嚴(yán)曉：《從第一性原理看光儲(chǔ)微電網(wǎng)數(shù)字化》

以下為演講實(shí)錄：

 

上海伏達(dá)儲(chǔ)能數(shù)字化研究院 創(chuàng)始人、首席科學(xué)家   嚴(yán)曉 發(fā)表了《從第一性原理看光儲(chǔ)微電網(wǎng)數(shù)字化》的主題演講，他表示：

   

前面大家已經(jīng)看到很多很精彩的新技術(shù)在應(yīng)用，我現(xiàn)在講一下跟換電相關(guān)的光儲(chǔ)、數(shù)字化背后的基本假設(shè)。

 

    新能源、電力碳中和有幾個(gè)基本假設(shè)，一是新能源會(huì)越來(lái)越多；第二個(gè)假設(shè)是分布式能源，包括蔚來(lái)的換電站、采日的，很多都會(huì)分布式?，F(xiàn)在我們熟悉的是集中式發(fā)電，將來(lái)是分布式能源，而分布式能源將來(lái)跟配電網(wǎng)該怎么互動(dòng)，跟車該怎么互動(dòng)，將會(huì)是一個(gè)非常重要的課題，也是新型電力系統(tǒng)里面的核心。

    微電網(wǎng)解決零碳用電的問(wèn)題，零碳用電現(xiàn)在已經(jīng)具有經(jīng)濟(jì)性了，因?yàn)樵谡憬惶炜梢詢沙鋬煞?，投了就可以有?jīng)濟(jì)性，5年以內(nèi)都可以收回成本。它里面還有一個(gè)問(wèn)題，它跟以前不一樣，現(xiàn)在你既是生產(chǎn)者又是消費(fèi)者，叫“生產(chǎn)消費(fèi)者”，這里面有一些還沒(méi)有充分被挖掘出來(lái)的就是所謂的“隔墻售電”，自己用剩下來(lái)出的電能不能給鄰居用，隔墻售電要是能落地的話，收益還會(huì)更多。

    假如這些分布式能源聚合在一起，就能一起有效響應(yīng)電網(wǎng)尖峰用電的需求，就是所謂的虛擬電廠，就能產(chǎn)生很多經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值，這個(gè)過(guò)程就需要數(shù)字化的技術(shù)，沒(méi)有數(shù)字化技術(shù)，這個(gè)事情是很難落地的。

    再看一個(gè)產(chǎn)業(yè)的規(guī)律，生產(chǎn)制造符合所謂的“萊特定律”，一旦你的產(chǎn)量翻倍，成本就會(huì)下降15%。以前的能源比如石油、天然氣是“資源型”，光伏跟鋰電池是“生產(chǎn)型”的，意味著什么？我們看看十年前光伏的成本是現(xiàn)在的10倍，鋰電池也是現(xiàn)在的10倍，再看5年、10年以后成本會(huì)怎么樣？現(xiàn)在在用戶側(cè)已經(jīng)有經(jīng)濟(jì)性了，再過(guò)5年、10年，每個(gè)樓里面是否都有儲(chǔ)能了。所以光儲(chǔ)在一起，將來(lái)一定是最便宜的能源。

    最近迪拜的氣候變化大會(huì)一開(kāi)始就100多個(gè)國(guó)家達(dá)成了共識(shí)，從現(xiàn)在到2030年，新能源的應(yīng)用要增加2倍，也就是現(xiàn)在的保有量將翻3倍，之所以有這樣的決心，就是因?yàn)楣夥鷥?chǔ)能價(jià)格還會(huì)下降。

    這里面還有什么規(guī)律？我們認(rèn)為能源數(shù)字化還有一些規(guī)律，我認(rèn)為一是知識(shí)數(shù)字化，二是用數(shù)字化技術(shù)賦能新能源，我們看到了有GPU、ChatGPT，這些東西以后會(huì)不會(huì)用到新能源里面呢？我覺(jué)得是有可能的。

    再看看產(chǎn)業(yè)鏈。我們現(xiàn)在碰到的鋰電池跟以前熟悉的鋰電池完全不一樣的概念，以前你只關(guān)心比如兩三年的壽命就可以了。在電力系統(tǒng)，我們要求的是20年（理想情況），光伏就是有20年的壽命，電力設(shè)備一般都是20年的。電動(dòng)汽車也是一樣的，5-8年，儲(chǔ)能和電動(dòng)汽車的售后應(yīng)該怎么樣做？運(yùn)維怎樣做？這些都是非常重要的問(wèn)題。

    現(xiàn)在中國(guó)的以鋰電池為代表的電化學(xué)儲(chǔ)能在全世界范圍內(nèi)處于領(lǐng)先狀態(tài)，怎么能繼續(xù)保持領(lǐng)先？這需要一個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的思維。再看看數(shù)字化儲(chǔ)能技術(shù)背景，我們是從BMS拿到數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析得出預(yù)診斷結(jié)論的。在電動(dòng)汽車售后應(yīng)用對(duì)第三方服務(wù)機(jī)構(gòu)就有難以獲取BMS通訊協(xié)議進(jìn)而獲得電芯電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析的挑戰(zhàn)，電動(dòng)汽車數(shù)據(jù)和其他運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)如何相融為車主提供服務(wù)也是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的另一個(gè)瓶頸。

    從物理的第一性原理新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展還有哪些挑戰(zhàn)？

    第一，零碳園區(qū)到底有哪些基本要素和可復(fù)制的運(yùn)營(yíng)邏輯？

    第二，新型電力系統(tǒng)中的儲(chǔ)能共享價(jià)值其運(yùn)營(yíng)邏輯是什么？

    第三，新能源資產(chǎn)的安全可靠性怎么保障？比如現(xiàn)在建一個(gè)儲(chǔ)能電站，供應(yīng)商說(shuō)給你質(zhì)保多少年，5年、10年以后說(shuō)不定容量衰減了一半，那你怎么辦？所以你如何保障你承諾的事情。

    第四，是不是有可預(yù)測(cè)的模型，我們知道鋰電池安全性是一個(gè)挑戰(zhàn)，假如有一個(gè)可預(yù)測(cè)的模型，可以在它出問(wèn)題之前提前發(fā)現(xiàn)并排除故障。

    我介紹一下鋰電池?zé)崾Э仨憫?yīng)時(shí)間，在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，電動(dòng)汽車的標(biāo)準(zhǔn)里有5分鐘逃生時(shí)間，5分鐘之內(nèi)一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題就逃掉，在儲(chǔ)能和換電站里面發(fā)現(xiàn)問(wèn)題怎么處理？沒(méi)法逃，東西在那里，你只能看著它燒，所以需要有一種方法提前發(fā)展問(wèn)題，需要在電芯層面，并通知運(yùn)維人員把故障排除掉。

    我們做了一些工作，比如舊的電池在出現(xiàn)微短路的時(shí)候，這時(shí)候它有一些特征，比如正常充電過(guò)程當(dāng)中，電壓隨時(shí)間變化是單調(diào)上升的，假如它出現(xiàn)尖端放電就會(huì)出現(xiàn)電壓先上升又下來(lái)。這種情況可以用預(yù)診斷算法來(lái)診斷出來(lái)。

    預(yù)診斷還需要能夠確定一些關(guān)鍵的電池參數(shù)，一邊充電一邊把內(nèi)阻容量等關(guān)鍵電池參數(shù)（KBP）算出來(lái)。（如圖）這個(gè)方法的特點(diǎn)是一個(gè)在電芯層面并是免拆解的，幾乎是零時(shí)間成本，你一邊用，一邊KBP就全算出來(lái)了，我們把這個(gè)方法提到了UL的1974，它是梯次利用的診斷方法，最近剛被采納，已經(jīng)通過(guò)了。

    預(yù)診斷有四個(gè)要素，第一個(gè)是你有一個(gè)邊緣計(jì)算，把KBP獲得了，然后你通過(guò)這些對(duì)電池的理解（知識(shí)圖譜）做預(yù)診斷，從安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性來(lái)做診斷，最后你有一個(gè)做數(shù)字化的決策。

    左邊的圖是運(yùn)維的預(yù)診斷，右邊是儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)，針對(duì)工商業(yè)業(yè)主的儲(chǔ)能起到更加安全、更加可靠、更加經(jīng)濟(jì)的效果。比如它有問(wèn)題，我們可以提前兩周發(fā)現(xiàn)，在發(fā)現(xiàn)越來(lái)越不健康的情況下，我們能及時(shí)采取措施，既改善了容量又提高了壽命。預(yù)診斷的經(jīng)濟(jì)性估算是能提高儲(chǔ)能的IRR大概是2%-4%。

    這是所謂的分布式綠色能源聚合增值服務(wù)，把不同的微網(wǎng)聚合在一起，可以提供分布式能源的聚合服務(wù)。

    伏達(dá)研究院是非盈利性科研機(jī)構(gòu)，我們有一個(gè)Battery Design Automation （BDA）工具的方向，我認(rèn)為中國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)雖然是走在前面的，但要保持領(lǐng)先，需要有一個(gè)核心的可預(yù)測(cè)理論，我們希望能夠開(kāi)發(fā)一套工具，像EDA在半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝那樣的自動(dòng)開(kāi)發(fā)工具，引進(jìn)陳冠華教授的BDA項(xiàng)目。BDA將從原來(lái)的“定性”上升到將來(lái)的“定量”，篩選正極材料可以在在0.15的精度，周期是從原來(lái)的年到月到天，打造材料跟電芯的協(xié)同設(shè)計(jì)。

    我們希望能夠跟業(yè)界一塊共建電池?cái)?shù)據(jù)超算平臺(tái)，一方面把BDA的方法給電池生產(chǎn)企業(yè)在材料篩選、電芯設(shè)計(jì)上面提供服務(wù)；另一方面，提供電池的預(yù)診斷服務(wù)。比如有企業(yè)想要算一下，只要按照格式把數(shù)據(jù)扔到我們超算平臺(tái)，我們就給一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的報(bào)告。如果有足夠的時(shí)間寬度，我們可以對(duì)你進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)；另外，我們希望通過(guò)這個(gè)能夠開(kāi)發(fā)出電池金融服務(wù)，租賃二手車的電動(dòng)評(píng)估服務(wù)、梯次利用評(píng)估服務(wù)等，這些都將基于國(guó)產(chǎn)的GPU計(jì)算集群來(lái)做這事情，比如我們希望跟EVDATA合作，給電動(dòng)汽車做這樣的計(jì)算。

    在源網(wǎng)荷儲(chǔ)或虛擬電廠方面我們?cè)诟方淌诤献鳌?/div>