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标题：Repurposing EV Batteries fortoring Solar Energy

链接：https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.09.002

要点

Research Point

针对目前越来越多的电车销量和报废量，本文讨论了全球废旧电车电池回收再利用成为太阳能储备电池的概念、流程以及潜力。

摘要

Abstract

碳中和已成为全球关键目标，因其在应对全球气候变化挑战中的核心作用。在2020年11月联合国气候峰会召开之前，已有124个国家承诺实现净零排放。在这一追求中，太阳能作为关键的可再生能源脱颖而出，太阳能显著减少了源自化石燃料的大量碳排放。以往研究突显了太阳能减少碳排放的潜力，与燃煤发电相比，可减排约60%。推广太阳能的采用已被证明是一种有利的策略。根据国际能源署（IEA）的太阳能光伏报告，全球太阳能光伏发电量在2022年达到了1300太瓦时的显著水平，这一趋势预计将持续迅速扩张。

      然而，在“仅太阳能光伏”能源系统内实现能源系统脱碳的挑战依然存在。解决方案的关键在于高效的太阳能储能。蓄电池技术的整合显著提升了太阳能光伏系统在不同技术、费率结构和地理位置中的价值。电池的加入为太阳能光伏系统提供了巨大的发展前景。

电动车（EV）的广泛采用与太阳能储能需求完美契合。在全球电动车受欢迎度激增的背景下，预计在不久的将来将有大量二手电动车电池涌入市场。尽管这些电池在长时间使用后可能不满足再次用于电动车的标准，但它们为固定式能源储存提供了理想的解决方案。这为使用过的电动车电池重新配置作为太阳能储能的途径提供了可行性。

Carbon neutrality has emerged as a paramount global goal due to its pivotal role in addressing the challenge of global climate change. Before United Nations Climate Summit held in November 2020, 124 countries had promised to reach net-zero emission. Solar energy stands out as a pivotal renewable energy source in this pursuit, significantly curtailing the substantial carbon emissions originating from fossil fuels. Previous research has highlighted the potential of solar energy to cut carbon emissions by about 60% compared to coal-fired power generation. The promotion of solar energy adoption has proven to be a propitious strategy. According to the International Energy Agency's (IEA) Solar PV report, global annual solar PV generation reached a remarkable 1300 TWh in 2022, and this trend is set to continue its rapid expansion.

However, the challenge of decarbonizing energy system within the confines of "PV only" solar energy system persists. The crux of the solution lies in efficient solar energy storage. The integration of battery technology significantly enhances the value of solar PV systems across diverse technologies, rate structures, and geographical locations. The incorporation of batteries into solar PV systems offers substantial prospects for the future. 

The widespread adoption of electric vehicles (EVs) harmonizes seamlessly with the need for solar energy storage. Against the backdrop of the global surge in EV popularity, a substantial influx of used EV batteries is anticipated in the near future. While these batteries might not meet the criteria for reuse in EVs after prolonged use, they offer an ideal solution for stationary energy storage. His positions the reconfiguration of used EV batteries as a plausible avenue for solar energy storage.

图示情况

Picture Situation

图示.模拟结果 (a) 全球领先国家可储存的光伏容量百分比以及 (b) 估计的日太阳能储存量（千兆瓦时）

如图所示，在(a)中，Y轴代表太阳能光伏容量的百分比，用累计可重复使用电池储存的能量与总装机容量之比表示。100%的值意味着所有产生的太阳能都可以由可重复使用的电池容纳。在主要国家中观察到了显著的差异。具体来说，在中国、欧洲联盟和德国，累计可重复使用的电池在2035年到2040年间可以完全储存太阳能光伏发电（此后称为“全储存年”）。意大利和美国展现了略微慢一些的趋势，预计的“全储存年”在2040年之后。

值得注意的是，英国以最早的“全储存年”2030年领先。在(B)中，在曲线中可以观察到一个转折点，此后增长变为线性。这个转折点的年份对应于(a)中的“全储存年”。在转折点之前，尽管可重复使用电池的增长迅速，但累积的可重复使用电池无法完全储存生成的能量。这反映在线条的陡峭上升趋势中。转折点之后，可重复使用的电池在储存太阳能方面达到饱和，标志着所有生成的太阳能都被储存。由于本文中假设太阳能光伏安装的增长是线性的，所储存的能量也遵循线性模式。

总结

Summary

目前，大多数国家已将设定清晰的碳中和目标作为应对气候变化的关键策略。确保太阳能发电的持续供应对于实现这一目标至关重要，因为太阳能是重要的清洁能源来源。为了确保太阳能的稳定供应，选择合适的太阳能载体变得至关重要。广泛采用电动汽车（EV）必将产生大量的二手EV电池。根据我们的估计，各国可储存的太阳能量差异很大。中国在这一数量上占据主导地位，预计到2036年日储存量为4000千兆瓦时，到2050年为6500千兆瓦时。美国和欧盟约为中国的1/3，其2050年的储存发电量约为2000千兆瓦时。然后，其他国家不到中国的1/10。代表性国家有德国和韩国。

另一方面，在太阳能光伏安装领先的国家，这些二手电动汽车电池的潜在容量足以储存所产生的太阳能，并确保太阳能的持续供应。这一估计基于太阳能光伏安装比例的预测，以及模拟中可重复使用电池储存的发电量。英国、中国、德国、欧盟和意大利等国家在这方面展示了最大的潜力。其中许多国家可以在2040年前实现100%的储存。

然而，实现这样一个系统需要克服几个障碍，包括技术挑战、安全考量、经济评估以及全面市场法规和立法的建立。展望未来，如果这些问题得到勤勉的解决，二手EV电池用于太阳能储能的无缝推进将拥有巨大的潜力。

图文：PKU智慧城市实验室

编辑：城规记者团

审核：张浩然  邱玉叶