能源互聯網背景下儲能應用的現狀與展望

2017-10-30 17:27:55 中關村儲能產業技術聯盟　點擊量：評論 (0)

導讀：清華大學慈松教授在9月17日舉行的中國能源研究會年會2017分論壇儲能推動能源創新發展上發表《能源互聯網背景下儲能應用的現狀與展望》演講，表示能源互聯網區別于傳統電網具有很強的服務屬性，可通過芯片技

導讀：清華大學慈松教授在9月17日舉行的中國能源研究會年會2017分論壇“儲能推動能源創新發展”上發表《能源互聯網背景下儲能應用的現狀與展望》演講，表示能源互聯網區別于傳統電網具有很強的服務屬性，可通過芯片技術的創新和快速降本，打造一個升級版的BMS-電池能量交換系統，保證電池系統壽命可以做到和電池單體壽命一樣長，投資回報率極大提高。同時儲能也能有效改變負荷特性，解決用戶需求的隨機性、不確定性，支撐起互聯網應用模式創新，進而促使能源商品屬性的回歸。

以下為演講原文：

各位領導、專家，大家上午好！我今天給大家匯報的題目是《能源互聯網背景下儲能應用的現狀與展望》，這個題目是命題作文有點大，因此在這里結合我個人的理解，報告分三部分：第一部分簡要講一下什么是能源互聯網，第二部分是儲能在能源互聯網的側重點。跟電網的定位不一樣，我主要講講儲能在能源互聯網，主要是指用戶側能源互聯網中的應用，并展望未來儲能技術的發展。第三部分匯報現在做的案例。

首先講我們面臨的挑戰。挑戰剛才幾位專家介紹得非常多了，但從動力上來講，從要素驅動到創新驅動是儲能推動能源創新發展這個主題必然有的含義。目前最大的問題是能源資產的應用效率太低。大家想想電池在做電力儲能之前都是以備用電的形式出現，每年鉛酸電池將近1億多度電的產能生產出的電池基本都是閑置的，因此資產運營效率是非常低的，類似情況包括輸配電線路冗余、發電小時數等等，這些都是資產的利用效率問題。目前快速發展的共享經濟就是解決此類資產效率問題的。

另一方面，我們創新能力是在提升的。新能源技術快速發展，使新能源發電成本降得很厲害，由于光伏產業符合摩爾定律，產量上去了，成本降得幅度是非常大的。此外，儲能的技術處于突破的前沿。借用儲能聯盟的一張圖，我們可以看到2015年時鋰電池電池價格已經過了拐點，呈現幾何級數地下降。而互聯網催生出從生產為中心變成需求就是用戶為中心的模式，這個模式將重新界定許多傳統行業。譬如說我們講的電網本身是一個通道，最終是用電的人把利益鏈最后一環實現閉環，收到電費才是電網真正的利益價值實現。云計算和大數據支撐的人工智能技術也推動了用戶為中心的服務模式。

值得指出的是大數據本身不能產生價值，大數據是轉移工具，可以把價值從一個行業轉移到另外一個行業的工具。云計算的出現極大降低的計算成本，現在我們講人工智能，并不是說人工智能的研究本身得到了發展，而是計算能力得到了提升。因此互聯網+的個性化定制化服務模式得以出現，互聯網加的是傳統行業，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能是做產品+服務的模式，不賣電池，賣產品服務。挑戰+機遇催生了能源互聯網發展機遇，將創造出新的價值。互聯網是數字領域的事情，新能源、新材料、新制造是實體經濟是物體層面的事情，我們講新的價值是物質世界和數字世界深度融合產生的價值，大家想想共享單車等案例，我們講的第三次工業革命，它的價值就在這個地方。

這是傳統傳統電網的示意圖。我個人認為是生產型的系統，能量單向流動，用戶側也是封閉的，這點和互聯網之前通信網絡非常像。到了能源互聯網時代，用戶側呈現出網狀結構，配電網出現大量流動雙向節點，用戶從consumer變成prosumer，現在加上儲能和電動汽車等新的業態，是服務型系統的定位。

我們現在講能源互聯網，更多的時候是強調它的服務性，不是要再新建一個能源互聯網，這個網絕大部分要素已經在那兒了，需要我們怎么用互聯網+的技術把這些要素盤活，需要做價值鏈的重新梳理。

儲能剛才幾位專家都說了確實是能源互聯網的核心裝備，貫穿于發輸配用四個環節，李總、王總剛才介紹了在前面三個環節，如風、光電站、微網、可再生能源方面的應用，我這里主要講用這個環節的事情，儲能在用戶側到底能做什么樣的事情。

這張PPT展示了未來的愿景，用戶側會有大量分布式發電，微網加上數字儲能的場景，大量分布式儲能貼近負荷的效率最高。儲能能有效改變負荷特性，解決用戶需求的隨機性、不確定性。譬如說充電行為是沒法調度，是個人發起的隨機行為。儲能可以支撐起互聯網應用模式創新，進而促使能源商品屬性的回歸。

這是借用聯盟的一張PPT，儲能已經有好多政策了，剛才幾位專家都提到了，這里就不細說了。

我們看到鋰電池的拐點在2015年左右已經出現了，價格下降很快，質量也提高很多，現在問題在哪兒呢？儲能的應用效果剛才我們都看到一個字就是“好”，問題在哪兒？就是“貴”。就這兩個字基本就是儲能的現狀。

我們看到儲能系統目前有一個很大的問題就是被電池廠主導，這個我認為是不合適的，就像做一個PC整機，換一個固態硬盤，PC性能一定能提升嗎？不一定。儲能是系統工程，像剛才李主任也講過，這里面牽涉到很多系統級的技術，系統級的技術不解決，單點技術突破有意義但意義并不明顯。這樣我們看到儲能系統單位成本應該是什么？應該是按照每次轉移每度電的成本來算，現在電池廠你跟他講都是說保你10年、20年，電池具體能用多長時間根本沒有保證。我們看到采購成本很高，這就是為什么現在需要做梯次利用，換電模式。電動汽車補貼一退坡，裝在車上的電池就會越來越少。從這點來講有補貼不一定是好事。當然促進行業發展確實需要有補貼帶動，這就需要智慧設計一個合理有效的機制。

電池廠家講的循環壽命通常是單體電芯的循環壽命，鈦酸鋰電芯目前標稱3萬次20年了，大規模儲能系統可能是有上百萬個單體的電池系統，這個系統系統還能用到3萬次嗎？這里有很多系統級的問題要解決。按照現在電池廠的報價來看，每次轉移每度電的成本，即便度電成本是6000元，3萬次的電芯每次成本就是2毛錢，電芯每次度電成本已經很低了，可事實恰恰相反。問題出在哪兒？電池單體的差異性，系統壽命目前差不多是單體壽命的三分之一。

另外是運維成本。運維成本現在看起來并不是一個很突出的問題，未來在用戶側部署，這部分成本會非常高，所有做C端產品運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，用戶的需求復雜而多變，早晨需要功率型的，晚上需要容量型的，某些產品可能需要蓄冷蓄熱，多種儲能技術的綜合運用也是必須的。

最重要的是如何形成不依賴于補貼的商業運營模式。前面岳芬講了美國的模式和德國模式等，儲能在國外是按照跟電網一樣的模式收費的。儲能系統既然作為一個電源來看，就必須有按度電計量收費的模式。

但是電池本身是電化學反應裝置，是模擬系統，我們怎么精確估計電化學裝置的能力呢？這里有很多問題。因此計量收費手段不解決，儲能應用就會很粗放。

在這里我們講講電池應用系統里面的問題。電池系統在300多年是固定串并聯，而每個電芯是不一樣的，固定連接在一起，部分電芯就會有過充和過放的現象，就會有系統短板效應。

我們看電池廠還是追求一致性，這個是很有必要的，但是公差是物理極限，再怎么提高一致性，公差還是在的，短板效應還是有的。既然都知道電池有差異性，業界有兩種態度，一個是接納差異性，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18650外面加一個液冷的裝置，依然無法避免系統短板效應的發生。這是另外一個例子，5000次的電芯、100個這樣的電芯簡單串聯組成系統，測出來結果是1500次。因此，按電芯算的度電成本和按系統算的度電成本是3倍的關系，即便用鈦酸鋰做依然沒有經濟性，每次度電成本從2毛就變6毛了，因此短板問題是制約儲能這個行業的系統級問題。

能量信息化技術屏蔽電芯差異性。既然電芯這一級不能消除系統短板效應，就有必要引入屏蔽單體差異性技術體系，這也是為什么把互聯網的技術體系引入電池成組，說簡單一些就是需要把電池做格式化，如同以前用磁盤的時候，買回來第一件事是格式化磁盤，要不然系統就不知道精準容量，里面能裝多少東西。如果是舊磁盤，就重新格式化，壞到壞區全甩掉，容量可以重新標定。目前我們需要對電池容量做一個數字標定，電池容量標定是電芯與系統或網絡交互的基礎。進行標定以后，物理和化學差異性也就屏蔽掉了，如硬盤格式化為數字比特，500M和1T的硬盤就可以在一起用了。

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

電池能量交換系統可以保證單體電池不過充不過放，因此系統壽命可以做到和單體壽命一樣長，投資回報率極大提高。這樣傳統BMS就會變成數字化電池能量交換系統。其最大區別就是BMS上面不走大功率，能量交互系統是串接設備走大功率，是能量數字化信息化的裝置。

有了這個裝置以后，我們可以根據應用場景和儲能介質的特性，把多種不同儲能介質無縫整合到一個軟件定義的復合型儲能系統里。

我們看一個視頻，這是用開關來人為模擬電芯短路和斷路的過程。這里面所要表達的事情是什么？在我們這個系統里，人為模擬短路和斷路的動態過程對系統輸出的影響被屏蔽掉了，這是由于單體電池是有微秒級的能量流上的管控。

這樣我們就可以用這種技術去解決電池差異性比較大的場景，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卡，電池的容量在云平臺上可見可控，可以通過互聯網實現雙向管控電池單體或模組的能量流。與BMS不一樣，BMS是測量但無法對單體進行管控和故障單體隔離。

這是電池自動巡檢平臺，大規模儲能上來以后，單體電芯的管控能力可以將巡檢和運維成本控制住，這就需要通過互聯網+的能力來實現。

我們認為通過部署加裝能量網卡的能源互聯網ready的儲能單元，我們可以快速構建虛擬電廠（VPP），這樣彌漫在社會各個角落分布式閑散電池資源就會被盤活利用，實現共享經濟模式的電池uber。電池會像當年的PC一樣，插上網卡就可以在迅雷上去看電影，大家可以共享帶寬和存儲資源。因此，用戶側售電和定制電力服務的模式就成立了。現在第三方售電企業跟電網爭通道這件事情是需要重新思考商業模式。需要考慮我們怎么圍繞用戶需求做能量服務，這也是我們發展能源互聯網的應有之意。

我就講到這。謝謝大家！