清華大學(xué)慈松教授：未來中國的能源結(jié)構(gòu)，會(huì)發(fā)生革命性的變化

6月25日，蘇州相城數(shù)字經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新發(fā)展論壇暨相城金控(北京)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心啟用儀式在北京舉行，該創(chuàng)新中心由英諾創(chuàng)新空間運(yùn)營。此次活動(dòng)上，入駐項(xiàng)目之一云儲(chǔ)新能源的創(chuàng)始人、清華大學(xué)電機(jī)系研究員慈松教授，圍繞《數(shù)字儲(chǔ)能》這一話題，生動(dòng)剖析了他在能源互聯(lián)網(wǎng)儲(chǔ)能領(lǐng)域的獨(dú)到見解，實(shí)錄如下：

各位領(lǐng)導(dǎo)，各位朋友大家下午好，很高興今天能到創(chuàng)新中心跟大家分享一下之前做了十幾年的一個(gè)工作，就是數(shù)字儲(chǔ)能。

隨著雙碳目標(biāo)的提出以及現(xiàn)在定性為新能源為主體的新型電力系統(tǒng)發(fā)展，未來中國的能源結(jié)構(gòu)，會(huì)發(fā)生革命性的變化。構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)必然推動(dòng)傳統(tǒng)電力系統(tǒng)“即發(fā)即用”逐步改變?yōu)?“隨發(fā)隨用”新范式。這個(gè)革命性范式變化中的一個(gè)最核心的事情，就是儲(chǔ)能的問題。因?yàn)轱L(fēng)、光發(fā)電是“靠天吃飯”，所以就要有一個(gè)巨大的像水庫的裝置把波動(dòng)性能量存起來，之后變成穩(wěn)定的電源，因此儲(chǔ)能是能源革命的關(guān)鍵性技術(shù)，也是支撐雙碳目標(biāo)的核心技術(shù)。我們做的事情就是解決電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的行業(yè)痛點(diǎn)問題。

我們看到中國的電化學(xué)儲(chǔ)能現(xiàn)在占比已經(jīng)超過了10%，并且儲(chǔ)能行業(yè)大概每年以平均30-40%的增長率在往上增長。

電池應(yīng)用問題的根源來自于系統(tǒng)的“短板效應(yīng)”。單體電池是一個(gè)電化學(xué)反應(yīng)的裝置，有其特定的非線性，因此任意兩個(gè)電池單體都是不同的。然而，自電池發(fā)明200多年以來，電池成組使用范式就是固定串并聯(lián)。換句話說，不管做多大規(guī)模的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)，其實(shí)是當(dāng)成一節(jié)大電池用，因此系統(tǒng)中任一個(gè)故障電池單體就能把整個(gè)系統(tǒng)拖垮。這就是現(xiàn)在電池儲(chǔ)能缺乏安全性和經(jīng)濟(jì)性的最核心問題。

從2006年我們就開始思考如何從根本上消除電池系統(tǒng)“短板效應(yīng)”問題。如果能夠做到這一點(diǎn)的話，是不是經(jīng)濟(jì)性的問題、安全性的問題、可靠性的問題全能解決?

萊布尼茨的本體論已經(jīng)告訴我們，世界沒有兩片相同的樹葉，所以我們不可能做出兩個(gè)一樣的電池單體，也不可能有兩個(gè)電池單體工作在同樣的工況下，這就意味著在構(gòu)建大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)時(shí)，不管采用什么樣的電化學(xué)體系，電池成組首先是系統(tǒng)問題，其次才是電化學(xué)問題。所以我們現(xiàn)在要從第一性原理角度看這個(gè)問題是什么。如果點(diǎn)錯(cuò)科技樹，那么在錯(cuò)誤的方向上走得越遠(yuǎn)，付出的代價(jià)越大?；氐诫姵貎?chǔ)能系統(tǒng)架構(gòu)問題，既然差異性是絕對(duì)的，一致性是相對(duì)的，那我們就要接納和管理這個(gè)差異性，而不是像以特斯拉為代表的傳統(tǒng)電池系統(tǒng)解決方案那樣努力避免差異性。

接下來我們將怎么接納和管理差異性?從2006年，我們將互聯(lián)網(wǎng)屏蔽終端差異性的技術(shù)體系引入電池領(lǐng)域，核心技術(shù)就是基于能量數(shù)字化和信息化的動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)。由于高頻電力電子半導(dǎo)體材料和器件的飛速發(fā)展，我們可以把電力電子半導(dǎo)體當(dāng)成信息系統(tǒng)中的模數(shù)轉(zhuǎn)化器件，直接將能量流和信息流在器件級(jí)做同頻處理，進(jìn)而將電池從一個(gè)模擬能量裝置轉(zhuǎn)變成一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)，因此我們做的事情可以類比于將磁盤從一個(gè)模擬信息存儲(chǔ)介質(zhì)變成了硬盤這種數(shù)字產(chǎn)品，進(jìn)而跟互聯(lián)網(wǎng)無縫對(duì)接構(gòu)建云盤，支撐互聯(lián)網(wǎng)方式的硬盤運(yùn)營模式。這也是我們堅(jiān)信數(shù)字儲(chǔ)能是未來能源互聯(lián)網(wǎng)的能量運(yùn)營技術(shù)演進(jìn)路線。

通過研發(fā)片上系統(tǒng)和高速能量交換背板，我們成功地實(shí)現(xiàn)了微秒級(jí)能量交換。在數(shù)字儲(chǔ)能系統(tǒng)中，電池不再固定串并聯(lián)一起，電池網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫歉鶕?jù)電池的狀態(tài)和負(fù)荷變化動(dòng)態(tài)重構(gòu)。至于系統(tǒng)成本問題，動(dòng)態(tài)可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)本質(zhì)上是一個(gè)電子系統(tǒng)。摩爾定律告訴我們，出貨量增大一倍，性價(jià)比提四倍，因此細(xì)粒度管控增加的成本逐步可以忽略。

值得指出的是，現(xiàn)在我們?cè)谧龅氖虑槭悄芰苛骱托畔⒘髟谄骷?jí)的融合，與傳統(tǒng)電池系統(tǒng)疊加BMS系統(tǒng)的方案有著原理上的區(qū)別，這種把加性關(guān)系變成乘性關(guān)系的技術(shù)體系將爆發(fā)出幾何級(jí)數(shù)的經(jīng)濟(jì)性。模擬電池系統(tǒng)變成數(shù)字電池系統(tǒng)，將會(huì)極大推動(dòng)用戶側(cè)發(fā)起的能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

此外，數(shù)字儲(chǔ)能系統(tǒng)是本質(zhì)安全系統(tǒng)。一個(gè)合格的電池儲(chǔ)能產(chǎn)品就是要讓它在合理工況下本質(zhì)安全。目前大家一講電化學(xué)儲(chǔ)能安全就談消防，這是不對(duì)的。消防很重要，但永遠(yuǎn)是后驗(yàn)的，是第二位的。這里我希望舉一個(gè)例子來說明我們的先驗(yàn)安全觀：就像你買輛車，人其實(shí)是坐在汽油上。汽油是易燃易爆品，然而汽車是安全系統(tǒng)。這里不是要求汽油不燃燒，而是靠油箱、油路、底盤、電控等系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)，把本質(zhì)不安全的汽油用在本質(zhì)安全的汽車。

新電池總是會(huì)衰老，電池材料層面的問題引發(fā)系統(tǒng)級(jí)安全問題通常是一個(gè)秒級(jí)的過程，如果能在微秒毫秒級(jí)及時(shí)阻斷充放電回路，我們將極大防止熱堆積，這就形成了一個(gè)防微杜漸式的新型安全體系。所以我們一定要靠數(shù)字化的手段，以快制慢，從根本上解決電池系統(tǒng)的安全問題。以摩爾定律做支撐，對(duì)物理事件的感知能力變得更精準(zhǔn)有效，從而降低整個(gè)系統(tǒng)的治理成本和突發(fā)事件引起的代價(jià)，這是我們對(duì)數(shù)字化的理解。

電池?cái)?shù)字化以后，能量將變成一種新型網(wǎng)絡(luò)資源。要想做電池能量運(yùn)營，無外乎兩件事，一個(gè)是資產(chǎn)管理，一個(gè)是運(yùn)維成本的降低。比如鐵塔公司的每一節(jié)電池我們都可以進(jìn)行數(shù)字化改造和基于云的能量運(yùn)營，實(shí)現(xiàn)存量電池的高效利用，構(gòu)建共享經(jīng)濟(jì)下的新型儲(chǔ)能建設(shè)和運(yùn)營方式，這是前景極為廣闊的新范式。

最后談一下我們的愿景。數(shù)字儲(chǔ)能實(shí)際上是將電池做成透明的能量容器的核心技術(shù)。如同我們把磁盤做成透明的信息容器，構(gòu)建從磁盤到硬盤到云存儲(chǔ)再到基于互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)容服務(wù)的商業(yè)模式，我們將基于數(shù)字儲(chǔ)能構(gòu)建儲(chǔ)能即服務(wù)的新型能量運(yùn)營商業(yè)模式，實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)發(fā)起的能源互聯(lián)網(wǎng)。

謝謝大家。

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