能源互聯(lián)網(wǎng)背景下儲(chǔ)能應(yīng)用的現(xiàn)狀與展望

2017-10-30 17:27:55 中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

導(dǎo)讀：清華大學(xué)慈松教授在9月17日舉行的中國(guó)能源研究會(huì)年會(huì)2017分論壇儲(chǔ)能推動(dòng)能源創(chuàng)新發(fā)展上發(fā)表《能源互聯(lián)網(wǎng)背景下儲(chǔ)能應(yīng)用的現(xiàn)狀與展望》演講，表示能源互聯(lián)網(wǎng)區(qū)別于傳統(tǒng)電網(wǎng)具有很強(qiáng)的服務(wù)屬性，可通過(guò)芯片技

導(dǎo)讀：清華大學(xué)慈松教授在9月17日舉行的中國(guó)能源研究會(huì)年會(huì)2017分論壇“儲(chǔ)能推動(dòng)能源創(chuàng)新發(fā)展”上發(fā)表《能源互聯(lián)網(wǎng)背景下儲(chǔ)能應(yīng)用的現(xiàn)狀與展望》演講，表示能源互聯(lián)網(wǎng)區(qū)別于傳統(tǒng)電網(wǎng)具有很強(qiáng)的服務(wù)屬性，可通過(guò)芯片技術(shù)的創(chuàng)新和快速降本，打造一個(gè)升級(jí)版的BMS-電池能量交換系統(tǒng)，保證電池系統(tǒng)壽命可以做到和電池單體壽命一樣長(zhǎng)，投資回報(bào)率極大提高。同時(shí)儲(chǔ)能也能有效改變負(fù)荷特性，解決用戶需求的隨機(jī)性、不確定性，支撐起互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式創(chuàng)新，進(jìn)而促使能源商品屬性的回歸。

以下為演講原文：

各位領(lǐng)導(dǎo)、專家，大家上午好！我今天給大家匯報(bào)的題目是《能源互聯(lián)網(wǎng)背景下儲(chǔ)能應(yīng)用的現(xiàn)狀與展望》，這個(gè)題目是命題作文有點(diǎn)大，因此在這里結(jié)合我個(gè)人的理解，報(bào)告分三部分：第一部分簡(jiǎn)要講一下什么是能源互聯(lián)網(wǎng)，第二部分是儲(chǔ)能在能源互聯(lián)網(wǎng)的側(cè)重點(diǎn)。跟電網(wǎng)的定位不一樣，我主要講講儲(chǔ)能在能源互聯(lián)網(wǎng)，主要是指用戶側(cè)能源互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用，并展望未來(lái)儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展。第三部分匯報(bào)現(xiàn)在做的案例。

首先講我們面臨的挑戰(zhàn)。挑戰(zhàn)剛才幾位專家介紹得非常多了，但從動(dòng)力上來(lái)講，從要素驅(qū)動(dòng)到創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)是儲(chǔ)能推動(dòng)能源創(chuàng)新發(fā)展這個(gè)主題必然有的含義。目前最大的問(wèn)題是能源資產(chǎn)的應(yīng)用效率太低。大家想想電池在做電力儲(chǔ)能之前都是以備用電的形式出現(xiàn)，每年鉛酸電池將近1億多度電的產(chǎn)能生產(chǎn)出的電池基本都是閑置的，因此資產(chǎn)運(yùn)營(yíng)效率是非常低的，類似情況包括輸配電線路冗余、發(fā)電小時(shí)數(shù)等等，這些都是資產(chǎn)的利用效率問(wèn)題。目前快速發(fā)展的共享經(jīng)濟(jì)就是解決此類資產(chǎn)效率問(wèn)題的。

另一方面，我們創(chuàng)新能力是在提升的。新能源技術(shù)快速發(fā)展，使新能源發(fā)電成本降得很厲害，由于光伏產(chǎn)業(yè)符合摩爾定律，產(chǎn)量上去了，成本降得幅度是非常大的。此外，儲(chǔ)能的技術(shù)處于突破的前沿。借用儲(chǔ)能聯(lián)盟的一張圖，我們可以看到2015年時(shí)鋰電池電池價(jià)格已經(jīng)過(guò)了拐點(diǎn)，呈現(xiàn)幾何級(jí)數(shù)地下降。而互聯(lián)網(wǎng)催生出從生產(chǎn)為中心變成需求就是用戶為中心的模式，這個(gè)模式將重新界定許多傳統(tǒng)行業(yè)。譬如說(shuō)我們講的電網(wǎng)本身是一個(gè)通道，最終是用電的人把利益鏈最后一環(huán)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)，收到電費(fèi)才是電網(wǎng)真正的利益價(jià)值實(shí)現(xiàn)。云計(jì)算和大數(shù)據(jù)支撐的人工智能技術(shù)也推動(dòng)了用戶為中心的服務(wù)模式。

值得指出的是大數(shù)據(jù)本身不能產(chǎn)生價(jià)值，大數(shù)據(jù)是轉(zhuǎn)移工具，可以把價(jià)值從一個(gè)行業(yè)轉(zhuǎn)移到另外一個(gè)行業(yè)的工具。云計(jì)算的出現(xiàn)極大降低的計(jì)算成本，現(xiàn)在我們講人工智能，并不是說(shuō)人工智能的研究本身得到了發(fā)展，而是計(jì)算能力得到了提升。因此互聯(lián)網(wǎng)+的個(gè)性化定制化服務(wù)模式得以出現(xiàn)，互聯(lián)網(wǎng)加的是傳統(tǒng)行業(yè)，也就是我們講的新能源、新材料、新制造。

例如，目前有電池廠家做儲(chǔ)能是做產(chǎn)品+服務(wù)的模式，不賣電池，賣產(chǎn)品服務(wù)。挑戰(zhàn)+機(jī)遇催生了能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展機(jī)遇，將創(chuàng)造出新的價(jià)值。互聯(lián)網(wǎng)是數(shù)字領(lǐng)域的事情，新能源、新材料、新制造是實(shí)體經(jīng)濟(jì)是物體層面的事情，我們講新的價(jià)值是物質(zhì)世界和數(shù)字世界深度融合產(chǎn)生的價(jià)值，大家想想共享單車等案例，我們講的第三次工業(yè)革命，它的價(jià)值就在這個(gè)地方。

這是傳統(tǒng)傳統(tǒng)電網(wǎng)的示意圖。我個(gè)人認(rèn)為是生產(chǎn)型的系統(tǒng)，能量單向流動(dòng)，用戶側(cè)也是封閉的，這點(diǎn)和互聯(lián)網(wǎng)之前通信網(wǎng)絡(luò)非常像。到了能源互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，用戶側(cè)呈現(xiàn)出網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，配電網(wǎng)出現(xiàn)大量流動(dòng)雙向節(jié)點(diǎn)，用戶從consumer變成prosumer，現(xiàn)在加上儲(chǔ)能和電動(dòng)汽車等新的業(yè)態(tài)，是服務(wù)型系統(tǒng)的定位。

我們現(xiàn)在講能源互聯(lián)網(wǎng)，更多的時(shí)候是強(qiáng)調(diào)它的服務(wù)性，不是要再新建一個(gè)能源互聯(lián)網(wǎng)，這個(gè)網(wǎng)絕大部分要素已經(jīng)在那兒了，需要我們?cè)趺从没ヂ?lián)網(wǎng)+的技術(shù)把這些要素盤活，需要做價(jià)值鏈的重新梳理。

儲(chǔ)能剛才幾位專家都說(shuō)了確實(shí)是能源互聯(lián)網(wǎng)的核心裝備，貫穿于發(fā)輸配用四個(gè)環(huán)節(jié)，李總、王總剛才介紹了在前面三個(gè)環(huán)節(jié)，如風(fēng)、光電站、微網(wǎng)、可再生能源方面的應(yīng)用，我這里主要講用這個(gè)環(huán)節(jié)的事情，儲(chǔ)能在用戶側(cè)到底能做什么樣的事情。

這張PPT展示了未來(lái)的愿景，用戶側(cè)會(huì)有大量分布式發(fā)電，微網(wǎng)加上數(shù)字儲(chǔ)能的場(chǎng)景，大量分布式儲(chǔ)能貼近負(fù)荷的效率最高。儲(chǔ)能能有效改變負(fù)荷特性，解決用戶需求的隨機(jī)性、不確定性。譬如說(shuō)充電行為是沒(méi)法調(diào)度，是個(gè)人發(fā)起的隨機(jī)行為。儲(chǔ)能可以支撐起互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式創(chuàng)新，進(jìn)而促使能源商品屬性的回歸。

這是借用聯(lián)盟的一張PPT，儲(chǔ)能已經(jīng)有好多政策了，剛才幾位專家都提到了，這里就不細(xì)說(shuō)了。

我們看到鋰電池的拐點(diǎn)在2015年左右已經(jīng)出現(xiàn)了，價(jià)格下降很快，質(zhì)量也提高很多，現(xiàn)在問(wèn)題在哪兒呢？?jī)?chǔ)能的應(yīng)用效果剛才我們都看到一個(gè)字就是“好”，問(wèn)題在哪兒？就是“貴”。就這兩個(gè)字基本就是儲(chǔ)能的現(xiàn)狀。

我們看到儲(chǔ)能系統(tǒng)目前有一個(gè)很大的問(wèn)題就是被電池廠主導(dǎo)，這個(gè)我認(rèn)為是不合適的，就像做一個(gè)PC整機(jī)，換一個(gè)固態(tài)硬盤，PC性能一定能提升嗎？不一定。儲(chǔ)能是系統(tǒng)工程，像剛才李主任也講過(guò)，這里面牽涉到很多系統(tǒng)級(jí)的技術(shù)，系統(tǒng)級(jí)的技術(shù)不解決，單點(diǎn)技術(shù)突破有意義但意義并不明顯。這樣我們看到儲(chǔ)能系統(tǒng)單位成本應(yīng)該是什么？應(yīng)該是按照每次轉(zhuǎn)移每度電的成本來(lái)算，現(xiàn)在電池廠你跟他講都是說(shuō)保你10年、20年，電池具體能用多長(zhǎng)時(shí)間根本沒(méi)有保證。我們看到采購(gòu)成本很高，這就是為什么現(xiàn)在需要做梯次利用，換電模式。電動(dòng)汽車補(bǔ)貼一退坡，裝在車上的電池就會(huì)越來(lái)越少。從這點(diǎn)來(lái)講有補(bǔ)貼不一定是好事。當(dāng)然促進(jìn)行業(yè)發(fā)展確實(shí)需要有補(bǔ)貼帶動(dòng)，這就需要智慧設(shè)計(jì)一個(gè)合理有效的機(jī)制。

電池廠家講的循環(huán)壽命通常是單體電芯的循環(huán)壽命，鈦酸鋰電芯目前標(biāo)稱3萬(wàn)次20年了，大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)可能是有上百萬(wàn)個(gè)單體的電池系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)系統(tǒng)還能用到3萬(wàn)次嗎？這里有很多系統(tǒng)級(jí)的問(wèn)題要解決。按照現(xiàn)在電池廠的報(bào)價(jià)來(lái)看，每次轉(zhuǎn)移每度電的成本，即便度電成本是6000元，3萬(wàn)次的電芯每次成本就是2毛錢，電芯每次度電成本已經(jīng)很低了，可事實(shí)恰恰相反。問(wèn)題出在哪兒？電池單體的差異性，系統(tǒng)壽命目前差不多是單體壽命的三分之一。

另外是運(yùn)維成本。運(yùn)維成本現(xiàn)在看起來(lái)并不是一個(gè)很突出的問(wèn)題，未來(lái)在用戶側(cè)部署，這部分成本會(huì)非常高，所有做C端產(chǎn)品運(yùn)維成本都是必須要考慮的，如果還是依賴目前靠人的模式肯定是不行的。此外，用戶的需求復(fù)雜而多變，早晨需要功率型的，晚上需要容量型的，某些產(chǎn)品可能需要蓄冷蓄熱，多種儲(chǔ)能技術(shù)的綜合運(yùn)用也是必須的。

最重要的是如何形成不依賴于補(bǔ)貼的商業(yè)運(yùn)營(yíng)模式。前面岳芬講了美國(guó)的模式和德國(guó)模式等，儲(chǔ)能在國(guó)外是按照跟電網(wǎng)一樣的模式收費(fèi)的。儲(chǔ)能系統(tǒng)既然作為一個(gè)電源來(lái)看，就必須有按度電計(jì)量收費(fèi)的模式。

但是電池本身是電化學(xué)反應(yīng)裝置，是模擬系統(tǒng)，我們?cè)趺淳_估計(jì)電化學(xué)裝置的能力呢？這里有很多問(wèn)題。因此計(jì)量收費(fèi)手段不解決，儲(chǔ)能應(yīng)用就會(huì)很粗放。

在這里我們講講電池應(yīng)用系統(tǒng)里面的問(wèn)題。電池系統(tǒng)在300多年是固定串并聯(lián)，而每個(gè)電芯是不一樣的，固定連接在一起，部分電芯就會(huì)有過(guò)充和過(guò)放的現(xiàn)象，就會(huì)有系統(tǒng)短板效應(yīng)。

我們看電池廠還是追求一致性，這個(gè)是很有必要的，但是公差是物理極限，再怎么提高一致性，公差還是在的，短板效應(yīng)還是有的。既然都知道電池有差異性，業(yè)界有兩種態(tài)度，一個(gè)是接納差異性，第二是避免差異性。特斯拉的方案是避免差異性的典型，即便選了18650，每個(gè)18650外面加一個(gè)液冷的裝置，依然無(wú)法避免系統(tǒng)短板效應(yīng)的發(fā)生。這是另外一個(gè)例子，5000次的電芯、100個(gè)這樣的電芯簡(jiǎn)單串聯(lián)組成系統(tǒng)，測(cè)出來(lái)結(jié)果是1500次。因此，按電芯算的度電成本和按系統(tǒng)算的度電成本是3倍的關(guān)系，即便用鈦酸鋰做依然沒(méi)有經(jīng)濟(jì)性，每次度電成本從2毛就變6毛了，因此短板問(wèn)題是制約儲(chǔ)能這個(gè)行業(yè)的系統(tǒng)級(jí)問(wèn)題。

能量信息化技術(shù)屏蔽電芯差異性。既然電芯這一級(jí)不能消除系統(tǒng)短板效應(yīng)，就有必要引入屏蔽單體差異性技術(shù)體系，這也是為什么把互聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)體系引入電池成組，說(shuō)簡(jiǎn)單一些就是需要把電池做格式化，如同以前用磁盤的時(shí)候，買回來(lái)第一件事是格式化磁盤，要不然系統(tǒng)就不知道精準(zhǔn)容量，里面能裝多少東西。如果是舊磁盤，就重新格式化，壞到壞區(qū)全甩掉，容量可以重新標(biāo)定。目前我們需要對(duì)電池容量做一個(gè)數(shù)字標(biāo)定，電池容量標(biāo)定是電芯與系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)交互的基礎(chǔ)。進(jìn)行標(biāo)定以后，物理和化學(xué)差異性也就屏蔽掉了，如硬盤格式化為數(shù)字比特，500M和1T的硬盤就可以在一起用了。

從管控成本上考慮，無(wú)論是寬禁帶電子半導(dǎo)體還是VLSI控制器都是符合摩爾定律的，單位成本下降非常快。

電池能量交換系統(tǒng)可以保證單體電池不過(guò)充不過(guò)放，因此系統(tǒng)壽命可以做到和單體壽命一樣長(zhǎng)，投資回報(bào)率極大提高。這樣傳統(tǒng)BMS就會(huì)變成數(shù)字化電池能量交換系統(tǒng)。其最大區(qū)別就是BMS上面不走大功率，能量交互系統(tǒng)是串接設(shè)備走大功率，是能量數(shù)字化信息化的裝置。

有了這個(gè)裝置以后，我們可以根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景和儲(chǔ)能介質(zhì)的特性，把多種不同儲(chǔ)能介質(zhì)無(wú)縫整合到一個(gè)軟件定義的復(fù)合型儲(chǔ)能系統(tǒng)里。

我們看一個(gè)視頻，這是用開(kāi)關(guān)來(lái)人為模擬電芯短路和斷路的過(guò)程。這里面所要表達(dá)的事情是什么？在我們這個(gè)系統(tǒng)里，人為模擬短路和斷路的動(dòng)態(tài)過(guò)程對(duì)系統(tǒng)輸出的影響被屏蔽掉了，這是由于單體電池是有微秒級(jí)的能量流上的管控。

這樣我們就可以用這種技術(shù)去解決電池差異性比較大的場(chǎng)景，如梯次利用和高能量密度的電芯等。

這是基站閑散電池加上能量網(wǎng)卡，電池的容量在云平臺(tái)上可見(jiàn)可控，可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)雙向管控電池單體或模組的能量流。與BMS不一樣，BMS是測(cè)量但無(wú)法對(duì)單體進(jìn)行管控和故障單體隔離。

這是電池自動(dòng)巡檢平臺(tái)，大規(guī)模儲(chǔ)能上來(lái)以后，單體電芯的管控能力可以將巡檢和運(yùn)維成本控制住，這就需要通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)+的能力來(lái)實(shí)現(xiàn)。

我們認(rèn)為通過(guò)部署加裝能量網(wǎng)卡的能源互聯(lián)網(wǎng)ready的儲(chǔ)能單元，我們可以快速構(gòu)建虛擬電廠（VPP），這樣彌漫在社會(huì)各個(gè)角落分布式閑散電池資源就會(huì)被盤活利用，實(shí)現(xiàn)共享經(jīng)濟(jì)模式的電池uber。電池會(huì)像當(dāng)年的PC一樣，插上網(wǎng)卡就可以在迅雷上去看電影，大家可以共享帶寬和存儲(chǔ)資源。因此，用戶側(cè)售電和定制電力服務(wù)的模式就成立了。現(xiàn)在第三方售電企業(yè)跟電網(wǎng)爭(zhēng)通道這件事情是需要重新思考商業(yè)模式。需要考慮我們?cè)趺磭@用戶需求做能量服務(wù)，這也是我們發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)有之意。

我就講到這。謝謝大家！

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