基于成本核算的废旧动力电池回收模式分析与趋势研究
2021-10-26郝硕硕董庆银李金惠
郝硕硕,董庆银,李金惠
基于成本核算的废旧动力电池回收模式分析与趋势研究
郝硕硕,董庆银,李金惠*
(清华大学环境学院,北京 100084)
概述了动力电池流向、回收管理体系和回收模式等管理现状,总结提出了以新能源汽车生产企业、动力电池生产企业、第三方综合利用企业和产业联盟为回收主体的四种动力电池回收模式;考虑建设成本、运行维护成本、收集成本、贮存成本、运输成本、人工成本、税收成本、管理成本等8个构成要素,构建了废旧动力电池回收成本模型;核算了四种回收模式的废旧动力电池回收成本和利润情况.核算数据显示,回收1万t/a的废旧动力电池项目,在年总收益均为8500万元的条件下,四种回收模式的利润区间为-461～401万元.结果与趋势分析表明,我国可优先推广新能源汽车生产企业为回收主体的回收模式,便于迅速布局;市场成熟后以动力电池生产企业和综合利用企业为回收主体的模式将进入市场,专业性和技术性将大幅提升;当市场更加成熟,以产业联盟为主体的回收模式将更具优势,回收成本降到最低.综上,建议从避免重复建设,缩短资金周转周期,探索创新模式,构建绿色供应链以及完善回收法律体系等方面入手,进一步完善我国废旧动力电池回收体系.
新能源汽车；动力电池；回收模式；成本模型；趋势
2014～2019年,全球电动汽车以年均60%的速度增长.2019年,全球电动汽车销售量突破210万辆(占全球汽车总销售量的2.6%),库存量增加到720万辆(其中47%位于中国)[1],2020年这一数据进一步增长,超过1 000万辆[2].近年来,在汽车产业发展规划与财政支持系列政策以及促进动力电池产业发展行动方案等政策[3-4,24-25]的引导下,我国新能源汽车和动力电池产业进入黄金发展期.根据中国汽车工业协会发布数据,2020年,我国新能源汽车销售量136.7万辆(占中国汽车总销售量的5.4%),其中纯电动汽车销售111.5万辆[5].根据中国汽车动力电池产业创新联盟数据[6],2020年我国动力电池装车量累计63.6GW·h、同比上升2.3%;其中三元电池装车量累计38.9GW·h,占总装车量61.1%、同比下降4.1%;磷酸铁锂电池装车量累计24.4GW·h,占总装车量的38.3%、同比增长20.6%.
随着新能源汽车产销量的增加和动力电池逐步达到使用寿命,动力电池报废量激增,预计2025年我国动力电池报废量会达到131万t[7].退役后的动力电池仍有70%～80%的剩余电量,若随意丢弃不仅会造成能源和资源的双重浪费,还会带来安全隐患和环境污染,动力电池中的铜、钴等重金属会在环境中产生累积效应,也给人类健康带来威胁.动力电池回收利用一方面可以避免资源浪费,另外一方面可以最大程度的降低环境风险和健康危害.
目前,国内外对废旧动力电池的经济性研究主要集中在梯次利用和再生利用环节,回收环节的研究相对较少.陶志军等[8]调研核算了退役动力电池梯次利用、物理拆解和湿法回收工艺的成本和收益情况;苗雪峰[9]研究了动力电池梯次利用和拆解回收的经济效益;李建林等[10]、刘坚[11]分析了退役动力电池梯次利用成本构成,并核算其在储能系统应用的经济性.美国国家可再生能源实验室(NREL)[12]和Sandia国家实验室(SNL)[13]的研究分析了退役动力电池的再应用成本,并构建了相应的经济性分析模型.殷仁述等[14]基于LCA研究了动力电池的环境影响,但未涉及废旧电池回收(贮存、运输等)环节.章竟等[15]比较了四种废旧电池回收网络模型的成本,发现以“逆向物流”理念构建的回收网络模型成本最低.侯兵[16]构建了动力电池生产商回收模式、行业联盟回收模式以及第三方回收模式,并构建基于回收利润最大和回收成本最小的决策模型.刘娟娟等[17]以逆向物流网络总利润最高和环境影响最小为目标,建立了动力电池回收利用的多目标模糊模型.
基于上述研究现状,本文构建了废旧动力电池回收成本模型,并基于市场和文献调研赋值核算新能源汽车生产企业、电池生产企业体、第三方综合利用企业以及动力电池产业联盟为回收主体时的废旧动力电池回收成本.根据核算结果,对比分析四种回收模式的优缺点,推测未来发展趋势并提出建议,为动力电池产业未来发展提供借鉴和参考.
1 管理现状
1.1 流向分析
动力电池规格种类繁多,根据动力电池产品规格尺寸国家标准[18],蓄电池单体可分为圆柱形电池、方形电池和软包电池.圆柱形电池包括三种结构类型,按照直径和电池高度分为4个尺寸系列;方形电池包括三种结构类型,按照厚度、宽度和高度分为8个尺寸系列;软包电池包括两种结构类型,按照厚度、宽度和高度分为7个尺寸系列.蓄电池模块按照厚度、宽度和高度分为12个尺寸系列.蓄电池标准箱按照厚度、宽度和高度分为5个尺寸系列.
图1 动力电池全生命周期流程
废旧动力蓄电池(包含废旧的蓄电池包、蓄电池模块和单体蓄电池)包括五类,分别为:经使用后剩余容量及充放电性能无法保障电动汽车正常行驶或因其他原因拆卸后不再使用的动力蓄电池;报废电动汽车上的动力蓄电池;经梯级利用后报废的动力蓄电池;生产过程中企业报废的动力蓄电池;其他需回收利用的动力蓄电池[26].
根据电池流向绘制动力电池全生命周期流程图,如图1所示.可以将废旧动力电池按照产生来源分为四类.生产过程中企业报废的动力蓄电池对应动力电池生产企业报废电池(标号1,称为第一类电池);经使用后剩余容量及充放电性能无法保障电动汽车正常行驶或因其他原因拆卸后不再使用的动力蓄电池对应流程图中的汽车4S店、售后服务点和动力电池租赁网点以及社会流动商贩及回收公司收集到的动力电池(标号2,称为第二类电池);报废电动汽车上的动力电池对应流程图中的报废汽车拆解企业收集到的动力电池(标号3,称为第三类电池);经梯级利用后报废的动力蓄电池对应流程图中的梯次利用企业收集的动力电池(标号4,称为第四类电池).
其中,第一类电池可直接由动力电池生产企业送往再生利用企业再生处置,第四类电池则直接由梯次利用企业承担回收责任直接送往再生利用企业.第二类电池和第三类电池具有来源广泛、数量巨大、难于管理等特点,是本文动力电池回收模式研究的重点对象.
1.2 回收管理体系
目前,欧盟主要以指令形式管理废电池,2021年加强了对动力电池回收利用的管控,将法令上升为法规.美国和日本没有专门针对动力电池回收利用的法律法规,但在废旧电池的整体回收方面有完善的法律法规.中国动力电池回收利用政策体系框架基本建立,但法律层级较低,缺乏强制力和约束性.
欧盟《关于电池及蓄电池、废弃电池及蓄电池指令》(2006/66/EC),要求汽车电池生产者(或委托的第三方)应制定免费收集计划;《关于废物的指令》(2008/98/EC)引入了“污染者付费原则”和“扩大生产者责任”[19].2021年1月,欧盟向世界贸易组织(WTO)通报了《关于电池和废电池的法规提案》(通报号:G/TBT/N/EU/775)[20],将现行电池管控方式由“指令”上升为“法规”,并撤销指令2006/66/EC,将电动汽车电池从工业电池中分离出来,作为单独一类进行管理,并对运营商的尽职调查和废旧电池的回收和处理提出新要求[21].
美国在联邦、州和地方法规三个层面对含汞电池和铅蓄等充电电池的生产、回收处理做出了规定,但联邦层次的法规尚未包括汽车动力电池.此外,美国国际电池协会发布《电池产品管理办法》[22],采用押金制度促使消费者主动上交废旧电池并取回押金;同时要求电池生产商和消费者出资对电池回收企业予以经济补贴,并设立惩罚机制. 日本《资源有效利用促进法》[23]主要针对镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池、小型铅酸电池等二次电池,规定电池生产者或使用二次电池产品的生产者以及进口商必须建立收集和再循环系统.
表1 我国动力蓄电池回收利用重要政策汇总
近年来,我国逐步重视新能源汽车动力电池回收利用工作,初步建立了基于“生产者责任延伸制”为基本原则的车用动力电池回收利用政策框架体系.2012年,国务院[24]提出要加强动力电池梯级利用和回收管理,引导动力电池生产企业加强对废旧动力电池的回收利用,鼓励发展专业化的回收利用企业;明确动力电池收集、存储、运输、处理、再生利用及最终处置等各环节的技术标准和管理要求;加强监管,督促相关企业提高技术水平,严格落实各项环保规定,严防重金属污染.2020年,国务院办公厅[25]进一步提出,加强新能源汽车动力电池溯源管理平台建设,实现动力电池全生命周期可追溯;支持动力电池梯次产品在储能、备能、充换电等领域创新应用,加强余能检测、残值评估、重组利用、安全管理等技术研发;优化再生利用产业布局,推动报废动力电池有价元素高效提取,促进产业资源化、高值化、绿色化发展.
国家发展和改革委员会发布回收利用技术政策[26],对电动汽车动力电池设计生产、回收、梯次利用、再生利用等方面做出规定,明确动力电池回收利用的责任主体,指导相关企业建立上下游企业联动的动力电池回收利用体系,引导行业规范发展.2018年以来,以工业和信息化部为主导的国家部委发布一系列政策文件,从管理办法、试点方案、溯源管理、网点建设、规范条件、企业名单等方面,对我国动力蓄电池回收利用工作进行全面指导和规范,相关政策文件整理汇总如下表1所示.
1.3 回收模式
经过近几年国家政策引导和各地政府、企业的联合推动,按照回收主体的不同,市场上逐步形成以下四种动力电池回收模式.
①模式一:新能源汽车生产企业为回收主体.工信部联节〔2018〕43号文件[27]提出,汽车生产企业应建立动力蓄电池回收渠道,负责回收新能源汽车使用及报废后产生的废旧动力蓄电池.新能源汽车报废后的动力电池主要流向是汽车拆解企业,作为回收主体的汽车生产企业应当与报废汽车拆解企业达成合作,回收这部分电池.对于新能源汽车使用过程中产生的报废电池,可以利用现有汽车销售4S店、售后服务点建设回收服务网点进行电池替换和回收.据中国电池联盟统计[35],国内回收服务网点申报以汽车企业为主,截至2020年2月,约有123家汽车企业进行了申报,其中有4家汽车企业的申报的回收服务网点总量达到2668个,占比约为35%.
②模式二:动力电池生产企业为回收主体.动力电池生产企业生产的电池除供应给汽车生产企业用于生产新能源汽车外,也会向汽车4S店、售后服务点和动力电池租赁网点提供动力电池.动力电池生产企业可以将汽车4S店、售后服务点和动力电池租赁网点发展成为动力电池回收网点,通过逆向物流方式回收动力电池,并将原有的正向物流中的配送中心改建为回收集中贮存点进行贮存、检测和分类,具有梯次利用价值的电池将被投入到梯次利用市场发挥余热,残余价值较低的电池经过再生处理后,直接流向电池制造的原材料端.目前,宁德时代、比亚迪、中航锂电、国轩高科等动力电池生产企业,已均在废旧动力电池回收领域展开了积极的市场布局.
③模式三:第三方综合利用企业为回收主体.电池第三方综合利用企业为回收主体时,主要以梯次利用或综合利用工厂为中心,进行区域性收集.综合利用企业一般已有多年的回收运营经验,建立了相对稳定的回收网络,对回收网点、集中贮存点的建设和物流运输管理经验丰富.另一方面,综合利用企业可以与汽车拆解企业建立稳定合作关系,回收报废汽车上拆解下来的动力电池进行综合利用.值得注意的是,梯次利用企业必须对其梯次利用产品负责,将完成使命后梯次利用产品回收回来,送入再生利用企业进行最终处置.梯次利用单位主要包括中国铁塔公司、国家电网、中天鸿锂等;再生利用企业(含材料企业)以格林美、湖南邦普、华友钴业、赣州豪鹏、深圳乾泰、赛德美等为代表[36].
④模式四:动力电池产业联盟为回收主体.由于单个运作主体实力有限,在实际执行时会遇到许多困难,如投入资金有限导致动力电池回收能力有限,回收渠道较少导致回收效率低、获得效益周期延长等.为了克服这些困难,可以组建由动力电池生产企业、新能源汽车生产企业、第三方综合利用企业组成的产业联盟,发挥生产企业的网点优势和综合利用企业的专业优势,优势互补,强强联合,共同建立动力电池回收网络体系.目前国内已经成立的联盟包括中国汽车动力电池产业联盟、中国动力电池回收与梯次利用联盟以及广东、江苏、四川、湖南、厦门等地方性动力电池回收产业联盟.
2 回收成本模型构建
2.1 基本假设
为分析和比较各回收模式的成本差异情况,构建废旧动力电池回收成本模型.本模型中,回收过程是指从废旧动力电池收集开始,到运输至综合利用企业之前的过程,不包括梯次利用和再生利用过程的成本分析.回收成本主要包括:回收体系建设成本、回收体系运行维护成本、收集成本、贮存成本、运输成本、人工费用成本、税收成本以及管理成本.本模型的建立基于以下几点假设:
①动力电池回收模型按照“动力电池退役后被收集起来,送入回收网点暂存,回收网点运输至集中贮存点贮存,集中贮存点运输至综合利用企业(梯次利用或再生利用企业)”模式进行统一构建.即:(收集)→回收网点(运输)→集中贮存点(运输)→综合利用企业.
②回收模型包括两级贮存:小型回收网点暂存和大中型集中贮存点贮存,回收网点数量,集中贮存点数量.
③通常情况下,网点回收零散电池时,根据不同的型号按“元/只”价格回收,当电池数量较大时,按“元/t”回收.为便于计算,本模型统一按照“元/t”进行成本核算.
④回收成本按“一年”核算.
2.2 模型构建
(1)回收体系建设成本1(万元)
回收体系建设包括前期项目申报、立项、审批费用,前期项目合作费用,回收资质、贮存资质(环评、消防等)获取费用等.
(2)回收体系运行维护成本2(万元)
回收体系运行维护成本包括回收体系运营管理、设备维护、员工培训、业务交流等费用.
(3)收集成本c(万元)
式中:c为动力电池收购单价,元/t;W为平均每年收集的废旧动力电池总重量,万t.
(4)贮存成本s(万元)
式中:为回收网点数量,个;r1为每个回收网点的库房租赁年费,万元;r1为每个回收网点的租金,元/(m2·d);1为每个回收网点的场地面积,m2;b1为每个回收网点的库房改建费用,万元;1为回收网点的库房使用年限,a;e1为回收网点的库房设备购置费用,万元;3为回收网点的设备使用年限,a.
为集中贮存点数量,个;r2为每个集中贮存点的库房租赁年费,万元;r2为每个集中贮存点的租金,元/(m2·d);2为每个集中贮存点的场地面积,m2;b2为每个集中贮存点的库房改建费用,万元;2为集中贮存点的库房使用年限,a;e2为集中贮存点的库房设备购置费用,万元;4为集中贮存点的设备使用年限,a.
(5)运输成本t(万元)
式中:t1为回收网点到集中贮存点运输成本,万元;1为从回收网点到集中贮存点运输车辆载重,t;1为从回收网点到集中贮存点运费,元/车;t2为集中贮存点到综合利用企业运输成本,万元;L——为从集中贮存点到综合利用企业车辆载重,t;2为从集中贮存点到综合利用企业运费,元/车.
(6)人工成本w(万元)
式中:w1为回收网点人工成本,万元;1为每个回收网点员工数,人;1为回收网点员工年平均工资,万元/人;w2为集中贮存点人工成本,万元;2为每个集中贮存点员工数,人;2为集中贮存点员工年平均工资,万元/人.
(7)税收成本Ctax(万元)
式中:s为动力电池销售单价,元/t;为动力电池回收差价,元/t;为税率,%.
(8)管理成本m(万元)
管理成本(m)主要指项目运行过程中可能存在的突出状况、应急管理等支出费用成本.
(9)总成本T(万元)
动力电池回收的总成本(T)包含回收体系建设成本、回收体系运行维护费用、收集成本、贮存成本、运输成本、人工费用成本、税收成本、管理成本等八项成本之和.
(10)总收益IT(万元)
式中:s为动力电池销售单价,元/t;W为平均每年收集的废旧动力电池总重量,万t.
(11)总利润(万元)
年总利润()为年总收益与年总成本之差.
3 回收成本核算
3.1 赋值情况
本文假设以回收三元动力电池为主.陶志军、贾晓峰等[8,37]调研指出,废旧磷酸铁锂回收成本价格为4000元/t,废旧三元电池回收成本价格为8900元/t,平均运输费用为500元/t;董庆银等[38]购买废旧三元电池的价格为8000元/t.根据刘坚[11]假设退役动力电池通过货车运送,载运能力为3t/车,本文假设从回收网点到集中贮存点采用3t小货车运送(短途运输),从集中贮存点到综合利用企业采用10t大型货车运送(中长途运输),从回收网点到综合利用企业运输费用为500/t.2018年仓储市场调研结果显示[39],华北地区通用仓库平均租金最高,为0.93元/(m2·d);西北地区通用仓库平均租金最低,平均为0.63元/(m2·d);中国统计年鉴(2020)数据表明,2019年城镇非私营单位仓储等行业人均工资为9.7万/a,私营单位仓储等行业人均工资为5.4万/a[40].本文进一步结合实践经验和市场调研,将模型中涉及到的各项参数进行假设和赋值计算.
(1)假设固定参数赋值如下:
①回收体系建设费1=50万元;回收体系运行维护费2=10万元;管理费用m=10万元;平均税率=13%;
②改建费用b1=10万元;使用年限1=3a;设备费用e1=5万元;使用年限3=3a;使用年限2=5a;使用年限4=5a;
③回收网点场地面积1=50m2,人均工资1=8万元/a;集中贮存点场地面积2=500m2,人均工资2=10万元/a;
④载重1=3t/车,运费1=600元/车;载重2= 10t/车;
⑤销售单价s=8500元/t;年总回收量=1万t/a;
⑥回收网点数量=20个,集中贮存点数量= 2个.
(2)可变参数赋值分析:
①当以汽车生产企业为回收主体时,由于与汽车4S店、售后服务点有比较密切的联系和稳定的供应关系,可以以更低的价格收购废旧动力电池.可以依托汽车4S店、售后服务点现有库房改建完善后作为回收网点,在租金方面负担较小,并且可以依托一部分网点的现有人员开展工作,员工费用支出方面也会适当降低.因此,设定回收网点的单位面积租金为0,收购单价为7000元/t,每个回收网点员工数为1人.
②当以电池生产企业为回收主体时,由于与汽车4S店、售后服务点、动力电池租赁网点的合作关系,也可以以较低的价格收购废旧动力电池.可以部分依托汽车4S店、售后服务点和动力电池租赁网点现有库房改建完善后作为回收网点,在租金方面负担相对较小.因此,设定回收网点的单位面积租金为0.4元/(m2·d),收购单价为7300元/t,每个回收网点的员工数为2人.
③当以第三方综合利用企业回收主体时,可以依托综合利用企业现有厂房直接作为集中贮存点,收集附近一定区域范围内的废旧动力电池,节约集中贮存点建设费用.可直接由回收网点运输至回收利用厂房,节省中转运输费用,可以依托综合利用企业现有员工开展收集工作,节约人工费用.因此,设定回收网点的单位面积租金为0.7元/(m2·d),收购单价为8000元/t,每个回收网点的员工数为3人,每个集中贮存点的员工人数为1人,集中贮存点的改建费用、设备费用、单位面积租金,以及从集中贮存点到综合利用企业的运费均为0.
④当以动力电池产业联盟为回收主体时,市场进一步发展成熟,产业链上下游的生产企业与回收利用企业合作和联系进一步加强,在联盟的引导下,既可发挥生产企业的网点优势,以较低的价格收购废旧动力电池,又可充分利用综合利用企业的厂房资源,节约建设费用,但是在人员配置上需要有所增加.因此,设定收购单价为7200元/t,每个回收网点的员工数为2人,每个集中贮存点的员工数为2人,回收网点的单位面积租金,集中贮存点的改建费用、设备费用、单位面积租金,以及从集中贮存点到综合利用企业的运费均为0.
根据以上分析,对四种模式的可变参数赋值情况如下表2所示.
表2 不同回收模式的可变参数赋值情况表
注:* 假设回收网点库房的基础租金为0.7元/(m2·d).汽车生产企业全部依托原有网点,无需支付租金;电池生产企业部分依托原有网点,平均租金降为0.7元/(m2·d);集中贮存点库房面积较大,租金价格会有所降低,假设为0.5元/(m2·d).&以三元动力电池回收为主,假设动力电池的平均收购单价为8000元/t.汽车生产企业依托原有网点,直接从消费者手中“以旧换新”回收电池,收购价格最低;电池生产企业部分依托原有网点,收购价格略高;联盟依托汽车和电池生产企业,收购价格假设为7 200元/t.#假设回收网点员工配额为3人.汽车生产企业依托原有网点,人数降低为1人;电池生产企业部分依托原有网点,人数降低为2人;联盟依托汽车和电池生产企业网点,人数假设为2人.@假设集中贮存点员工配额为5人.第三方综合利用企业依托原有厂房,人数降低为1人;联盟部分依托第三方综合利用企业,人数假设为2人.
3.2 成本核算
表3 四种回收模式的经济指标对比
四种模式经济指标核算结果如下表3所示,模式一、模式四可实现盈利,而模式二、模式三处于亏损状态.在同样是回收1万t废旧动力电池项目,年总收益8 500万元的条件下,年总成本从低到高为:模式四<模式一<模式二<模式三,即年总利润从高到低为:模式四>模式一>模式二>模式三.根据表3数据,以汽车生产企业为回收主体时,年总成本为8 159万元,总利润为341万元;以电池生产企业为回收主体时,年总成本为8 595万元,亏损95万元;以第三方综合利用企业回收主体时,年总成本为8 961万元,亏损461万元;以产业联盟为回收主体时,年总成本为8 099万元,总利润为401万元.
4 结果与趋势分析
4.1 结果分析
(1)以汽车生产企业为主体的回收模式能够依托广泛的销售网络充分调动整个社会的回收积极性,利用现有网络优势,并且通常属于集团化管理,利益冲突较弱,便于统一管理和集中调度,具有广泛适用性,是最容易推广和最快速发展的模式.但是,这种由电动汽车生产企业为主体的回收模式由于专业性不足,安全隐患较大等问题可能会限制一部分生产企业的积极性,这种回收模式还需要一系列政策支持,一方面应保障回收的利润,另一方面应着力解决贮存、运输的安全性和规范性管理问题.
(2)动力电池生产企业为回收主体时处于亏损状态,但同等条件下,如果回收量增加到1.18万t/a时可实现盈利.动力电池生产企业对电池的性能以及对废旧动力电池余能检测、充放电技术、包装技术等更熟悉、更专业,并且动力电池生产企业具有一定的终端市场销售网络,有可能拿到相对较低的收购价格,更容易盈利,同时还可以根据废旧动力电池的情况及时反馈到生产环节,便于改进动力电池性能和创新包装技术,因此,有实力的动力电池生产企业也在积极布局回收网络.
(3)第三方综合利用企业为回收主体的模式经济性较最差,但完全可以通过扩大回收业务量(如年回收量达到3万t/a)或压低收购单价(低于7 470元/t)等方式,实现项目扭亏为赢,更适合中后期回收.由于更专业且回收市场直接关乎材料来源,第三方综合利用企业在回收布局上会更积极,在市场后期,动力电池报废量充足的情况下,更具竞争力.
(4)以产业联盟为主体的回收模式更能充分调动社会资源、环境友好,具有更高的综合效益,是值得推荐推广的模式,但是产业联盟在实现方式和利益协调方面可能面临难点,产业链上下游企业的合作关系需要长期磨合和调整,更适用于市场成熟后期发展.
4.2 对比研究
梳理四种废旧动力电池回收模式的优缺点如下表4所示.总体来讲,新能源汽车生产企业为回收主体时,回收成本低、回收效率较高,相对易于管理,回收产品以本品牌为主,前期容易开展,但受专业性、安全性、积极性影响,长期发展易受限;电池生产企业为回收主体时,回收成本和回收效率都较高,运作规模和回收产品受到限制,前期可适当开展,鼓励龙头企业优先推进;第三方综合利用企业为回收主体时,回收成本较高、回收效率更高,服务范围具有区域性限制,前期开展有一定难度;动力电池产业联盟为回收主体时,回收成本低、回收效率更高,运作规模最大,但管理难度大、信息反馈不及时,具有区域性限制,前期开展难度很大.
表4 动力电池回收模式优缺点对比分析
4.3 发展趋势
四种模式各有优势和市场,根据不同区域的报废量情况、产业发展进度、企业布局情况,将会呈现不同的回收模式.建议优先在京津冀、长三角、珠三角等动力电池报废量较多的区域优先推广汽车生产企业为回收主体的回收模式.随着报废量的增大和回收市场的日趋成熟,对回收管理的日趋严格,以动力电池生产企业为回收主体和综合利用为回收主体的模式将进入市场,以更专业化的方式进行收集、贮存、运输,梯次利用和再生利用技术也将得到发展.当市场更加成熟,为了获取更多利益、应对竞争压力,上下游产业链加强合作,形成区域性联盟组织,并不断发展壮大,逐步形成以产业联盟为主体的回收模式,可以发挥生产企业的销售网络优势、电池企业的专业技术优势、综合利用企业的收集贮存场地优势,最大限度的节约回收成本,最大范围的收集电池,提高废旧动力电池的整体回收率,将尽可能多的社会报废电池纳入规范化管理.
5 结论与建议
5.1 结论
基于成本收入分析法,构建废旧动力电池回收成本模型,核算四种回收模式下废旧动力电池回收成本.以汽车生产企业为回收主体时,年总成本为 8 159万元,总利润为341万元;以电池生产企业为回收主体时,年总成本为8 595万元,亏损95万元;以第三方综合利用企业回收主体时,年总成本为8 961万元,亏损461万元;以产业联盟为回收主体时,年总成本为8 099万元,总利润为401万元.
新能源汽车生产企业为回收主体时,回收成本低、回收效率较高,相对易于管理,前期容易开展,但长期发展易受限;电池生产企业为回收主体时,回收成本和回收效率都较高,前期可适当开展,鼓励龙头企业优先推进;第三方综合利用企业为回收主体时,回收成本较高、回收效率更高,前期开展有一定难度;动力电池产业联盟为回收主体时,回收成本低、回收效率更高,运作规模最大,但管理难度大、前期开展难度很大.因此,可先在动力电池报废量较多的区域优先推广汽车生产企业为回收主体的回收模式,便于快速布局.预计市场成熟后,以动力电池生产企业为回收主体和综合利用为回收主体的模式将进入市场,回收专业性和技术创新性得到提升;当市场更加成熟,将逐步形成以产业联盟为主体的回收模式,回收利润实现最大化.
5.2 建议
推动我国废旧动力电池回收利用,避免资源浪费和环境污染,回收环节是关键.结合本文研究,构建和完善动力电池回收体系,建议从以下几个方面着手.
①充分利用现有渠道资源,尽量避免库房重复建设,降低贮存成本.生产企业可依托销售网点改建回收网点,综合利用企业可通过与废旧家电、报废汽车、成品家电等销售售后和环保及废旧资源等领域既有回收渠道的合作改建回收网点,尽量避免新建库房,占用资源,也可以进一步降低企业的贮存成本,实现自身模式优化.
②缩短资金周转周期,降低启动资金压力.废旧动力电池回收项目除了前期的建设费用外,需要大量的收购资金,资金周转快慢直接影响到项目的运作效果,因此,建立稳定的合作关系和流畅的资金流转渠道,对于缓解企业资金压力、保证项目持续运转意义重大.
③探索“以租代售”、“车电分离”等创新模式,控制废旧动力电池来源.将动力电池及相关产品低价租售给消费者,消费者只有使用权,所有权一直在生产企业手中.生产企业还可以通过销售或售后服务网络向消费者提供动力电池的充电和维护服务,一方面节约消费者充电时间,另一方面正确的电池充放电操作还可以延长电池的使用寿命,并避免消费者不规范充电带来的安全隐患.在这过程中,生产企业可以随时了解动力电池的使用状态,对不满足使用要求的动力电池及时报废处理.
④强强联合、优势互补,共建绿色供应链.发挥电池回收利用产业联盟的作用,团结各方力量,积极推进上下游企业合作,共同探索和完善废旧动力电池回收体系,实现各方利益的最大化.同时,各方力量的充分联合,有助于共同对抗非法回收渠道,实现动力电池回收利用的规范化.
⑤加强立法和标准化,完善回收法律体系.建议在动力电池产品规格尺寸国家标准的基础上,进一步标准化动力电池的整体结构,便于不同品牌型号的车辆通用,更有利于电池退役后的拆解与梯次利用.此外,由于我国动力电池回收利用政策的法律层级较低,没有强制执行力和相应的罚则,影响实际执行效果,建议借鉴国外经验,引入具有强制执行力的专项法律法规.
[1] IEA (2020). Global EV Outlook 2020 [EB/OL]. https://webstore. iea.org/global-ev-outlook-2020. 2020-06/ 2021-03-12.
[2] IEA (2021). Global EV Outlook 2021 [EB/OL]. https://www.iea.org/ reports/global-ev-outlook-2021.2021-04/ 2021-06-02.
[3] 财政部.关于2016～2020年新能源汽车推广应用财政支持政策的通知[EB/OL]. http://www.gov.cn/xinwen/2015-04/29/content_2855040. htm. 2015-04-22/ 2021-07-09.
Ministry of Finance of the People's Republic of China. Notice on the 2016-2020 financial support policy for the promotion and application of NEVs [EB/OL]. http://www.gov.cn/xinwen/2015-04/29/content_ 2855040.htm. 2015-04-22/ 2021-07-09.
[4] 工业和信息化部.促进汽车动力电池产业发展的行动方案[EB/OL]. https://www.miit.gov.cn/zwgk/zcwj/wjfb/zbgy/art/2020/art_9e46501d77f949b0bd6edabbf7bc54b8.html. 2017-02-20/ 2021-07-09.
Ministry of Industry and Information Technology of the People's republic of China. Action plan to promote the development of the automotive traction battery industry [EB/OL]. https://www.miit.gov. cn/zwgk/zcwj/wjfb/zbgy/art/2020/art_9e46501d77f949b0bd6edabbf7bc54b8.html. 2017-02-20/ 2021-07-09.
[5] 中国汽车工业协会.中国汽车工业协会2021年1月信息发布会在京举行[EB/OL]. http://www.caam.org.cn/chn/1/cate_3/con_5232917. html. 2021-01-13/ 2021-01-15.
China Association of Automobile Manufacturers. China Association of Automobile Manufacturers held information conference on January 2021 in Beijing [EB/OL]. http://www.caam.org.cn/chn/1/cate_3/con_ 5232917.html. 2021-01-13/ 2021-01-15.
[6] 中商产业研究院.2020年中国动力电池行业市场回顾分析[EB/OL]. https://www.askci.com/news/chanye/20210201/1017021347990_2.shtml. 2021-02-01/2021-07-09.
China Business Research Institute. 2020China EV Battery Industry Market Review Analysis [EB/OL]. https://www.askci.com/news/ chanye/20210201/1017021347990_2.shtml. 2021-02-01/2021-07-09.
[7] 张淑英,李天钰.中国新能源汽车动力电池报废量预测与对策建议——基于蒙特卡洛模拟的测算[J]. 环境与可持续发展, 2019,(6): 101-105.
Zhang Shuying, Li Tianyu. Forecast and countermeasures of China’s new energy vehicle power battery scrap quantity: estimation based on Monte Carlo simulation [J]. Environment and Sustainable Development, 2019,(6):101-105.
[8] 陶志军,贾晓峰.中国动力电池回收利用产业商业模式研究[J]. 汽车工业研究, 2018,(10):33-41.
Tao Zhijun, Jia Xiaofeng. Research on China¢s power battery recycling industry business model [J]. Automotive industry research, 2018,(10):33-41.
[9] 苗雪丰.我国车用动力电池循环利用模式研究[D]. 北京:华北电力大学(北京), 2019.
Miao Xuefeng. Research on Recycling Mode of Vehicle Power Battery in China [D]. Beijing: North China Electric Power University, 2019.
[10] 李建林,修晓青,刘道坦,等.计及政策激励的退役动力电池储能系统梯次应用研究[J]. 高电压技术, 2015,41(8):2562-2568.
Li Jianlin, Xiu Xiaoqing, Liu Daotan, et al. Research on second use of retired electric vehicle battery energy storage system considering policy incentive [J]. High Voltage Engineering, 2015,41(8):2562- 2568.
[11] 刘 坚.电动汽车退役电池储能应用潜力及成本分析[J]. 储能科学与技术, 2017,6(2):243-249.
Liu Jian. Second use potential of retired EV batteries in power system and associated cost analysis [J]. Energy Storage Science and Technology, 2017,6(2):243-249.
[12] NREL. Battery second-use repurposing cost calculator [EB/OL]. https://www.nrel.gov/transportation/b2u-calculator.html., 2021-07-07.
[13] Cready E, Lippert J, Pihl J, et al. Technical and economic feasibility of applying used EV batteries in stationary applications[R]. California: Sandia National Laboratories, 2003.
[14] 殷仁述,杨沿平,杨 阳,等.车用钛酸锂电池生命周期评价[J]. 中国环境科学, 2018,38(6):2371-2381.
Yin Renshu, Yang Yanping, Yang yang, et al. Life cycle assessment of the lithium titanate batteries used for electric vehicles [J]. China Environmental Science, 2018,38(6):2371-2381.
[15] 章 竟,汝宜红.废旧电池回收物流网络构建与比较分析[J]. 科技通报, 2012,28(6):1-4.
Zhang Jing, Ru Yihong. The comparative analysis and establish of recycle logistics network of waste battery [J]. Bulletin of Science and Technology, 2012,28(6):1-4.
[16] 侯 兵.电动汽车动力电池回收模式研究[D]. 重庆:重庆理工大学, 2015.
Hou Bing. Research on Power Battery Recycling Mode of Electric Vehicle [D]. Chongqing: Chongqing University of Technology, 2015.
[17] 刘娟娟,郭炎可.考虑不确定性的电动汽车动力电池逆向物流网络设计[J]. 上海海事大学学报, 2021,42(2):96-102.
Liu Juanjuan, Guo Yanke. Design of reverse logistics network for electric vehicle power battery considering uncertainty [J]. Journal of Shanghai Maritime University, 2021,42(2):96-102.
[18] GB/T 34013-2017 电动汽车用动力蓄电池产品规格尺寸[S].
GB/T 34013-2017 Dimension of traction battery for electric vehicles [S].
[19] 李震彪,黎宇科.发达国家动力电池回收利用法律法规研究[J]. 汽车与配件, 2019,(19):65-67.
Li Zhenbiao, Li Yuke. Research on the laws and regulations on the recycling and utilization of dynamic battery in developed countries [J]. Car and accessories, 2019,(19):65-67.
[20] European Commission. Proposal for a Regulation of the European Parliament and of the Council concerning batteries and waste batteries, repealing Directive 2006/66/EC and amending Regulation (EU) No. 2019/1020 (COM(2020)798) [EB/OL]. http://www.hebwto.info/e/ action/ShowInfo.php?classid=6&id=30753.2021-01-26/2021-07-10.
[21] 中华人民共和国深圳海关.欧盟发布电池和废电池管理新规[EB/OL]. http://ningbo.customs.gov.cn/shenzhen_customs/zfxxgk15/ 2966748/shrd2394/3654076/index.html. 2021-04-30/2021-07-07.
Shenzhen Customs District P.R.China. EU releases the new rules of battery and waste battery management [EB/OL]. http://ningbo. customs.gov.cn/shenzhen_customs/zfxxgk15/2966748/shrd2394/3654076/index.html. 2021-04-30/2021-07-07.
[22] Battery Council International. Battery Council International Proposed Model Battery Recycling Legislation [EB/OL]. https://cdn.ymaws. com/batterycouncil.org/resource/resmgr/BCI_Model_Legislation.pdf. / 2021-09-23.
[23] 経済産業省.資源有効利用促進法について [EB/OL]. https: //www.meti.go.jp/policy/recycle/main/admin_info/law/02/pdf/shigenyukoriyoho-gaiyo.pdf. 2001-04/2021-09-23.
Ministry of Economy, Trade and Industry. Law for promotion of effective utilization of resources [EB/OL]. https://www.meti.go.jp/ policy/recycle/main/admin_info/law/02/pdf/shigenyukoriyoho-gaiyo. pdf. 2001-04/2021-09-23.
[24] 国务院.国务院关于印发节能与新能源汽车产业发展规划(2012～2020年)的通知[EB/OL]. http://www.gov.cn/zwgk/2012- 07/09/content_2179032.htm. 2012-06-28/2021-07-07.
State Council of the People's Republic of China. Energy-saving and NEVs Industry Development Plan (2012-2020) [EB/OL]. http://www. gov.cn/zwgk/2012-07/09/content_2179032.htm. 2012-06-28/2021- 07-07.
[25] 国务院办公厅.国务院办公厅关于印发新能源汽车产业发展规划(2021—2035年)的通知[EB/OL]. http://www.gov.cn/zhengce/ content/2020-11/02/content_5556716.htm. 2020-10-20/2021-07-07.
General Office of the State Council of the People's Republic of China. NEVs industry development plan (2021-2035) [EB/OL]. http://www. gov.cn/zhengce/content/2020-11/02/content_5556716.htm. 2020-10- 20/2021-07-07.
[26] 中华人民共和国国家发展和改革委员会.电动汽车动力蓄电池回收利用技术政策(2015年版) [EB/OL]. https://www.ndrc.gov.cn/ xxgk/zcfb/gg/201601/t20160128_961147.html 2016-01-05/2021-03-12.
National Development and Reform Commission, People's republic of China. Technical policy on electric vehicle traction battery recycling (2015Version) [EB/OL]. https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/gg/ 201601/t20160128_961147.html 2016-01-05/2021-03-12.
[27] 工业和信息化部.新能源汽车动力蓄电池回收利用管理暂行办法[EB/OL]. https://www.miit.gov.cn/zwgk/zcwj/wjfb/zh/art/2020/art_ 459b0eb972964f68930bb39be9e92688.html. 2018-01-26/2021-07-07.
Ministry of Industry and Information Technology of the People's republic of China. Interim Measures for the Management of NEVs Traction Battery Recycling [EB/OL]. https://www.miit.gov.cn/zwgk/ zcwj/wjfb/zh/art/2020/art_459b0eb972964f68930bb39be9e92688.html. 2018-01-26/2021-07-07.
[28] 工业和信息化部.关于组织开展新能源汽车动力蓄电池回收利用试点工作的通知(新能源汽车动力蓄电池回收利用试点实施方案) [EB/OL]. https://www.miit.gov.cn/zwgk/zcwj/wjfb/zh/art/2020/art_ f2b827336c514c7abb77a55aec6b25e3.html. 2018-02-22/2021-07-07.
Ministry of Industry and Information Technology of the People's republic of China. Implementation Scheme for the Pilot Recycling of NEV Traction Batteries [EB/OL]. https://www.miit.gov.cn/zwgk/zcwj/ wjfb/zh/art/2020/art_f2b827336c514c7abb77a55aec6b25e3.html. 2018-02-22/2021-07-07.
[29] 工业和信息化部.关于做好新能源汽车动力蓄电池回收利用试点工作的通知[EB/OL]. https://www.miit.gov.cn/zwgk/zcwj/wjfb/zh/ art/2020/art_5a9e7357291340379256c1f68a5a6a53.html. 2018-07- 23/2021-07-07.
Ministry of Industry and Information Technology of the People's republic of China. Notice on the NEVs traction battery recycling demonstration [EB/OL]. https://www.miit.gov.cn/zwgk/zcwj/wjfb/ zh/art/2020/art_5a9e7357291340379256c1f68a5a6a53.html. 2018-07- 23/2021-07-07.
[30] 工业和信息化部.新能源汽车动力蓄电池回收利用溯源管理暂行规定[EB/OL]. https://www.miit.gov.cn/jgsj/jns/gzdt/art/2020/art_ c1a708247cc54b068ea60ceaff0b044d.html. 2018-07-02/2021-07-07.
Ministry of Industry and Information Technology of the People's republic of China. Interim specifications on traceability management of NEVs traction battery recycling [EB/OL]. https://www. miit.gov.cn/jgsj/jns/gzdt/art/2020/art_c1a708247cc54b068ea60ceaff0b044d.html. 2018-07-02/2021-07-07.
[31] 工业和信息化部.新能源汽车动力蓄电池回收服务网点建设和运营指南[EB/OL]. https://www.miit.gov.cn/jgsj/jns/zyjy/art/2020/art_ f164aea1faff4cb4bd7aee0044001ce7.html. 2019-10-31/2021-07-07.
Ministry of Industry and Information Technology of the People's republic of China. Guidelines of NEVs battery recycling service network construction and operation [EB/OL]. https://www.miit. gov.cn/jgsj/jns/zyjy/art/2020/art_f164aea1faff4cb4bd7aee0044001ce7.html. 2019-10-31/2021-07-07.
[32] 工业和信息化部.《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件(2019年本)》;《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范公告管理暂行办法(2019年本)》[EB/OL]. https://www.miit. gov.cn/zwgk/zcwj/wjfb/gg/art/2020/art_c1073817285c4b26a9fb34ed75a2e69d.html. 2019-12-16/2021-07-07.
Ministry of Industry and Information Technology of the People's republic of China. Industry specification conditions for waste NEVs traction battery comprehensive utilization (Version 2019) , Announcement on interim measures of industry specification management for waste NEVs traction battery comprehensive utilization (Version 2019) [EB/OL]. https://www.miit.gov.cn/zwgk/ zcwj/wjfb/gg/art/2020/art_c1073817285c4b26a9fb34ed75a2e69d.html. 2019-12-16/2021-07-07.
[33] 工业和信息化部.符合《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》企业名单(第一批) [EB/OL]. http://www.gov.cn/zhengce/ zhengceku/2018-12/31/content_5438758.htm. 2018-09-03/2021-07-07.
Ministry of Industry and Information Technology of the People's republic of China. List of enterprises compliant with the industry specification conditions for waste NEVs traction battery comprehensive utilization (The First Batch) [EB/OL]. http://www.gov. cn/zhengce/zhengceku/2018-12/31/content_5438758.htm. 2018-09- 03/2021-07-07.
[34] 工业和信息化部. 符合《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》企业名单(第二批) [EB/OL]. https://www.miit.gov.cn/ jgsj/jns/wjfb/art/2021/art_03420a0f99fc49fa86955303c579db8a.html. 2021-01-20/2021-07-07.
Ministry of Industry and Information Technology of the People's republic of China. List of enterprises compliant with the industry specification conditions for waste NEVs traction battery comprehensive Utilization (The Second Batch) [EB/OL]. https://www. miit.gov.cn/jgsj/jns/wjfb/art/2021/art_03420a0f99fc49fa86955303c579db8a.html. 2021-01-20/2021-07-07.
[35] 电池联盟.2020年动力电池回收网络将有五大特征[EB/OL]. http://chuneng.bjx.com.cn/news/20200402/1060439.shtml. 2020-04- 02/2021-03-12.
BATTERY UNION. In 2020, the power battery recycling network will have five characteristics. http://chuneng.bjx.com.cn/news/20200402/ 1060439.shtml. 2020-04-02/2021-03-12.
[36] 节能与新能源汽车年鉴.动力电池回收循环与梯次利用[EB/OL]. http://www.gev.org.cn/news/3719.html. 2020-04-23/2021-07-07.
Energy Saving and New EV Yearbook. EV battery recycling circulation and echelon use [EB/OL]. http://www.gev.org.cn/news/ 3719.html. 2020-04-23/2021-07-07.
[37] 贾晓峰,冯乾隆,陶志军,等.动力电池梯次利用场景与回收技术经济性研究[J]. 汽车工程师, 2018,(6):14-19.
Jia Xiaofeng, Feng Qianlong, Tao Zhijun, et al. Study on the echelon used scenario and technical recycling economy of power battery [J]. Auto Engineer, 2018,(6):14-19.
[38] 董庆银,谭全银,郝硕硕,等.北京市新能源汽车动力电池回收模式及经济性分析[J]. 科技管理研究, 2020,40(20):219-225.
Dong Qingyin, Tan Quanyin, Hao Shuoshuo, et al. Recycling modes and economic analysis of new energy vehicle power batteries in Beijing [J]. Science and Technology Management Research, 2020, 40(20):219-225.
[39] 四川物联亿达科技有限公司.2018年通用仓储市场发展现状与2019年展望[C]//中国仓储与配送协会.中国仓储业蓝皮书(2019)//中国仓储与配送协会, 2019:59-79.
Sichuan complex Yida Technology Co. Ltd. 2018 general warehousing market development status and 2019 prospect [C] // China Warehousing and Distribution Association. China Warehousing Industry Blue Book (2019). China Association of Warehousing and Distribution, 2019:59-79.
[40] 国家统计局.中国统计年鉴(2020) [EB/OL]. http://www.stats.gov.cn/ tjsj/ndsj/2020/indexch.htm. / 2021-06-02.
Compiled by National Bureau of Statistics of China. China Statistical Yearbook (2020) [EB/OL]. http://www.stats.gov.cn/tjsj/ndsj/2020/ indexch.htm./2021-06-02.
Analysis and tendency on the recycling mode of used EV batteries based on cost accounting.
HAO Shuo-shuo, DONG Qing-yin, LI Jin-hui*
(School of Environment, Tsinghua University, Beijing 100084, China)., 2021,41(10)：4745～4755
This article summarizes the current EV battery management status in China, including battery flow, collection system and recycling mode, and proposed four recycling modes, whose main recycling body are new energy vehicle manufacturers, EV battery manufacturers, third-party comprehensive utilization companies, and industrial alliances, respectively. In order to calculate the cost for EV battery recycling, construction cost, operation and maintenance cost, collection cost, storage cost, transportation cost, labor cost, tax cost, and management cost are composed to establish a model for waste EV battery recycling. Using the previous model, cost and profit of the four EV battery recycling modes were calculated. The results show that when the total annual income was 85million yuan, the profit range of the four recycling modes was –461 to 4.01 million yuan for EV batteries recycling at a quantity of 10 000t/a. The trend analysis shows that Chinese government can give priority to promoting the recycling mode with new energy vehicle manufacturers as the main recycling body, which was convenient for rapid deployment in the early stage. When the recycling market matures, the mode with EV battery manufacturers and comprehensive utilization enterprises as the main recycling body would enter the market, leading to professional and technology improvement. When the market grows more mature, the recycling mode based on industrial alliances will formulate, and the cost of recycling would be much lower than previous modes. Therefore, it is recommended to further improve EV battery recycling system through several channels, such as avoiding redundant construction, shortening the capital turnover cycle, exploring innovative models, building a green supply chain, and improving the recycling legal system.
new energy vehicle；EV battery；recycling mode；cost model；tendency
X705
A
1000-6923(2021)10-4745-11
郝硕硕(1992-),女,河北衡水人,工程师,硕士,主要从事固体废物循环利用与资源化方向研究.
2021-03-25
清华大学-丰田联合研究院跨学科专项“动力电池回收利用全流程管理技术”(PR15)
* 责任作者, 教授, jinhui@tsinghua.edu.cn
