【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
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70萬在臺灣連國產汽油Kicks都買不起了,日本可以有大一號的X-Trail e-Power,香不香
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