作者：自然資源保護(hù)協(xié)會(huì)清潔電力項(xiàng)目主管周曉航、清潔電力項(xiàng)目副主任劉明明

動(dòng)力電池是新能源汽車(chē)的核心部件，其技術(shù)創(chuàng)新和成本控制是我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵。但目前動(dòng)力電池面臨著同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)嚴(yán)重、成本居高不下、安全隱患亟需解決等問(wèn)題。

NRDC的專(zhuān)家認(rèn)為，為破解上述難題，動(dòng)力電池行業(yè)應(yīng)借力車(chē)網(wǎng)融合的政策利好進(jìn)行多場(chǎng)景應(yīng)用設(shè)計(jì)。其中，最有潛力的應(yīng)用場(chǎng)景是實(shí)施車(chē)網(wǎng)互動(dòng)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)V2G）和動(dòng)力電池的梯次利用。

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V2G的政策利好

在近兩年發(fā)布的《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》、《電力需求側(cè)管理辦法（2023年版）》和《關(guān)于進(jìn)一步加快電力現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)工作的通知》等文件中，電動(dòng)汽車(chē)作為負(fù)荷側(cè)靈活性調(diào)節(jié)資源的重要性得到了前所未有的重視。電動(dòng)汽車(chē)通過(guò)V2G與電網(wǎng)雙向充放電，用電低谷時(shí)段充電，用電高峰時(shí)段對(duì)電網(wǎng)反向放電，能夠起到削峰填谷的調(diào)峰作用。

今年8月，《加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)行動(dòng)方案(2024—2027年)》提出，具備條件的典型地區(qū)需求側(cè)響應(yīng)能力應(yīng)達(dá)到最大用電負(fù)荷的10%左右。V2G是提升響應(yīng)能力的重要手段之一。今年9月，國(guó)家發(fā)改委等四部門(mén)發(fā)布《關(guān)于推動(dòng)車(chē)網(wǎng)互動(dòng)規(guī)模化應(yīng)用試點(diǎn)工作的通知》，將在全國(guó)開(kāi)展V2G規(guī)模化應(yīng)用試點(diǎn)。V2G迎來(lái)重要發(fā)展機(jī)遇。

動(dòng)力電池與V2G

作為電動(dòng)汽車(chē)的核心部件，動(dòng)力電池的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和成本直接影響到新能源汽車(chē)的健康發(fā)展。國(guó)家發(fā)改委等部門(mén)于2023年年底發(fā)布《加強(qiáng)新能源汽車(chē)與電網(wǎng)融合的實(shí)施意見(jiàn)》（簡(jiǎn)稱(chēng)車(chē)網(wǎng)融合政策），第一個(gè)重點(diǎn)任務(wù)就提出了 “加大動(dòng)力電池關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，在不明顯增加成本基礎(chǔ)上將動(dòng)力電池循環(huán)壽命提升至3000次及以上，攻克高頻度雙向充放電工況下的電池安全防控技術(shù)。” 為有效發(fā)揮新能源汽車(chē)可控負(fù)荷或移動(dòng)儲(chǔ)能的靈活性調(diào)節(jié)能力，動(dòng)力電池的技術(shù)發(fā)展和成本控制至關(guān)重要。

以往的動(dòng)力電池技術(shù)發(fā)展政策性文件主要關(guān)注電池能量密度，制造企業(yè)的研發(fā)投入也側(cè)重于提升電池能量密度。而車(chē)網(wǎng)融合政策的出臺(tái)，為電網(wǎng)和新能源汽車(chē)的發(fā)展提出了新的解決方案，也為動(dòng)力電池帶來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇。

動(dòng)力電池的行業(yè)困境

動(dòng)力電池行業(yè)目前面臨的問(wèn)題包括同質(zhì)化競(jìng)爭(zhēng)嚴(yán)重、成本居高，以及安全隱患亟需得到解決等。

為迎合終端用戶(hù)需求，電池設(shè)計(jì)聚焦緩解用戶(hù)的里程和充電焦慮。因此，動(dòng)力電池企業(yè)技術(shù)研發(fā)主要集中在高能量密度（長(zhǎng)續(xù)航）和超快充技術(shù)上，技術(shù)路線(xiàn)趨同于全固態(tài)半固態(tài)等高能量密度電池和大功率快充電池研發(fā)等。但由于固態(tài)電池對(duì)工藝技術(shù)的要求高，目前成本仍居高不下，全固態(tài)電池成本高達(dá)30-40元/Wh（電芯），而且固態(tài)電池使用的鋰金屬負(fù)極在提升續(xù)航能力的同時(shí)也增加了自燃的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于快充電池來(lái)說(shuō)，雖然因技術(shù)發(fā)展成本有所下降，但大功率的充放電增加了安全隱患。

除了上述動(dòng)力電池發(fā)展本身的困境之外，單一的技術(shù)路線(xiàn)選擇還給行業(yè)生態(tài)帶來(lái)了更廣泛的負(fù)面影響。

首先，大功率充電威脅配網(wǎng)可靠性并影響車(chē)主體驗(yàn)。大量電動(dòng)汽車(chē)，尤其是大功率快充型電動(dòng)汽車(chē)，如果同時(shí)在峰荷時(shí)段充電，會(huì)給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)挑戰(zhàn)，對(duì)充電場(chǎng)站的配電網(wǎng)提出了更高的安全等級(jí)要求和配網(wǎng)容量需求。這些都亟需電網(wǎng)增容改造，而配電網(wǎng)的發(fā)展需要時(shí)間和資金來(lái)有序建設(shè)。快速地發(fā)展大功率快充電池只會(huì)導(dǎo)致充電難，影響車(chē)主體驗(yàn)。2024年夏季，成都用電負(fù)荷攀升，電力供應(yīng)緊張，被迫關(guān)停部分電動(dòng)汽車(chē)充電場(chǎng)站。這種切斷電動(dòng)汽車(chē)充電負(fù)荷的做法，給電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)的出行帶來(lái)了極大的不便。

其次，單一的技術(shù)路線(xiàn)推動(dòng)資源向少數(shù)電池制造巨頭集中。為提升安全性，全固態(tài)電池需要更高級(jí)別的工藝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)水平，快充電池也需要更安全的電池管理系統(tǒng)，這些都對(duì)電池企業(yè)的生產(chǎn)、技術(shù)和管理水平提出了非常高的要求。同時(shí)，由于目前技術(shù)選擇較為單一，且主流技術(shù)研發(fā)和生產(chǎn)投入大，需要企業(yè)具有雄厚的資金來(lái)支撐原材料供應(yīng)和生產(chǎn)，小型創(chuàng)新企業(yè)很難進(jìn)入動(dòng)力電池行業(yè)，因此出現(xiàn)資源向少數(shù)電池制造巨頭集中的趨勢(shì)。從長(zhǎng)期來(lái)看，不利于行業(yè)的健康發(fā)展。

此外，產(chǎn)業(yè)鏈向上布局增加企業(yè)的經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。為穩(wěn)定原材料成本，動(dòng)力電池企業(yè)紛紛向產(chǎn)業(yè)鏈上游布局，投資礦產(chǎn)資源產(chǎn)業(yè)。但此舉也增加了企業(yè)的重資產(chǎn)投入，企業(yè)經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)增加。在這種情況下，產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)的韌性較低。如果企業(yè)在某一個(gè)環(huán)節(jié)上的資金或經(jīng)營(yíng)出現(xiàn)問(wèn)題，就很難維持正常生產(chǎn)。加之，由于企業(yè)布局產(chǎn)業(yè)鏈較長(zhǎng)，投入研發(fā)的資金受限，降低了企業(yè)的創(chuàng)新能力，很難適應(yīng)快速的市場(chǎng)變化。

動(dòng)力電池的破局之路

上述問(wèn)題不僅導(dǎo)致我國(guó)動(dòng)力電池行業(yè)出現(xiàn)供給過(guò)剩、技術(shù)創(chuàng)新不足、產(chǎn)業(yè)鏈韌性低等現(xiàn)象，也讓動(dòng)力電池企業(yè)陷入盈利空間不斷被壓縮的困境。破局的關(guān)鍵在于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)上的多場(chǎng)景應(yīng)用設(shè)計(jì)：考慮電動(dòng)汽車(chē)使用過(guò)程中的相關(guān)主體需求，如區(qū)分電網(wǎng)、用戶(hù)以及新能源發(fā)電企業(yè)等，設(shè)計(jì)更為細(xì)分的產(chǎn)品，滿(mǎn)足不同場(chǎng)景需求，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

具體而言，未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)可以分類(lèi)為長(zhǎng)續(xù)航型、快充型和V2G型，分別對(duì)應(yīng)長(zhǎng)途行駛、運(yùn)營(yíng)行駛（即出租車(chē)和公交等需要快速補(bǔ)能的場(chǎng)景）和通勤短途行駛等不同場(chǎng)景。在這三種場(chǎng)景中，通勤短途行駛的電動(dòng)汽車(chē)具有規(guī)律性行駛時(shí)段，適合參與V2G，為電力系統(tǒng)提供調(diào)節(jié)能力。V2G電池在生產(chǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮頻繁充放電的需求。而在另外兩種情景下，電動(dòng)汽車(chē)參與V2G的可能性較小，電動(dòng)汽車(chē)報(bào)廢以后，電池可能存在一定剩余充放電壽命。在生產(chǎn)和設(shè)計(jì)這種電池時(shí)，可以考慮梯次利用的需求。

V2G提高動(dòng)力電池全生命周期價(jià)值

V2G能夠讓動(dòng)力電池在電動(dòng)汽車(chē)報(bào)廢前充分發(fā)揮它的價(jià)值，在電力需求低谷期充電，高峰期放電或成為備用電源，既解決了電網(wǎng)需求，又幫助用戶(hù)從中獲益，實(shí)現(xiàn)多贏。

從車(chē)主角度來(lái)看，目前電動(dòng)汽車(chē)報(bào)廢后，二手車(chē)市場(chǎng)的回收價(jià)格較低。根據(jù)中國(guó)汽車(chē)流通協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)，目前二手電動(dòng)汽車(chē)三年保值率低于50%，與二手燃油車(chē)相比差距較大。如果通過(guò)V2G在使用過(guò)程中就獲取經(jīng)濟(jì)回報(bào)，可以降低購(gòu)車(chē)成本，增加車(chē)主購(gòu)車(chē)的意愿。以目前V2G的補(bǔ)貼形式測(cè)算，年收益可達(dá)到4000元左右。

從電網(wǎng)角度來(lái)看，目前風(fēng)光等新能源發(fā)電大規(guī)模的接入導(dǎo)致系統(tǒng)調(diào)節(jié)難度和成本都在攀升，而電動(dòng)汽車(chē)作為最具成本效益的靈活調(diào)節(jié)資源，可以大幅降低電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型成本，為電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供支持和保障。

然而，V2G要求電池能適應(yīng)頻繁充放電，保障安全性，并確保用戶(hù)有一定收益。因此，需要設(shè)計(jì)低成本、高充放電壽命的動(dòng)力電池，并配備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池健康和電能量狀態(tài)的電池管理系統(tǒng)，確保電池時(shí)刻處于安全運(yùn)行狀態(tài)。在電網(wǎng)發(fā)出需求時(shí)，這類(lèi)動(dòng)力電池可以在保障安全的前提下進(jìn)行及時(shí)響應(yīng)，并在考慮電池成本的前提下給用戶(hù)帶來(lái)收益。

梯次利用發(fā)揮廢舊動(dòng)力電池的剩余價(jià)值

動(dòng)力電池的回收包括再生利用和梯次利用。再生利用是將廢舊動(dòng)力電池通過(guò)拆解、提煉金屬等方式進(jìn)行資源化處理，回收有價(jià)值的再生資源。而梯次利用是將退役的動(dòng)力電池進(jìn)行篩選，選擇電池包或模組中性能較好的電池通過(guò)儲(chǔ)能或備用電源等方式進(jìn)行再次使用。

如果直接再生利用，將只能回收材料級(jí)的價(jià)值（鎳、鈷、鋰、錳和一些金屬和碳材料），浪費(fèi)了動(dòng)力電池產(chǎn)品級(jí)的循環(huán)充放電壽命。實(shí)際上，電動(dòng)汽車(chē)報(bào)廢后，動(dòng)力電池不一定完全報(bào)廢，還存在剩余價(jià)值，也就是還有充放電使用壽命，通過(guò)梯次利用可以繼續(xù)“發(fā)光發(fā)熱”，在一定程度上緩解了動(dòng)力電池原材料供應(yīng)緊張的問(wèn)題。不過(guò)，現(xiàn)階段退役的動(dòng)力電池在性能和原始設(shè)計(jì)上考慮不足，導(dǎo)致梯次利用的經(jīng)濟(jì)性和安全性還有待提升。

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結(jié)束語(yǔ)

動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展依賴(lài)于產(chǎn)業(yè)鏈的可持續(xù)性，因此必須同時(shí)考慮效益最大化和資源的循環(huán)再利用。推廣多場(chǎng)景應(yīng)用，實(shí)施V2G和動(dòng)力電池的梯次利用，是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵策略。在新型電力系統(tǒng)建設(shè)的大背景下，將電動(dòng)汽車(chē)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏ο到y(tǒng)中最具靈活性的電力調(diào)節(jié)資源，不僅可以破解動(dòng)力電池的困境，也將為新型電力系統(tǒng)的建設(shè)提供強(qiáng)有力的支撐。

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