嚴曉:《從第一性原理看光儲微電網(wǎng)數(shù)字化》

發(fā)布日期:2023-12-27

核心提示:12月21日22日,由充換電百人會、中國充電樁網(wǎng)主辦,上海賀勵展覽有限公司、上海賀勵商務咨詢有限公司承辦的2023第四屆中國國際換
 12月21日—22日,由充換電百人會、中國充電樁網(wǎng)主辦,上海賀勵展覽有限公司、上海賀勵商務咨詢有限公司承辦的2023第四屆中國國際換電模式產(chǎn)業(yè)大會(簡稱:金磚換電論壇)在上海大華虹橋假日酒店盛大舉辦。大會以“構建換電產(chǎn)業(yè)發(fā)展新機遇”為主題,政策賦能,新能源換電產(chǎn)業(yè)逆勢崛起,深入探討推動換電協(xié)同發(fā)展,共話換電挑戰(zhàn)與機遇,共議產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的新趨勢。
以下為演講實錄:
 
上海伏達儲能數(shù)字化研究院 創(chuàng)始人、首席科學家   嚴曉 發(fā)表了《從第一性原理看光儲微電網(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在應用,我現(xiàn)在講一下跟換電相關的光儲、數(shù)字化背后的基本假設。
 
    新能源、電力碳中和有幾個基本假設,一是新能源會越來越多;第二個假設是分布式能源,包括蔚來的換電站、采日的,很多都會分布式。現(xiàn)在我們熟悉的是集中式發(fā)電,將來是分布式能源,而分布式能源將來跟配電網(wǎng)該怎么互動,跟車該怎么互動,將會是一個非常重要的課題,也是新型電力系統(tǒng)里面的核心。
    微電網(wǎng)解決零碳用電的問題,零碳用電現(xiàn)在已經(jīng)具有經(jīng)濟性了,因為在浙江一天可以兩充兩放,投了就可以有經(jīng)濟性,5年以內(nèi)都可以收回成本。它里面還有一個問題,它跟以前不一樣,現(xiàn)在你既是生產(chǎn)者又是消費者,叫“生產(chǎn)消費者”,這里面有一些還沒有充分被挖掘出來的就是所謂的“隔墻售電”,自己用剩下來出的電能不能給鄰居用,隔墻售電要是能落地的話,收益還會更多。
    假如這些分布式能源聚合在一起,就能一起有效響應電網(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)濟價值和社會價值,這個過程就需要數(shù)字化的技術,沒有數(shù)字化技術,這個事情是很難落地的。
    再看一個產(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年以后成本會怎么樣?現(xiàn)在在用戶側已經(jīng)有經(jīng)濟性了,再過5年、10年,每個樓里面是否都有儲能了。所以光儲在一起,將來一定是最便宜的能源。
    最近迪拜的氣候變化大會一開始就100多個國家達成了共識,從現(xiàn)在到2030年,新能源的應用要增加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,就是因為光伏跟儲能價格還會下降。
    這里面還有什么規(guī)律?我們認為能源數(shù)字化還有一些規(guī)律,我認為一是知識數(shù)字化,二是用數(shù)字化技術賦能新能源,我們看到了有GPU、ChatGPT,這些東西以后會不會用到新能源里面呢?我覺得是有可能的。
    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,電力設備一般都是20年的。電動汽車也是一樣的,5-8年,儲能和電動汽車的售后應該怎么樣做?運維怎樣做?這些都是非常重要的問題。
    現(xiàn)在中國的以鋰電池為代表的電化學儲能在全世界范圍內(nèi)處于領先狀態(tài),怎么能繼續(xù)保持領先?這需要一個產(chǎn)業(yè)鏈的思維。再看看數(shù)字化儲能技術背景,我們是從BMS拿到數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析得出預診斷結論的。在電動汽車售后應用對第三方服務機構就有難以獲取BMS通訊協(xié)議進而獲得電芯電壓數(shù)據(jù)進行有效分析的挑戰(zhàn),電動汽車數(shù)據(jù)和其他運營數(shù)據(jù)如何相融為車主提供服務也是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的另一個瓶頸。
    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制的運營邏輯?
    第二,新型電力系統(tǒng)中的儲能共享價值其運營邏輯是什么?
    第三,新能源資產(chǎn)的安全可靠性怎么保障?比如現(xiàn)在建一個儲能電站,供應商說給你質(zhì)保多少年,5年、10年以后說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,是不是有可預測的模型,我們知道鋰電池安全性是一個挑戰(zhàn),假如有一個可預測的模型,可以在它出問題之前提前發(fā)現(xiàn)并排除故障。
    我介紹一下鋰電池熱失控響應時間,在這個過程當中,電動汽車的標準里有5分鐘逃生時間,5分鐘之內(nèi)一旦發(fā)現(xiàn)問題就逃掉,在儲能和換電站里面發(fā)現(xiàn)問題怎么處理?沒法逃,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)展問題,需要在電芯層面,并通知運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)微短路的時候,這時候它有一些特征,比如正常充電過程當中,電壓隨時間變化是單調(diào)上升的,假如它出現(xiàn)尖端放電就會出現(xiàn)電壓先上升又下來。這種情況可以用預診斷算法來診斷出來。
    預診斷還需要能夠確定一些關鍵的電池參數(shù),一邊充電一邊把內(nèi)阻容量等關鍵電池參數(shù)(KBP)算出來。(如圖)這個方法的特點是一個在電芯層面并是免拆解的,幾乎是零時間成本,你一邊用,一邊KBP就全算出來了,我們把這個方法提到了UL的1974,它是梯次利用的診斷方法,最近剛被采納,已經(jīng)通過了。
    預診斷有四個要素,第一個是你有一個邊緣計算,把KBP獲得了,然后你通過這些對電池的理解(知識圖譜)做預診斷,從安全性、可靠性、經(jīng)濟性來做診斷,最后你有一個做數(shù)字化的決策。
    左邊的圖是運維的預診斷,右邊是儲能運營,針對工商業(yè)業(yè)主的儲能起到更加安全、更加可靠、更加經(jīng)濟的效果。比如它有問題,我們可以提前兩周發(fā)現(xiàn),在發(fā)現(xiàn)越來越不健康的情況下,我們能及時采取措施,既改善了容量又提高了壽命。預診斷的經(jīng)濟性估算是能提高儲能的IRR大概是2%-4%。
    這是所謂的分布式綠色能源聚合增值服務,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。
    伏達研究院是非盈利性科研機構,我們有一個Battery Design Automation (BDA)工具的方向,我認為中國儲能產(chǎn)業(yè)雖然是走在前面的,但要保持領先,需要有一個核心的可預測理論,我們希望能夠開發(fā)一套工具,像EDA在半導體生產(chǎn)工藝那樣的自動開發(fā)工具,引進陳冠華教授的BDA項目。BDA將從原來的“定性”上升到將來的“定量”,篩選正極材料可以在在0.15的精度,周期是從原來的年到月到天,打造材料跟電芯的協(xié)同設計。
    我們希望能夠跟業(yè)界一塊共建電池數(shù)據(jù)超算平臺,一方面把BDA的方法給電池生產(chǎn)企業(yè)在材料篩選、電芯設計上面提供服務;另一方面,提供電池的預診斷服務。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,我們就給一個標準的報告。如果有足夠的時間寬度,我們可以對你進行壽命預測;另外,我們希望通過這個能夠開發(fā)出電池金融服務,租賃二手車的電動評估服務、梯次利用評估服務等,這些都將基于國產(chǎn)的GPU計算集群來做這事情,比如我們希望跟EVDATA合作,給電動汽車做這樣的計算。
    在源網(wǎng)荷儲或虛擬電廠方面我們在跟艾芊教授合作。
    另外一個是金融,現(xiàn)在大家已經(jīng)在投資新能源跟光伏儲能或者微電網(wǎng),我認為數(shù)字化技術的價值還沒充分發(fā)揮出來,我們希望在這方面做更進一步的創(chuàng)新。比如通過對整個儲能系統(tǒng)的健康狀況的評價形成一份商業(yè)銀行貸款需要花費信用評級報告,我們需要金融專家的協(xié)助來定義并形成可落地的解決方案。
    伏達研究院希望跟業(yè)界企業(yè)一塊打造這個平臺,儲能是一個新物種,原來電發(fā)出來沒法存起來,現(xiàn)在鋰電池起來了,有足夠的經(jīng)濟性,發(fā)出來的電可以存起來再用,但是怎么用好,這需要業(yè)界的朋友一起來協(xié)同研發(fā)形成最佳實踐,進而形成標準化的評價體系和標準。
    我今天在這里也學了很多,比如蔚來汽車換電占與車輛的能源互動、V2G,他們的換電將來有很多想象空間,我覺得采日也給我不少啟發(fā),這里面有很多機會需要業(yè)界游商的互相碰撞,所以我非常感謝今天這個機會。

 
 
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