中国能源系统的脱碳进程加强了对可再生能源的关注,风能与太阳能已成为国家清洁能源转型的关键来源[1][2][3]。然而其波动性与间歇性对电网稳定性构成挑战,需要部署大规模储能系统[4]。过去十年间,锂离子电池凭借高效率与快速响应能力,已发展成为主流储能技术[5]。2023年中国新增储能装机中,锂离子电池占比高达97%[6],随着可再生能源扩展包的推进,锂资源需求呈现指数级增长[7][8]。 电池储能系统(BESS)的快速部署对关键能源金属产生了巨大需求[9]。%%尽管中国作为全球锂电池制造大国占据主导地位,但由于其全球锂储量份额有限且供应风险日益加剧,在能源转型进程中仍面临重大挑战[10]。至2040年,中国能源领域的锂需求量将激增25倍[11],远超国内资源供应能力。%%这种供需失衡凸显了通过电动汽车退役电池(RBs)二次利用来提升锂资源可持续性、支撑BESS发展的重要性[12]。然而,退役电池供应的不稳定性叠加循环经济实践的不完善,引发了关于BESS锂资源可持续供应的担忧。这种不平衡凸显了通过电动汽车退役电池(RBs)的二次利用来增强锂资源可持续性、从而维持电池储能系统(BESS)供应的重要意义[12]。然而,退役电池供应的不稳定性与循环经济实践的不完善,引发了关于BESS锂资源可持续供应的担忧。 为应对潜在的供应短缺与环境问题,物质流分析被广泛应用于追踪和量化锂资源的生产、使用及报废管理[7][13]。近期研究强调,在风电与光伏并网政策的推动下,储能系统对锂资源的需求正持续增长[4][14]。在绿色转型背景下,当电动汽车电池容量衰减至80%时,诸如电池梯次利用与循环再生等循环经济实践的重要性尤为凸显[15][16]。尽管如此,循环经济在回收率、再循环效率以及再生材料经济可行性方面仍存在不确定性[17][18][19]。关于二次寿命电池(SLBs)的性能表现,现有研究从电池使用、处置和回收等维度进行了探讨[20][21][22]。研究表明,通过延缓回收进程并减少原材料需求,二次寿命电池可实现显著的资源节约与碳减排[21][23][24]。尽管现阶段退役电池在储能系统中的梯次利用仍受技术安全性和经济性问题的制约,但其市场潜力依然可观[25]。例如,Kamran等[26]与Xu等[27]的研究分别指出,改造报废车用电池可满足英国及欧盟未来电网储能电池的需求。 然而,目前仍缺乏长期、系统的物质流分析结果来动态评估储能需求与退役电池供应之间的锂资源流动。现有研究如Liu等[28]和Li等[29]虽已考察循环经济策略下储能系统的锂代谢,但其模型未能充分捕捉非线性市场波动(如政策变革与技术革新),也未体现与相邻系统的动态耦合关系——包括退役电池在储能领域的梯次利用。该问题在中国尤为突出:电动汽车销量激增(拥有全球最大锂电池存量[30])、非正规二手锂电池市场活跃[31]以及风光能源大规模转型[32],这些因素共同加剧了系统复杂性。研究空白主要体现在三个领域:(1) 虽然退役动力电池(RBs)的梯次利用潜力已得到认可,但针对这些电池在中国长期碳目标下的政策、技术和市场动态[33]中表现如何,缺乏足够的长期情景分析,这使得动态建模的需求愈发迫切;(2) 诸如退役电动汽车电池质量与回收效率[30]等影响因素之间的相互作用对支撑电池储能系统(BESS)的影响机制尚未明晰,导致固态锂电池(SLBs)规模化应用存在不确定性;(3) 中国目前仍缺乏系统考量原生与再生锂资源供给、BESS锂需求、电池寿命及电池回收技术演进路径的综合评估体系。 在此,我们开发了一种基于储能驱动的锂动态物质流分析模型,通过评估2010至2060年间中国可再生能源领域中的锂流量与存量来填补研究空白。该模型整合了电池寿命、回收效率及能源政策演变等关键因素,评估了固态锂电池(SLBs)在降低电池储能系统(BESS)原生锂需求中的作用。我们致力于解决以下核心问题:(1)相对于电池储能系统(BESS)快速增长的锂需求,可回收电池(RBs)提供的锂资源总体可用性轨迹如何?(2)何时电池储能系统中在用锂存量何时将达到峰值?何时梯次利用的退役动力电池才能满足中国电池储能系统的锂需求?以及(3)如何在退役动力电池体系中实施系统性供需调控措施,以有效缓解潜在的锂供应风险? could systematic supply and demand measures be implemented in SLBs to effectively mitigate potential lithium supply risks?