退运蓄电池全链条绿色管控及循环利用

技术的研究与应用

  完成单位：国网山东省电力公司莱芜供电公司

  主要完成人：王晓军，张培杰，夏坤，朱从民，宋健，马帅，焦平洋，王新娇，燕颖，关朋

一、研发背景

为贯彻落实国家十四五规划“构建资源循环利用体系”的工作要求，充分挖掘电网退运资产的碳减排价值，国网山东省电力公司莱芜供电公司以国网首座退运电池再利用中心为平台，以退运电池管控云系统为抓手，构建了退运电池循环利用及绿色处置机制，实现退运电池集中回收、检测修复、梯次使用和报废处置等四个关键环节的全链条规范化管控。

经检测无法修复的电池通过框架协议规范开展拆解处置，检测修复合格的电池用于储能电站及智能电池舱等新能源消纳场所，助力新型电力系统建设，促进清洁能源消纳，是公司物资专业积极探索“双碳”能源转型发展的重要举措。

二、发明团队介绍

团队自2017年起，牵头开展电网退运电池循环利用项目，主持建成了国网首家退运电池再利用中心，主持开展利用电网退运电池建设储能电站的工作，推动了山东省2021年4月《关于开展储能示范应用的实施意见》储能配建政策的出台。团队中物资专业牵头制定退运电池流转方案，研发预制式电池舱智能修复组装流水线，自动化专业开发退运电池管控云平台，运检专业完成储能电站建设，调控专业测算退运电池并网可靠性。团队现有成员8人，涵盖电网物资、运检、发展和营销等多个专业，年龄均在35周岁及以下，其中6人为硕士研究生学历，5人为高级工程师，成员结构合理、专业优势互补，被评为国网山东省电力公司首批创客团队，是一支善于创新和沟通协作的优秀团队。

三、成果(专利)简介

1.授权发明专利：《一种建设储能电站的退运铅酸电池管理系统》，专利申请号202110217259.1，授权公告日：2022年07月26日，专利权人：国网山东省电力公司莱芜供电公司；国家电网有限公司；山东希格斯新能源有限责任公司。创新点：研发退运铅酸蓄电池数据采集器，采集器与无线信号发生器相连接，退运电池数据通过无线信号接收器传递给处理器，处理器对电池数据进行分析，并实时将分析结果传递给远程终端，实现对退运电池运行状态的实时监控，远程终端能够根据分析结果给出解决方案，从而确保储能电站的正常稳定运行。

2.授权发明专利：《一种专用于储能电站的退运铅酸蓄电池能量管理器件》，专利申请号202110388462.5，授权公告日：2022年07月26日，专利权人：国网山东省电力公司莱芜供电公司；国家电网有限公司；山东希格斯新能源有限责任公司。创新点：研发退运铅酸蓄电池电压检测装置，装置安装在每层电池支架上，对电池进行定期自动监测，获取电压数据，及时检测出问题电池，提示工作人员进行检修，保证电池组储能正常工作。

3.发明专利申请：《电池检测修复过程跟踪方法、系统、终端及存储介质》，专利申请号2021104065382，专利权人：国网山东省电力公司莱芜供电公司；国家电网有限公司。创新点：首次建立退运电池云平台，实现差异化全链条管控。在拆除现场完成实物交接，每只单只电池的数据批量的录入系统后台，逐一生成身份二维码，实现“云上赋码”。电池直送入库后，云平台自动研判状态，生成修复方案。

4.发明专利申请：《一种电池分拣装置及电池修检流水线》，专利申请号2021207791269，专利权人：国网山东省电力公司莱芜供电公司；国家电网有限公司。创新点：创新打造退运电池流水线，实现自动化检测修复。云平台统筹调度，实施流水作业，包括自动导引叉车完成装卸作业、识别通道智能检测、不同状态电池自主分流、机械手臂自动拣选等四个环节，完成电池配组出库。

5.发明专利申请：《一种铅酸蓄电池储能站电池单体充放电控制方法及系统》，专利申请号2021107527472，专利权人：国网山东省电力公司莱芜供电公司；国家电网有限公司。创新点：首创电池健康管理系统（BHMS），实现电池舱智能升级。退运电池组容量有高有低，具有木桶短板效应，导致电池过充过放，引起极板腐蚀和发热。我们研发主动均衡回路，通过能量的转移，削高填低消除电池差异性。同时动态重构电池组矩阵，及时将损坏电池隔离在最小网格，避免出现电池舱全停事件。

6.授权实用新型专利：《一种电池分拣装置及电池修检流水线》，专利申请号2021207791269，授权公告日：2021年12月07日，专利权人：国网山东省电力公司莱芜供电公司；国家电网有限公司。

7.授权实用新型专利：《一种用于储能电站退运铅酸电池可调节安装支架》，专利申请号202120423841.9，授权公告日：2021年12月28日，专利权人：国网山东省电力公司莱芜供电公司；国家电网有限公司。

四、成果（专利）转化情况介绍

1.建设退运电池再利用中心。中心现建成一条生产流水线，共两台修复设备，每台设备可同时对72节电池进行修复，每只电池修复期为48小时，该流水线年可修复退运电池15万只，可承担全省电网退运电池的集中回收修复再利用。

图1 退运电池再利用中心

2.建设电网侧独立储能电站。2020年9月，全国首座全部利用电网退运电池建成的储能电站在莱芜口镇投入运行，相比使用新电池，节约了三分之一的建设成本。本成果设计装机量为1.6兆瓦/3.2兆瓦时，主要采用国网山东省电力公司退运铅酸蓄电池，经“复合谐振脉冲触发稀土纳米碳修复技术”维护修复后使用。项目一次建成，分为4个储能子系统，电池组低压直流经储能变流器变换为400伏交流，通过一台1600千伏安双分裂干式变压器升压至35千伏，然后采用1回35千伏线路将储能电站接入口镇劲能光伏电站35千伏母线。

图2 “口镇综能”电网侧储能电站

3.建设用户侧分布式储能电站。利用电网退运电池先后建成36千瓦时“海绵台区”和9.6千瓦时用户侧等4座智能电池舱，建成光储充一体化车棚一座。储能电站已运行近一年，经检测退运电池运行状态良好。

五、经济效益与社会效益介绍

1.经济效益分析

电网退运电池再利用收益：通过创新退运电池修复技术，使退运电池平均使用寿命能够再延长至少3年，从源头上减少铅酸蓄电池及再生铅循环，有效降低铅类组分对环境造成的污染，积极助力绿色环保。利用电池修复技术可延长退运电池再利用时间，每只退运电池的平均修复成本约为120元，与购买新电池相比，使用修复后的退运电池平均可节约成本360元，可有效盘活企业资产，最大限度挖掘公司固定资产使用残值，促进电网企业降本增效。

以项目建成的1.6兆瓦/3.2兆瓦时 “口镇综能”储能站为例，经济效益为276.4万元，具体分析如表1所示。

表1  “口镇综能”储能站经济效益分析

山东电网每年产生约7万只退运电池，全部实现再利用后，预估租赁收益750万/年；在国网推广后，预计可创造近亿元的收益。

电网退运电池集中报废处置收益：退运电池再利用中心的建成投运，节省了山东电网包括18家市公司、98县供电公司以及18家业务支撑单位在内的134处标准化危废仓库的建设场地和资金，释放了各单位的库存资源。按照一处规范化场地改造资金120万估计，可为各单位节约建设经费约1.6亿元。由于采用集中存储、灵活出库方式，增加了潜在回收商投标的积极性，一次竞价可年处置退运电池约为300吨，竞价单价金额同比提升66.7%，每年增加效益约66万元。

2.社会效益分析

开创电网退运资产循环利用新业态。电网退运电池由直接报废到循环利用处置方式的转变，为电网退运资产剩余价值挖掘提供了新的思路，有助于资产的保值增值和生态文明建设。

打造网企合作新模式。引进复合谐振脉冲触发稀土纳米碳修复技术，创新开展退运电池能量管理系统开发建设。可将退运电池容量恢复至95%以上，使用寿命延长3年以上，修复水平国内领先。

推动分布式能源就地消纳。从微观角度，推动清洁能源消纳与家庭用电负荷的平衡，助力居民实现低碳化美好生活，充分发挥分布式光伏和退运电池储能在保障居民用电可靠性中的作用；从宏观角度出发，对碳中和作出了有益探索。