Электромобили, аккумуляторы вторичного использования и их влияние на сектор энергетики
Статья (PDF-606KB)
В течение следующих нескольких десятилетий интенсивное использование электромобилей (EV) приведет к появлению тераватт-часов аккумуляторов, которые больше не соответствуют требуемым спецификациям для использования в EV. Чтобы представить это в перспективе, такие страны, как Соединенные Штаты, используют несколько тераватт для хранения электроэнергии в течение всего года, так что это большой потенциал для хранения энергии. Поиск приложений для этих все еще полезных батарей может создать значительную ценность и, в конечном итоге, даже помочь снизить стоимость хранения, чтобы обеспечить дальнейшую интеграцию возобновляемой энергии в наши сети.
Возможность зажечь вторую жизнь
Видео
Даем вторую жизнь аккумуляторам электромобилей Аккумуляторы EV имеют долгий срок службы.
Подвергаясь экстремальным рабочим температурам, сотням неполных циклов в год и изменяющейся скорости разряда, литий-ионные батареи для электромобилей сильно деградируют в течение первых пяти лет эксплуатации и в большинстве случаев рассчитаны примерно на десятилетие полезного срока службы. Тем не менее, эти батареи могут прожить вторую жизнь, даже если они больше не соответствуют стандартам производительности электромобилей, которые обычно включают поддержание 80 процентов от общей полезной емкости и достижение скорости саморазряда в состоянии покоя всего около 5 процентов в течение 24 часов. После восстановления такие батареи по-прежнему способны работать достаточно для менее требовательных приложений, таких как стационарные услуги по хранению энергии.
Когда первый срок полезного использования аккумуляторной батареи электромобиля подходит к концу, у производителей есть три варианта: они могут утилизировать ее, переработать ценные металлы или использовать повторно (Иллюстрация 1).
Экспонат 1
Мы стремимся предоставить людям с ограниченными возможностями равный доступ к нашему веб-сайту.
Если вам нужна информация об этом контенте, мы будем рады работать с вами. Пожалуйста, напишите нам по адресу: [email protected]
Повторное использование может обеспечить наибольшую ценность на рынках, где есть спрос на батареи для стационарных систем хранения энергии, которые требуют менее частого цикла замены батареи (например, от 100 до 300 циклов в год). Исходя из требований к цикличности, аккумуляторы для электромобилей, бывших в употреблении, наиболее подходят для трех применений: обеспечение резервной мощности для поддержания надежности электроснабжения коммунального предприятия с меньшими затратами за счет замены более дорогих и менее эффективных активов (например, старых газовых турбин с комбинированным циклом), отсрочка инвестиций в передачу и распределение, а также использование возможностей арбитража электроэнергии за счет хранения возобновляемой энергии для использования в периоды дефицита, что обеспечивает большую гибкость сети и укрепление сети.
Большие объемы с большими проблемами
Из-за быстрого роста числа электромобилей в последние годы и даже более быстрого ожидаемого роста в течение следующих десяти лет в некоторых сценариях, к 2030 году запас аккумуляторов второго срока службы для стационарных приложений может превысить 200 гигаватт-часов в год. Этот объем превысит спрос на литий-ионные накопители коммунального масштаба для приложений с низким и высоким циклом вместе взятых (Иллюстрация 2), который к 2030 году составит рынок с глобальной стоимостью более 30 миллиардов долларов.
Экспонат 2
Мы стремимся предоставить людям с ограниченными возможностями равный доступ к нашему веб-сайту. Если вам нужна информация об этом контенте, мы будем рады работать с вами. Пожалуйста, напишите нам по адресу: [email protected]
Однако, чтобы разблокировать этот новый пул аккумуляторов, необходимо решить несколько проблем, связанных с перепрофилированием аккумуляторов для электромобилей.
Во-первых, на рынке представлено большое количество конструкций батарейных блоков, которые различаются по размеру, химическому составу электродов и формату (цилиндрические, призматические и пакетные). Каждая батарея разрабатывается производителем аккумуляторов и OEM-производителем автомобилей так, чтобы она лучше всего подходила для данной модели электромобиля, что усложняет восстановление из-за отсутствия стандартизации и фрагментации объема. К 2025 году будет выпущено до 250 новых моделей электромобилей с аккумуляторами от более чем 15 производителей.
Вторая проблема связана с уменьшением стоимости новых аккумуляторов. По мере того как новые батареи становятся дешевле, разница в стоимости между бывшими в употреблении и новыми уменьшается, учитывая, что скорость снижения стоимости восстановления, как ожидается, будет отставать от скорости снижения стоимости производства новой батареи. По нашим оценкам, при нынешних темпах обучения экономическое преимущество от 30 до 70 %, которое аккумуляторы вторичного использования, вероятно, продемонстрируют в середине 2020-х годов, может сократиться примерно до 25 % к 2040 году. Этот разрыв в затратах должен оставаться достаточно большим, чтобы гарантировать ограничения производительности батарей второго срока службы по сравнению с новыми альтернативами.
Хотите узнать больше о McKinsey Center for Future Mobility?
Проблема номер три связана с зарождением стандартов на батареи второго срока службы. Не существует никаких гарантий в отношении качества или производительности батареи второго срока службы, и несколько отраслевых стандартов сосредоточены на системах управления батареями или раскрытии информации о состоянии, не говоря уже о стандартных технических характеристиках батареи, которая должна использоваться для данного приложения.
Четвертая проблема – незрелый режим регулирования. Сегодня, хотя на большинстве рынков действуют те или иные формы регулирования, требующие переработки или восстановления потребительской электроники в целом, на большинстве рынков нет конкретных требований к аккумуляторам для электромобилей или разграничения ответственности между производителем и потребителем, за исключением нескольких примеров, когда цели установлен (например, в Калифорнии и Китае). Отсутствие регулирования создает неопределенность для OEM-производителей, компаний-производителей аккумуляторов второго срока службы и потенциальных клиентов. Отсутствие регулирования также приводит к региональным различиям в отношении того, является ли переработка или повторное использование преобладающим путем.
Несмотря на то, что эти проблемы являются значительными, их можно преодолеть путем целенаправленных действий со стороны поставщиков, конечных пользователей и регулирующих органов в этом секторе, что позволит создать устойчивую индустрию аккумуляторов второго срока службы.
Для начала, чтобы справиться с растущим числом моделей электромобилей и аккумуляторов, автопроизводители могут разрабатывать свои электромобили с учетом применения во второй раз. Например, Nissan оформила партнерство с Sumitomo Corporation для повторного использования аккумуляторных блоков от Nissan Leaf для стационарных распределенных систем хранения данных и систем хранения коммунального масштаба. В сентябре 2018 года Renault объявила о своей программе Advanced Battery Storage Program. В этом сотрудничестве участвуют несколько партнеров в энергетическом секторе, и ожидается, что к 2020 году в Европе будет установлено 70 мегаватт / 60 мегаватт-часов подержанных аккумуляторов для электромобилей, что на сегодняшний день является крупнейшим в Европе.
Чтобы оставаться конкурентоспособными в условиях снижения стоимости новых литий-ионных аккумуляторов, компании могут внедрять промышленные процессы и масштабировать процессы восстановления для снижения затрат и, таким образом, сохранения разрыва в стоимости между новыми и бывшими в употреблении аккумуляторами.
Что касается отсутствия стандартов, ряд глобальных агентств и коалиций частного сектора, состоящих из OEM-производителей и компаний, производящих аккумуляторы второго срока службы, уже работают над общеотраслевыми стандартами безопасности аккумуляторов второго срока службы. Эти стандарты по существу будут классифицировать батареи на основе их потенциальной производительности и классифицировать приложения для хранения данных на основе их потребностей в производительности, чтобы обеспечить прозрачность предложения продукции и рыночного спроса. Учитывая динамичный характер отрасли аккумуляторов для электромобилей и неустанное внимание к прорывам в области дизайна, производства и производительности, создание органа для регулярного пересмотра и уточнения стандартов аккумуляторов и ежегодного отчета о средней стоимости и операционных контрольных показателях может еще больше ускорить рост внедрения аккумуляторов.
Потенциальное влияние электромобилей на глобальные энергетические системы
Наконец, в отсутствие директивного регулирования, определяющего, является ли переработка или повторное использование способом, необходимым для предотвращения массовой утилизации аккумуляторов, вовлеченные заинтересованные стороны, включая OEM-производителей аккумуляторов, компании вторичного использования, OEM-производителей автомобилей и коммунальные предприятия, имеют возможность формировать экосистема.
Они не только могут определить путь максимизации стоимости между переработкой и повторным использованием, но и могут разработать новые бизнес-модели, чтобы полностью реализовать ценность. Renault, например, участвует в программах утилизации и повторного использования с отраслевыми партнерами, а также в структурированном процессе на каждом пути, основанном на региональном контексте. Выстраивая отношения с конечными потребителями, будь то коммунальные предприятия, коммерческие или промышленные предприятия, и получая представление об их планах расширения мощностей, OEM-производители автомобилей, такие как Renault, и даже OEM-производители аккумуляторов могут разумно выбрать свой путь управления по окончании срока службы ( то есть определение того, есть ли достаточный спрос со стороны приложений, подходящих для восстановленных батарей, или предпочтительна ли переработка).
Модели владения батареями также могут развиваться. Сегодня OEM-производители автомобилей и OEM-производители аккумуляторов спокойно передают право собственности на аккумуляторы владельцам автомобилей.
Однако по мере стабилизации рынков вторичного использования владение аккумуляторной системой станет более привлекательным из-за подтвержденной остаточной стоимости системы, которую автопроизводители и производители аккумуляторов не захотят отдавать. Соответственно, мы можем увидеть рост лизинга аккумуляторов для электромобилей, так что OEM-производители автомобилей или OEM-производители аккумуляторов смогут сохранить право собственности на второй источник дохода от аккумуляторов.
Смещение электромобилей в массовое использование уже существенно изменило цепочку создания стоимости в автомобилестроении, а теперь оно находится на грани разрушения и в цепочке создания ценности для хранения энергии. Необходимость утилизировать миллионы батарей для электромобилей в будущем уже привела к появлению новых отраслей переработки и повторного использования, создавая новые ценностные пулы с новым потенциалом для использования и интеграции возобновляемой энергии в наши сети. В то время как перед этими отраслями стоит серьезная задача быть в авангарде создания рынка, корпорации и их регулирующие органы имеют возможность принять меры, чтобы позиционировать себя, чтобы получить ценность, которую обещают батареи второго срока службы.
Им просто нужно смотреть вперед.
Будьте в курсе ваших любимых тем
Приложения для утилизации аккумуляторов электромобилей и вторичного использования
Перейти к основному содержаниюПрограмма утилизации аккумуляторов электромобилей и приложений второго срока службы предназначена для расширения существующей программы Министерства энергетики по исследованиям, разработкам и демонстрациям утилизации аккумуляторов электромобилей и вторичного использования автомобильных аккумуляторов.
ОбзорОфис:Управление производства и цепочек поставок энергии | Новая программа:Да |
Сумма финансирования:200 000 000 долларов | Механизм финансирования:Соглашение о сотрудничестве |
Получателей:Высшие учебные заведения, национальные лаборатории, некоммерческие и коммерческие частные организации, государственные и местные органы власти, а также консорциумы этих организаций | Период доступности:Доступно, пока не израсходовано |
Дополнительная информация
Объявления программы
Следующая веха
Ожидаемое открытие приложений во втором квартале 2022 года.
Оставить комментарий