《Environmental Geotechnics》：Comparative assessment of economic and environmental impacts across eight second-use scenarios for retired lithium iron phosphate batteries in China
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本研究建立统一的经济与环境评估框架，通过等值年化法（EAM）和生命周期评估（LCA），对比退役锂电池在八个再利用场景中的经济与环境效益。结果表明：经济上联合调频场景最优（年利润1380元/kWh），而环境效益以工业园和通信基站场景为佳（减碳436 kg CO2-eq/kWh）。需权衡经济与环境效益以指导场景选择。
席天|敬贤地|飞鹏|志康湖|金亮谢|国恩伟|子谦夏|环环熊|安瓦尔·汗|姚斌刘
中国中部经济社会发展研究中心，南昌大学，南昌330031，中华人民共和国
摘要
中国正在积极促进退役动力电池的二次利用，以最大化其残值。然而，不同应用场景下的经济可行性和环境效益仍不明确，这限制了合理的选择和规模化应用。以往的研究使用了不同的经济范围和环境核算边界，限制了跨场景的比较。为了解决这一问题，建立了一个整合经济和环境维度的统一框架。采用等效年值法（EAM）将每个场景的成本和效益转换为共同的年度基准，并应用了具有统一系统边界和功能单位的生命周期评估（LCA），以便对八种二次利用应用场景进行定量比较。研究结果表明：（1）从经济角度来看，能量存储-热电联合频率调节（ETJFR）场景的盈利能力最高，年经济效益为1380元人民币/千瓦时，而可再生能源电站场景的表现最差。（2）从环境角度来看，工业园区场景带来的效益最大，全球变暖潜能（GWP）减少了436公斤二氧化碳当量/千瓦时。相比之下，ETJFR场景在所有六个指标上均表现出净增加。（3）敏感性分析表明，剩余循环寿命对可再生能源电站场景至关重要。此外，提高充放电效率可以显著提升环境性能。总体而言，该分析揭示了ETJFR场景的经济优势与工业园区场景的环境效益之间的关键权衡，这为未来的二次利用场景选择提供了参考。
引言
随着新能源汽车数量的快速增长，动力电池正进入加速和集中退役的阶段，预计到2040年将有约340万吨电池组进入废物流。然而，目前只有约25%的退役电池通过正式的回收渠道进行处理（Zuo等人，2025年），这凸显了安全、高效且成本效益高的报废处理方式的迫切需求，以保障资源安全并加强环境治理（Roslan等人，2025年）。与直接报废或立即回收相比，二次利用应用可以延长仍具有可用性能的电池的使用寿命，从而减少关键资源的浪费，降低生命周期成本并减轻环境影响（Zhuang等人，2025年）。最新统计数据显示，2025年1月至8月期间，LFP电池占中国动力电池安装总量的约81.5%，这意味着未来的报废电池流将以LFP化学成分为主（SMM，2025年）。LFP电池具有高安全性、可控的成本以及对镍和钴的低依赖性，因此在整个生命周期内表现出良好的技术和环境兼容性（Zhao等人，2024年）。其低放电率、长循环寿命的特点非常适合固定储能和电信备用应用，因此专注于退役LFP电池的多场景二次利用评估在实证上具有代表性，并为中国以LFP为主的技术路径下的场景设计提供了有针对性的定量证据。
近年来，中国政府出台了一系列政策，包括《新能源汽车牵引电池梯级利用管理办法》和《新能源汽车废旧动力电池综合利用规范》（2024年）（工信部，2021年；工信部，2024年）。这些法规加强了生产者的延伸责任、可追溯的收集和回收要求以及二次利用应用的市场准入要求，共同构成了涵盖“收集-二次利用-材料回收”的新兴治理框架。学术研究表明，这些政策工具正在重塑二次利用市场：补贴影响企业的投资意愿和二次利用的普及率（Gu等人，2025年），闭环供应链激励提高了退役电池的回收率（Xu等人，2023年），信息披露和可追溯性增强了二次利用产品的透明度和盈利能力（Zhang等人，2024年）。这些政策-市场互动凸显了需要一个与中国制度背景明确对齐的情景系统和综合评估框架。
大量的定量研究评估了退役动力电池二次利用应用的经济和环境绩效。从经济角度来看，大多数研究使用传统的财务指标（如净现值（NPV）（Lee等人，2022年）、内部收益率（IRR）（Bai等人，2024年）和平准化能源成本（LCOE）（Demirci，2023年）来评估不同应用场景的可行性和盈利能力。成本模型通常包括退役电池的采购、测试和分类以及系统平衡组件的主要支出（Turan等人，2025年），而收入则通常由分时电价套利、电费节省、辅助服务补偿和可再生能源削减收益表示（Gu等人，2024年）。这些研究为一个或少数场景中的二次利用经济性提供了扎实的案例证据。然而，这些指标对折现率、项目寿命以及成本和收入流的规格非常敏感（Steckel等人，2021年）。此外，不同研究在时间范围、折现假设和成本边界定义上存在显著差异（Turan等人，2025年）。因此，即使对于二次利用系统，报告的经济结果也难以在统一的年度基础上进行比较，这使得难以确定退役电池容量单位在多个典型应用场景中的相对经济优势。
从环境角度来看，大多数研究使用LCA来量化二次利用的负担和缓解潜力，通常发现其表现优于直接报废或立即回收（Ma等人，2024年）。应用场景包括住宅或光伏耦合储能（Sarker等人，2024年）、削峰和频率调节（Mirzaei Omrani和Jannesari，2019年）以及通信基站的备用电源（Yang等人，2020年）。然而，系统边界和功能单位存在显著差异：一些研究仅评估二次利用运营阶段（Alharbi等人，2024年），而其他研究则涵盖了生产、再制造和寿命终结处理等更广泛的范围（Spindlegger等人，2025年）。功能单位也在额定容量、输送电量和寿命服务之间变化（Nastasi和Fiore，2024年），大多数研究主要关注全球变暖潜能（GWP）（Clemente等人，2025年）。这些不一致性限制了跨场景的比较性，阻碍了对典型二次利用应用中每个退役电池单位的环境效益进行统一评估。
越来越多的研究从经济和环境角度评估退役牵引电池的二次利用场景。Kim等人（2019年）将重复使用的组件纳入光伏储能系统，并共同评估投资成本和生命周期环境影响。Kamath等人（2020b）结合平准化成本指标和温室气体排放，比较了住宅储能和快速充电站应用中二次利用和新电池选项之间的经济和环境权衡。Rallo等人（2020年）利用示范项目的运营数据，共同分析了电池老化行为、项目经济性和相关碳性能，而Cao等人（2025年）基于加利福尼亚一栋商业建筑的高时间分辨率负荷和价格数据，表明在相同的调度策略下，二次利用系统可以实现更高的净现值、更低的平准化储能成本和更低的碳强度。Wangsupphaphol等人（2023年）对住宅电动汽车充电的光伏耦合二次利用电池进行了技术经济评估，并讨论了通过能效和可再生能源渗透带来的潜在环境效益，但没有建立完整的生命周期排放核算框架。在路径层面，一些研究进一步整合了技术经济分析和LCA，以优化“二次利用+多种回收途径”等组合策略（Ma等人，2024年；Cui等人，2023年），或将退化和成本模型与有限的储能应用相结合，以指导路径选择和投资决策（Gautam等人，2025年；Zhuang等人，2025年）。总体而言，这些研究丰富了我们对经济-环境权衡的理解，但它们仍然主要依赖于特定场景的定义和评估边界，使得难以在统一框架内系统地比较多种典型的二次利用应用。
总体而言，现有文献存在两个主要局限性。首先，现有研究通常只考察一个或少数代表性应用，缺乏系统组织和分类退役动力电池二次利用场景的统一框架。其次，经济和环境评估使用的指标、基准和核算范围不一致，这削弱了增量结果的可比性。具体来说，经济研究采用不同的指标和折现假设，而环境评估中的生命周期系统边界和功能单位因目标应用和场景设置而异。因此，不同研究中报告的增量成本、效益和环境负担无法在一致的基础上直接进行比较。
为了解决这些方法论和场景系统的局限性，本研究提出了图1所示的研究框架，并在两个方面实质性地扩展了现有工作。首先，专注于中国的退役LFP动力电池，确定了八种典型的二次利用场景，提炼出四种收入模型，并建立了涵盖多个行业和业务类型的统一场景框架。其次，在统一的时间范围和一致的生命周期系统边界下，开发了一个集成的EAM-LCA框架，相对于基准场景，量化了每个二次利用场景的增量成本、增量效益和增量环境负担，从而实现了同时考虑经济可行性和环境可持续性的场景比较和选择。
部分摘录
八种二次利用场景
基于补充说明1中总结的十二种典型二次利用应用场景，使用四个标准建立了筛选框架：政策可行性、技术适用性、数据可用性和行业代表性。由于中国现行法规限制了此类应用中二次利用电池的使用，因此排除了集中式的大规模项目（如独立储能电站）。移动储能设备也被排除在外。
方法和数据
本研究关注的是不同运行条件下一个常见单位二次利用电池容量（1千瓦时）的边际经济和环境性能，而不是不同规模系统的绝对性能。所有场景的运行参数均使用代表性的 duty cycles（表S.2）定义，结果以每年输送1千瓦时的共同功能单位进行年度标准化，以消除规模效应。
八种场景的比较经济分析
与基准场景相比，二次利用的LFP电池在所有应用场景中都表现出显著更好的经济性能。图4显示了这八种场景的经济利润和投资回收期，清楚地说明了整体经济绩效的提高。在此基础上，我们进一步分解了等效年化成本，并进行了成本结构和热点分析；成本分解和每个成本组成部分的比例如下所示
结论与建议
本研究系统评估了八种不同二次利用退役LFP电池的经济和环境影响。主要发现如下：（1）从经济角度来看，ETJFR场景的年利润最高，达到1380元人民币/千瓦时，而可再生能源电站场景的效益最低，仅为32元人民币/千瓦时。（2）从环境效益来看，工业园区和通信基站场景表现出最大的
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了国家自然科学基金（52270181，52060017）、国家社会科学基金（21CJL022）、江西省重点研发计划项目（20232BBG70005）和江西省杰出青年自然科学基金（20242BAB23050）的支持。
