系列標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)解決鉛酸蓄電池二次利用難題

賈蕗路，裴 鋒，劉 欣，田 旭，況燕軍

（國(guó)網(wǎng)江西省電力有限公司電力科學(xué)研究院，江西 南昌 330096）

0 引言

傳統(tǒng)的電池使用中，鉛酸蓄電池在仍有近80%的剩余容量時(shí)即退出運(yùn)行，資源浪費(fèi)嚴(yán)重，鉛污染問(wèn)題突出。中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《鉛酸蓄電池二次利用》系列的發(fā)布就是針對(duì)鉛酸蓄電池剩余容量有效利用問(wèn)題提出了一系列的解決方案，破除了制約電池儲(chǔ)能行業(yè)發(fā)展的重要瓶頸，將為儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)升級(jí)注入強(qiáng)大的活力。

1 標(biāo)準(zhǔn)背景

全球氣候波動(dòng)日益劇烈，生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重惡化，大氣污染、土壤污染、水污染等問(wèn)題日益突出。人類生存與發(fā)展面臨巨大挑戰(zhàn)。習(xí)近平主席在十八大上正式提出“美麗中國(guó)”這一思想，建設(shè)美麗中國(guó)，首先應(yīng)倡導(dǎo)人與自然和諧。改善生態(tài)環(huán)境，減少自然災(zāi)害的發(fā)生，需要企業(yè)和全人類負(fù)起應(yīng)有的責(zé)任。國(guó)家“十三五”經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的目標(biāo)中，就有生態(tài)環(huán)境質(zhì)量總體改善的要求。提倡大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，提高資源利用率。

在2016年結(jié)束的G20峰會(huì)上，各國(guó)提出新工業(yè)革命行動(dòng)計(jì)劃：減少能源和資源消耗，提升資源利用率，從而更好地保護(hù)環(huán)境?！栋屠鑵f(xié)定》的達(dá)成加快了全球氣候治理的步伐，提高資源利用率，符合國(guó)際戰(zhàn)略發(fā)展的大方向，使經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式向生態(tài)文明轉(zhuǎn)型。

2 標(biāo)準(zhǔn)目的和意義

鉛酸蓄電池，具體結(jié)構(gòu)見圖1，是一種含以稀硫酸為主的電解質(zhì)、二氧化鉛正極和鉛負(fù)極的蓄電池[1]，是化學(xué)電源中市場(chǎng)份額最大、使用范圍最廣的產(chǎn)品[2]，在啟動(dòng)、動(dòng)力、后備、儲(chǔ)能領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。在電力、通信、交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)發(fā)揮著重要作用。隨著太陽(yáng)能、風(fēng)能等清潔能源的開發(fā)利用，鉛酸蓄電池作為一種安全性高、價(jià)格低廉的能源產(chǎn)品迎來(lái)了新的發(fā)展空間。

圖1 閥控式鉛酸蓄電池結(jié)構(gòu)示意圖

從2005年至2014年，全國(guó)鉛酸蓄電池總產(chǎn)能以每年10%左右的速率增長(zhǎng)。2015年全國(guó)主流鉛酸蓄電池品牌銷售收入近800億元，在化學(xué)電源產(chǎn)業(yè)中占67.5%，仍然是電池行業(yè)最重要的產(chǎn)品系列。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局公布數(shù)據(jù)，2016年1-8月全國(guó)鉛酸蓄電池行業(yè)累計(jì)完成產(chǎn)量同比增長(zhǎng)4.25%。我國(guó)鉛酸蓄電池的產(chǎn)量已占世界產(chǎn)量的1/3，成為了全球鉛酸蓄電池的生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)。

預(yù)計(jì)在5-10年內(nèi)，鉛酸蓄電池不能被其他電池產(chǎn)品取代，預(yù)測(cè)到2020年其仍然占據(jù)全球二次可充電電池59%的市場(chǎng)份額[3]，繼續(xù)高居各類電池首位。未來(lái)五年，儲(chǔ)能對(duì)鉛酸蓄電池將有更大的需求；“鐵塔公司”對(duì)國(guó)內(nèi)通訊網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資將再次加快，后備電池市場(chǎng)需求有望持續(xù)增長(zhǎng)；互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心行業(yè)的巨大發(fā)展機(jī)遇將帶動(dòng)相關(guān)機(jī)房設(shè)備包括電池市場(chǎng)需求的擴(kuò)大。電池行業(yè)對(duì)化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)做了一個(gè)市場(chǎng)預(yù)測(cè)，鉛酸蓄電池儲(chǔ)能在當(dāng)前以及未來(lái)至少10年內(nèi)，仍將占據(jù)絕對(duì)的市場(chǎng)份額。

隨著鉛酸蓄電池廣泛大量應(yīng)用，給有效處置大量的退運(yùn)電池帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。目前，退運(yùn)鉛酸蓄電池通常僅進(jìn)行簡(jiǎn)單的報(bào)廢回收處理，資源浪費(fèi)非常嚴(yán)重。研究表明，退運(yùn)鉛酸蓄電池中約80%是可以二次利用的，如用于儲(chǔ)能或一般后備電源。

《鉛酸蓄電池二次利用》系列標(biāo)準(zhǔn)積極響應(yīng)“減少污染物和廢棄物”的節(jié)能減排和低碳環(huán)保要求，利于加強(qiáng)國(guó)家電網(wǎng)公司在環(huán)境保護(hù)和環(huán)境治理方面的力度，響應(yīng)國(guó)家環(huán)?？偩帧笆蔽逶趶U棄物資源化科學(xué)研究方面的具體要求，提高各級(jí)電網(wǎng)企業(yè)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)意識(shí)加強(qiáng)科技進(jìn)步與創(chuàng)新，降低電網(wǎng)運(yùn)行成本。

《鉛酸蓄電池二次利用》系列標(biāo)準(zhǔn)，不僅填補(bǔ)了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在該領(lǐng)域的空白，也有效地對(duì)資源進(jìn)行整合、推動(dòng)科研成果轉(zhuǎn)化；更好地引導(dǎo)和規(guī)范產(chǎn)業(yè)、市場(chǎng)；實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用；保護(hù)環(huán)境。鉛酸蓄電池二次利用所創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、社會(huì)效益非?？捎^，是分布式能源和儲(chǔ)能發(fā)展的新引擎，能對(duì)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型起到顯著的推動(dòng)作用，同時(shí)也將推動(dòng)其他行業(yè)的發(fā)展。

3 標(biāo)準(zhǔn)制定

標(biāo)準(zhǔn)制定組從2009年開始，承擔(dān)了多項(xiàng)電池、儲(chǔ)能等方面的科研項(xiàng)目，研究方向涉及電池梯次利用、評(píng)價(jià)分級(jí)、回收等等，研究成果顯著。前期大量的理論研究解決了閥控式鉛酸蓄電池的主要問(wèn)題，如：失水問(wèn)題、極板硫酸鹽化、板珊腐蝕與軟化脫落等。自主研發(fā)了用于閥控式鉛酸蓄電池容量激活的激活液和配套激活設(shè)備。開展了鉛酸蓄電池二次利用評(píng)價(jià)分級(jí)及成組等技術(shù)研究，并成功示范應(yīng)用。

《鉛酸蓄電池二次利用》系列團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)在中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)和全國(guó)電力儲(chǔ)能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)的大力支持和幫助下，得到大力推進(jìn)。本系列團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)參編單位包括國(guó)家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)、發(fā)電集團(tuán)、環(huán)保部門和企業(yè)，共16家。2016年10月21日正式發(fā)布。

該系列標(biāo)準(zhǔn)共發(fā)布5個(gè)部分：《鉛酸蓄電池二次利用第1部分：總則》、《鉛酸蓄電池二次利用第2部分：電池評(píng)價(jià)分級(jí)及成組技術(shù)規(guī)范》、《鉛酸蓄電池二次利用第3部分：電池修復(fù)技術(shù)規(guī)范》、《鉛酸蓄電池二次利用 第4部分：電池維護(hù)技術(shù)規(guī)范》、《鉛酸蓄電池二次利用 第5部分：電池貯存與運(yùn)輸技術(shù)規(guī)范》。

3.1 標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容

1）該系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了鉛酸蓄電池二次利用的基本規(guī)定和基本環(huán)節(jié)；

2）為保障鉛酸蓄電池二次利用過(guò)程中電池合理分級(jí)和成組編制了相關(guān)技術(shù)規(guī)范。包括電池評(píng)價(jià)方法、電池分級(jí)方法、電池配組方法、相關(guān)測(cè)試方法。明確二次利用電池經(jīng)測(cè)試后評(píng)價(jià)為：報(bào)廢電池，可修復(fù)電池，可利用電池；分級(jí)為：低容量電池、低電壓電池、基本合格電池、中等容量電池、高容量電池。電池組性能需要同時(shí)滿足容量一致性、電壓一致性和內(nèi)阻一致性要求，低容量電池、低電壓電池做報(bào)廢回收處理。明確電池組檢測(cè)項(xiàng)目為外觀檢查、容量測(cè)試、電壓測(cè)試、內(nèi)阻測(cè)試，并規(guī)定了測(cè)試方法；

3）二次利用電池成組應(yīng)用應(yīng)配置有在線維護(hù)功能的監(jiān)測(cè)設(shè)備。為使更多已退運(yùn)或待報(bào)廢鉛酸蓄電池能投入二次利用過(guò)程中，并能更規(guī)范地對(duì)失效的鉛酸蓄電池進(jìn)行修復(fù)而編制了相關(guān)技術(shù)規(guī)范，明確了鉛酸蓄電池可修復(fù)的范圍，規(guī)定了鉛酸電池修復(fù)的安全要求、技術(shù)要求、測(cè)試儀表精度、修復(fù)內(nèi)容、常用修復(fù)法的修復(fù)步驟、修復(fù)后的質(zhì)量評(píng)估；

4）為保障鉛酸蓄電池二次利用過(guò)程中電池運(yùn)行，如何進(jìn)行有效維護(hù)編制了相關(guān)技術(shù)規(guī)范，包括基本維護(hù)項(xiàng)目、維護(hù)周期、維護(hù)流程、在線以及離線維護(hù)。明確二次利用電池成組應(yīng)用后應(yīng)進(jìn)行維護(hù)，使電池組安全運(yùn)行、保持電池組一致性、提高電池組能量利用率；

5）該系列標(biāo)準(zhǔn)對(duì)二次利用鉛酸蓄電池貯存與運(yùn)輸?shù)闹饕^(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新點(diǎn)

1）首次提出二次利用鉛酸蓄電池定義：未完全喪失利用價(jià)值且外觀完整但性能已不滿足原使用要求，在保持結(jié)構(gòu)完好的同時(shí)，經(jīng)收集、檢測(cè)或修復(fù)后再利用的鉛酸蓄電池[1]；

2）首次系統(tǒng)地提出了鉛酸蓄電池二次利用的主要技術(shù)環(huán)節(jié)并進(jìn)行了規(guī)范；

3）填補(bǔ)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)該領(lǐng)域的空白。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐

前期大量的示范和實(shí)際應(yīng)用，積累了成果轉(zhuǎn)化的經(jīng)驗(yàn)，和中國(guó)汽車研究中心、中科院電工所、奇瑞公司、億通公司、杭州高特等單位均有合作。二次利用鉛酸蓄電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域和變電站的示范應(yīng)用見圖2、3。

圖2 具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成套裝備產(chǎn)品（二次利用鉛酸蓄電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域）

圖3 二次利用鉛酸蓄電池在110kV變電站正常運(yùn)行

4 結(jié)束語(yǔ)

《鉛酸蓄電池二次利用》系列團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合我國(guó)鉛酸蓄電池二次利用的實(shí)際情況，進(jìn)行了廣泛調(diào)查研究，總結(jié)、吸收了相關(guān)的科研成果，該系列團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)將有利于科技成果推廣應(yīng)用，有利于資源節(jié)約與循環(huán)利用，有利于環(huán)境保護(hù)。

該系列團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)解決了目前鉛酸蓄電池二次利用過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布標(biāo)志著電力行業(yè)在標(biāo)準(zhǔn)化工作方面取得重要進(jìn)展，這是貫徹落實(shí)國(guó)務(wù)院《深化標(biāo)準(zhǔn)化工作改革方案》（國(guó)發(fā)〔2015〕13號(hào)）的具體體現(xiàn)。它也是國(guó)網(wǎng)江西電科院科技成果推廣應(yīng)用的成功案例，有利于加快推動(dòng)電池技術(shù)進(jìn)步[4]。