接影響到梯次利用市場競爭力一個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，你的競爭力就越來越弱。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，比如經濟學人，還包括像國際能源署也做過預測，美國一些國家能源實驗室也做過預測等等，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，也做了一個鋰電池與其他各類傳統的儲能技術之間的一個成本下降速度的預測，我們采用了一個經驗區間的辦法，并不是按照時間走的。如果你的產量足夠大的話，你的規模效應會影響你成本下降的速度。我們這里面可以對比一下，粗的那個線是動力電池成本的下降，現在來講動力電池成本已經慢慢與靜態的固定的鋰電池儲能的成本差不太多了，未來由于電動汽車的產業規模影響，它的需求量遠遠大于靜態的儲能需求。你的成本下降速度可能更快，有可能電動汽車所帶動的產業，將電力系統儲能成本都會拉低。其中比較有意思的一點就是抽水蓄能，遠遠低于各類鋰電池儲能，但是現在有一個問題，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，它的成本以經驗曲線的方式來預測的話，它的成本也會降，降不過電動汽車儲能的成本下降速度的。但這個里面有一個問題，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講，圖最右邊那個點，鋰電池成本下降的空間基本已經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一步來核實。
我們對比了新電池的經濟性和老電池的經濟性，梯次利用的經濟性到底會怎么樣，有一個假設，梯次利用的電池不可能像新電池有一樣，有一個全生命周期的100%的電量吞吐，假如40%的剩余電量的吞吐，它的實際價值相當于新電池的40%。下面這條虛線就是退役電池它的市場價值對應的實際成本下降的速度，橫的一條黑線代表梯次利用，剛才說一毛五每瓦時的成本，在這張圖里面，大約到30年之前，你新買電池的成本可能已經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系，包括電動汽車本身的充電時間的調節儲能，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，包括儲能，包括需求響應。基本上以現有的抽水蓄能穩步發展，就可以滿足我們調節需求。下面是我們高比例的可再生能源發展的需求，在傳統抽水蓄能基礎上，我們需要增加像電動汽車的有序充電，增加其他需求響應的一些資源的發掘。
最后來看一下系統應用價值，跟儲能的應用價值是類似的。包括發電側、輸配側和用戶側，把實際的價值和用戶能獲得的收益能夠嫁接起來。國內儲能比較容易實現商業化的可能就是在這三種方式，特別是前兩種，不細說了。
最后做一下總結，電動汽車產業高速發展對電池儲能產業有很大的影響，新電池成本下降速度直接影響退役電池儲能競爭力。對梯次利用來講，拆解再回收，再檢測，再重組這種方式來講，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整體打包，我們不經過拆解，電池在生產之初就已經有比較完備的數據收集渠道。最后利用起來，回收的檢測成本就會極大的降低。最后，我們認為非常重要的一點，一個產業鏈的形成需要商業模式的創新和體制機制的突破，要把電池、車輛、出行、能源環節各個環節打通，障礙是非常大的，不同的政府部門之間還是有一些協調的難度，操作起來還是有一定難度。最后是價格機制，像動態的實時電價是一個方面，還有一個就是放電價格是否能夠放開，或者結合電力市場化改革的一些動向，可能會對電池梯次利用，特別儲能利用里面會產生一個比較直接的影響。謝謝大家！
（根據發言整理，已經本人審閱）
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