来源：快猛电池 发布日期：2026-06-04 20:50:18

作为脱碳战略的一部分，公共交通体系正致力于完成车队电气化以应对气候方针和净零排放方针。但是，由此导致的用电需求增加或许给电网带来动力压力。二次寿数电池（SLBs）供给了潜在处理计划，但其财政、动力及环境影响仍缺少充沛研讨，其长时刻整合规划亦未得到充沛讨论。本研讨提出了一种将公共交通车队转型为电池电动巴士（BEBs）的战略规划模型，该模型整合了将SLBs布置为电池储能体系（BESS）的计划。该模型联合优化了资产收购、置换、线路级车队分配、SLBs作为BESS的整合以及配套可再生动力体系（RES）安装等决议计划。选用多周期随机规划结构优化不确认性条件下的规划问题（如车辆与电池本钱），并将模型构建为混合整数线性规划。以温哥华地铁交通体系为事例，评价三种电气化途径。结果表明，SLBs可满足车队高达84%的充电动力需求，每年下降运营本钱1.07亿美元，并削减体系总本钱7800万美元。针对电池与电力价格的敏感性剖析，提醒了不同商场方针条件下SLBs的整合潜力。

导言

二次寿数电池（SLBs）能够为不同于其初始用处的运用场景供给储能处理计划[1,2]。但是，SLBs完成大规划运用的途径仍不明朗[3]。%%交通运输范畴因其对电池动力传动体系的日益依靠，成为SLBs运用的相关场景。该职业仍是温室气体首要排放源，2019年约占全球温室气体排放量的15%，相当于90亿吨二氧化碳当量（CO₂e）[4]。在加拿大，交通运输职业2023年排放了1.57亿吨%%CO₂e，占该国年度排放总量的22%，使其成为第二大排放职业[5]。
交通运输业脱碳是国家和区域层面净零转型计划的中心组成部分。在加拿大省级层面，不列颠哥伦比亚省（B.C.）已采纳针对性办法加快清洁交通计划施行，以下降该职业对气候的影响[6]（2021年交通运输占该省温室气体排放总量的37%[7]）。Herrera等学者[8]的研讨表明，纯电动汽车（BEVs）是能效最高的零排放选择，在运用可再生动力供电时，可使大温哥华区域轻型和中型卡车排放量削减高达96%。就公共交通而言，用更清洁的替代品取代柴油（DBs）和压缩天然气（CNG）公交车等化石燃料车辆，可明显下降空气污染和温室气体排放[9,10]。作为其气候行动战略的重要组成部分，加拿大已许诺投入很多资金用于扩展和电气化公共交通体系，一起推进可继续城市交通展开[11]。北美区域众多公共交通办理机构（PTAs），包含TransLink[12]和多伦多公车局[13]，正在将过渡至电池电动巴士（BEBs）作为完成更广泛可继续展开方针的要害举措[14]。但是，公共交通电气化不仅需要替换现有车辆，还需配套布置充电基础设施[15]，并拟定完善的过渡计划以最大限度削减施行障碍，然后避免影响运营效率[16]和服务水平[17]。
多项研讨已讨论电气化公交体系的经济可行性[18,19]。例如，Meishner等人[20]使用欧洲城市的实际数据，剖析了包含夜间充电、机遇充电和快速充电在内的四种电动公交车推行战略；Lajunen[21]则开发了模拟模型以了解电动车队的运营本钱。正如Perumal等人[22]所示，这些规划计划有必要平衡技能、财政与运营约束，使得最优规划成为当前继续研讨的活泼范畴。但是，电气化公交体系的长时刻可继续性仍面对未处理的应战。
未来几十年内何种零排放技能将在全球占据主导地位仍存在不确认性。这使得长时刻影响预测变得困难，技能创新或许带来不可预见的运营与环境应战。以镍基电池制作为例，其累计碳排放量或将高达81亿吨二氧化碳当量。2相比之下，磷酸铁锂（LFP）电池出产可削减18.5%的排放量[23]。Harris等学者[24]开发的概率模型着重，需规划东西来布置混合动力及电动巴士车队以下降生命周期本钱。Wang等人[25]提出的车队脱碳高级优化东西，经过随机规划方法处理了技能布置的不确认性问题。此外，为完成公共交通电气化而大规划布置电池，引发了资源挖掘导致耗竭的忧虑，一起因电力需求增加而加重电网压力。
电池功能衰减是交通电气化范畴公认的技能应战。跟着运用年限增加，蓄电池的健康状态(SoH)会下降至初始容量的80%左右；到达该阈值所需时刻因充电行为、运用工况和环境条件而异。Lee等[26]关于车用动力电池调峰潜力的研讨表明，受膝点效应[27,28]影响，到达此阈值的电池将出现加快衰减，导致其无法继续满足原车载运用需求。在公共交通运营中，这种效应或许导致纯电动巴士无法按惯例时刻表运转，然后引发延误、增加车辆停运时刻，并损坏整个体系的服务可靠性。因而，健康状态（SoH）等于或低于80%的电池被认为不适用于巴士驱动，虽然仍具有明显的能量容量，此类电池通常被收回处理[29,30]。依据Feng等学者[31]的研讨，将这些电池重新用于相似动力用处面对许多应战，包含收集基础设施缺少、安全隐患以及缺少激励方针等多重障碍。这种过早的作废处理不仅加重了资源糟蹋和耗费，还削弱了电气化技能的全部潜力。
一个新兴机遇在于将废旧电池重新用于二次寿数运用（SLAs）。虽然对经济可行性、物流和安全性的忧虑依然存在[32]，但二次寿数电池（SLBs）已被证明在技能上是可行的[33]。基础性研讨[1,34,35]着重了其潜力，生命周期剖析提醒的优势支撑了这一点，这些优势经过经济评价或许并不明显。Neubauer等人[35]报告称，依据运用场景不同[36]，SLBs可额外供给超过10年的执役周期，并开发了技能经济模型以预算其与新电池相比的残余本钱[37]。作为固定式电池储能体系(BESS)布置的SLBs，经过读档平衡[38]或许带来本钱节省、环境影响下降及电网功能提高等优势。Wang等[39]选用多性向方针优化建模与Pareto前沿剖析，确认了BEB电池转作BESS的最佳退役节点。其研讨结果表明——依据电池设定的寿数终止(EoL)阈值（如45%–60%）——当电池剩余健康状态(SoH)处于70%至80%区间时从首次运用中退役，在技能和经济层面均具有优势，可最小化车队全体运营本钱与BESS总本钱。
因为其由电池单体、模组和电池包构成的模块化特性，梯次使用电池（SLB）可适配不同运用场景。Montes等[40]着重，梯次使用与再使用、修正或收回等进程存在明显差异。梯次使用流程需将电池包[41]拆解至模组或单体级别，随后进行状态评价、重组配置、加装新型电池办理体系（BMS），最终将其安装于定制化箱体或容器中以完成再使用。废旧电池需经过规范化三级评价体系进行筛选，其成功布置为梯次使用电池取决于多重要素：经济可行性、配套方针结构[42]、梯次使用流程规范化及安全规范。加拿大[43]与欧洲[44]企业已推出根据梯次使用电池的储能体系（BESS），而UL 1974[45]等认证规范的出台则体现了该技能日益提高的商场承受度。贸易紧张局势[46]与未来电池价格走势[47]或许进一步提高可交易信贷（SLBs）的可行性，现在各方正在探究拟定适宜的SLBs方针结构[48]。
在过去二十年中，可继续展开相关债券（SLBs）已在特定事例情境中得到运用[1]，相关事例研讨亦有很多文献记载[49][1]。,包含削峰填谷[26]、微电网[50]、频率调节[51]及其他辅佐服务[52,53]等运用场景。此外，住所储能体系[54]、电网级储能、公共照明[55]以及高尔夫球车替换电池[56]等低能耗运用也得到探究。支撑技能涵盖健康状态估量模型（根据实在数据与无数据两种形式）、电池重组与重构方法[57]，以及技能经济性剖析[58]和全生命周期评价[59]。例如Geng等学者[60]研讨了将电动汽车退役动力电池（SLBs）用作电池储能体系（BESS）的潜力，指出到2050年该技能可使中国新型储能体系需求下降73%。Neubauer等[61]辨认并处理了SLB运用的首要障碍，包含运转数据透明度缺少、前期本钱昂扬以及退化行为不确认性[36]。Alharbi[62]开发了先进的健康状态（SoH）预算模型，并讨论了使用私家电动车SLBs构建BESS体系的规划与运营问题。此外，Chirumalla等[63]要点研讨了重型工业范畴（即再制作、梯次使用与直接复用）的电池服务寿数延长战略（SLAs）。在公共交通范畴，Miranda等[64]根据能耗数据与电池初始收购价格，对纯电动巴士（BEB）的电池退化本钱进行了剖析，提醒了公交电气化规划对电池健康状态的敏感性。
其他学者已剖析了SLBs的环境效益[65]，包含潜在的减排效果与材料节省[66]。Weng等[67]提出了电池护照等方针东西以规范化电池元数据，然后促进SLBs的追寻与再使用。经过将纯电动公交车（BEB）电池改造为电池储能体系（BESS），公共交通办理机构（PTAs）或可下降运营本钱、提高顶峰用电期电网韧性[26]，并延缓与新电池出产相关的温室气体排放。Dong等[68]对这些潜在效益进行了全面综述，展示了SLBs如何能在处理资源枯竭等问题一起，促进交通动力范畴的循环经济展开[66]。这些奉献共同为大规划、长时刻交通电气化中SLBs的运用奠定了坚实基础，但没有形成完整的路线图。
据我们所知，尚无研讨量化评价如何将二次寿数电池（SLBs）整合至中长时刻公共交通电气化规划中。虽然已有很多研讨讨论了电动车、固定式运用及重型设备范畴中的SLBs运用[63]，但针对公共交通体系这一电池衰减与基础设施投资具有严重财政和运营影响的范畴，现在仍缺少对其潜力的全面研讨。
因为电池占纯电动巴士总本钱的很大比重，其功能衰退会明显影响电气化计划的经济可行性[69]。前述研讨讨论了电池退化问题、最佳电池退役节点、车队运营优化以及电池储能体系集成计划。但是现有研讨多集中于孤立或试点规划的运用场景，导致缺少关于公交车队退役电池在体系级规划再使用的深入剖析。若能将退役电池有用整合至车队充电体系或本地电网支撑体系[70]，则有望在下降运营本钱的一起助力气候方针达到。但需展开更多运用型研讨，以确认退役电池在公共交通范畴完成财政、环境及运营效益最大化的详细施行途径、机遇和适用条件[49]。
本研讨旨在经过评价固态锂金属电池（SLBs）在公共交通电气化规划中的作用来添补这些空白，要点关注其技能、经济和环境影响。研讨还讨论了在资源受限和不确认条件下，如何将SLBs作为电池储能体系（BESS）整合到公交车队运营中，既满足车队充电需求又或许供给商场服务（如电网支撑）。本工作的首要奉献包含：

• 1)
  开发一种随机规划模型，经过和谐车队转型与SLB体系整合来优化长时刻公共交通电气化进程。该模型支撑关于公交车与电池收购、充电基础设施布置、SLB分配及车辆-线路匹配的集成决议计划，一起考虑未来车辆与电池价格等不确认性要素。研讨可提醒车队转型战略及SLB体系在财政、环境与动力层面的影响。
• 2)
  将该模型运用于大温哥华区域公共交通体系的事例研讨，为面对相似规划应战的运输机构供给实践性见解。
• 3)
  展开敏感性剖析，以评价不同电价条件及商场对可继续展开挂钩债券（SLB）承受度水平下SLB整合计划的可行性。