《Cell Reports Sustainability》：Repurposing retired batteries for cost-efficient carbon-neutral power system
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本研究针对可再生能源并网稳定性挑战及大量退役电动汽车电池资源化利用需求，系统评估了将退役动力电池改造为二次寿命电池(SLB)集成至中国电力系统的潜力。通过构建技术经济模型，模拟2025-2050年不同策略场景，结果表明SLB可满足2050年67.09%的储能需求，降低系统成本2.49%，替代抽水蓄能和新建电池容量分别达94.55%和29.48%。该研究为SLB支持电网韧性提升及加速碳中和目标实现提供了关键决策依据。
随着全球能源转型加速，中国作为可再生能源装机容量最大的国家，正面临高比例波动性可再生能源并网带来的巨大挑战。风电、光伏的间歇性特性使电网稳定性受到严峻考验，而电动汽车产业的蓬勃发展预计将在未来数年产生海量退役锂离子电池。这些电池通常仍保有80%的初始容量，若直接回收将造成资源浪费，同时也增加了供应链风险。如何高效利用这些“城市矿山”资源，同时解决电网灵活性需求，成为能源领域的关键课题。
在此背景下，Ma等人发表在《Cell Reports Sustainability》上的研究，创新性地探讨了将退役电动汽车电池改造为二次寿命电池(SLB)并集成到中国电力系统中的潜力。研究团队开发了一个覆盖全国范围的电力系统优化模型，综合考虑了电池化学类型、地理分配策略和更换频率等多种因素，模拟了2025年至2050年中国电力系统的演进路径。
为开展这项全面评估，研究人员主要采用了以下几种关键技术方法：首先，建立了包含发电、储能、输电和负荷模块的电力系统扩展规划模型，该模型以系统总成本最小化为目标，同时满足碳中性和运行约束。其次，构建了退役电池资源评估模型，基于中国各省市电动汽车保有量预测数据，估算了未来不同电池化学类型的退役规模。第三，开发了电池退化模型，考虑了温度、循环次数和放电深度对电池寿命的影响。第四，设计了多场景分析框架，系统比较了不同SLB利用策略（包括类型选择、地理分配和更换频率）对电力系统的影响。样本来源涵盖中国337个地级行政区的电动汽车退役电池数据。
研究结果从多个维度揭示了SLB在电力系统中的重要作用：
SLB在电力系统储能中的角色
研究发现，在最优场景(50-All-4040-Nat)下，SLB到2050年可满足中国67.09%的储能需求，累计为电力系统节省9034亿元成本。与传统方案相比，SLB主要替代了抽水蓄能(94.55%)和新建电池(29.48%)的容量需求，同时减少了48.10%的高成本、高碳排发电量。
排放目标策略
碳排放目标时间对系统影响最为显著。将碳中和目标从2050年提前至2045年，虽然增加了短期成本，但能更快实现电力部门深度脱碳。不同省份因资源禀赋和能源结构差异，实现碳中和的路径和成本存在明显空间异质性。
SLB类型选择策略
虽然市场上存在多种电池化学类型，但锂铁磷酸盐(LFP)SLB因安全性高、循环寿命长，成为电力系统应用的主导选择。允许所有类型SLB参与的场景比仅限LFP电池的场景可多节省774.9亿元成本。
更换频率策略
电池更换频率（以健康状态SOH为指标）显著影响SLB的经济性。将新电池和SLB的退役阈值均设为40%SOH时，系统成本节约最大，这表明适当延长电池使用寿命有利于提升整体经济性。
SLB地理分配策略
SLB的全国范围优化配置比区域限制性配置能带来更大效益。电池资源倾向于从可再生能源富集地区向负荷中心流动，形成与可再生能源分布相匹配的储能空间格局。
研究结论表明，SLB的规模化应用可重塑中国电力系统的演进轨迹，提高系统运行的经济性和灵活性。到2050年，SLB可贡献超过2/3的储能需求，大幅降低对传统抽水蓄能和新建电池的依赖。这一转变不仅加速了碳中和进程，还创造了退役电池的高价值利用途径，实现了资源循环利用与能源系统优化的双赢。该研究为政策制定者和行业参与者提供了SLB集成到电力系统的具体实施路径和决策支持，对全球范围内的能源转型具有重要借鉴意义。
研究的创新之处在于首次在全国尺度上量化了SLB对电力系统的影响，并揭示了不同策略下的权衡关系。然而，仍需关注SLB初始健康状态的波动性、政府补贴政策的差异性以及复杂商业模式等挑战，这些因素都将影响SLB的实际部署效果。未来研究可进一步探索电池内在价值与其对电力系统贡献之间的平衡关系，为退役电池资源化利用提供更精准的决策支持。
