AEii國際應用能源 - 【Advances in Applied Energy】電動車退役電池在綜合能源系統中梯次利用的全價值鏈協同優化－鑽石舞台

原文信息：

Emerging supply chain of utilising electrical vehicle retired batteries in distributed energy systems

原文鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666792420300020

Highlights

Couple Nash-type profit share model with energy system optimization model.

Linearize whole problem by piecewise and separable programming efficiently

Retired batteries』 optimal price is 140 $/kWh for a representative application.

Overall profit of the entire value chain is 2.7 million US$ for one application.

Revenue support policy benefits the whole chain while tariff support policy does not.

耦合綜合能源優化設計模型與退役電池全價值鏈利益分配模型.

基於Nash非合作博弈建模保障全鏈條利益分配公平性並高效線性化.

案例中梯次利用了約260輛純電動車的退役電池，產生265萬美金的全價值鏈總收益.

案例中退役電池的最優售價約為新電池的1/3.

補貼終端回收商將有利於整個產業鏈，但推廣新電池的政策並不總適用於退役電池.

摘要

電動車普及可助力交通部門的低碳發展，但電動車退役電池的處理問題仍是一個重大挑戰。預計到2030年，僅中國的退役電池量將超過70萬噸。與其將之堆放倉庫或直接拆解，不如通過適當調適賦予其二次生命，將之利用於綜合能源系統中作為固定式儲能設備。然而目前該產業鏈方興未艾，仍有許多關鍵問題亟待解決，如：退役電池如何定價？市場容量有多少？各利益相關方如何獲利等。因此，我們提出了退役電池在綜合能源系統中梯次利用的全供應鏈協同優化模型，並應用於一個商業地塊綜合能源項目開發的案例。結果表明：（1）案例可帶來的全價值鏈總收益超過265萬美金，相當於綜合能源全項目周期成本的8.3%；最優的退役電池售價約為新電池的1/3；退役電池利用量為10.7MWh，相當於利用了約260輛純電動車的退役電池；（2）通過基於Nash非合作博弈建模，保障價值鏈條中電動車商、綜合能源服務商以及終端回收商的利益分配公平性。此外，同時模型可用於評估不同政策對全價值鏈的影響。綜上，我們提供了一種基於數學優化的輔助決策工具以評估未來電動車退役電池在綜合能源系統中梯次利用的全價值鏈潛力。

更多關於"Electric vehicle"的研究請見：

https://www.sciencedirect.com/search?qs=Electric%20vehicle&pub=Advances%20in%20Applied%20Energy&cid=777797

Abstract

Increasing electric vehicles (EV) penetration leads to significant challenges in EV battery disposal. Reusing retired batteries in distributed energy systems (DES) offers resource-circular solutions. We propose an optimisation framework to model the emerging supply chains and design strategies for reusing the retired EV batteries in DES. Coupling a supply chain profit-allocation model with a DES design optimisation model, the framework maximises the whole chain profit and enables fair profit distribution between three interactive sectors, i.e., EV, DES, dismantling and recycle (D&R) sectors. Our research highlights the system implications of retired batteries on DES design and new modelling insights into incentive policy effectiveness. Our case study suggests significant potential value chain profits (2.65 million US$) achieved by deploying 10.7MWh of retired batteries in the DES application with optimal retired battery price of 138 US$/kWh. The revenue support on D&R sector is suggested as a promising incentive scheme than tariff support.

Keywords

Electric vehicle

Retired battery

Distributed energy system

Supply chain

Game theory

Optimisation model

圖1 圖形摘要

圖2 退役電池梯次利用價值鏈與綜合能源系統耦合的示意圖

圖3 商業體塊綜合能源案例研究的全價值鏈總收益、各方利益分配、定價策略、退役電池用量

圖4 採用新電池或退役電池的綜合能源系統最優設計對比（a）以及電池調度策略（b）

團隊介紹

本研究由英國Imperial College、中國科學院城市環境研究所、英國King's College、以及中山大學的研究人員共同完成。

通信作者簡介：

郭淼，博士，英國King’s College講師，帝國理工EPSRC fellowship，EPSRC Manufacturing Research membership，現帶領團隊從事生命科學與化工系統工程交叉領域的研究。在Progress in Energy and Combustion Science、Applied Energy、Environmental Science & Technology、Water research等期刊上發表論文超過60篇，並多次受邀報告。

第一作者簡介：

景銳，博士，中科院城環所特別研究助理，卡迪夫大學Research Associate，從事綜合能源規劃，能源轉型與氣候韌性領域研究。在Applied Energy、Advances in Applied Energy、iScience和Renewable & Sustainable Energy Review等期刊發表一作論文14篇，並多次獲得最佳論文獎與最佳審稿人稱號。

關於Applied Energy

本期小編：張凱。

《Applied Energy》是世界能源領域著名學術期刊，在全球出版巨頭愛思唯爾 (Elsevier) 旗下，1975年創刊，影響因子9.746，CiteScore19.7，高被引論文ESI全球工程期刊排名第4，谷歌學術全球學術期刊第53，本刊旨在為清潔能源轉換技術、能源過程和系統優化、能源效率、智慧能源、環境污染物及溫室氣體減排、能源與其他學科交叉融合、以及能源可持續發展等領域提供交流分享和合作的平台。開源（Open Access）姊妹新刊《Advances in Applied Energy》現已正式上線。在《Applied Energy》的成功經驗基礎上，致力於發表應用能源領域頂尖科研成果，並為廣大科研人員提供一個快速權威的學術交流和發表平台，歡迎關注！

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