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

6月25日，蘇州相城數(shù)字經(jīng)濟創(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)新空間運營。此次活動上，入駐項目之一云儲新能源的創(chuàng)始人、清華大學(xué)電機系研究員慈松教授，圍繞《數(shù)字儲能》這一話題，生動剖析了他在能源互聯(lián)網(wǎng)儲能領(lǐng)域的獨到見解，實錄如下：

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工作，就是數(shù)字儲能。

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。這個革命性范式變化中的一個最核心的事情，就是儲能的問題。因為風(fēng)、光發(fā)電是“靠天吃飯”，所以就要有一個巨大的像水庫的裝置把波動性能量存起來，之后變成穩(wěn)定的電源，因此儲能是能源革命的關(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)儲能系統(tǒng)的行業(yè)痛點問題。

我們看到中國的電化學(xué)儲能現(xiàn)在占比已經(jīng)超過了10%，并且儲能行業(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)”。單體電池是一個電化學(xué)反應(yīng)的裝置，有其特定的非線性，因此任意兩個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)模的電池儲能系統(tǒng)，其實是當(dāng)成一節(jié)大電池用，因此系統(tǒng)中任一個故障電池單體就能把整個系統(tǒng)拖垮。這就是現(xiàn)在電池儲能缺乏安全性和經(jīng)濟性的最核心問題。

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的話，是不是經(jīng)濟性的問題、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一樣的電池單體，也不可能有兩個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)模儲能系統(tǒng)時，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問題是什么。如果點錯科技樹，那么在錯誤的方向上走得越遠，付出的代價越大?；氐诫姵貎δ芟到y(tǒng)架構(gòu)問題，既然差異性是絕對的，一致性是相對的，那我們就要接納和管理這個差異性，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做同頻處理，進而將電池從一個模擬能量裝置轉(zhuǎn)變成一個數(shù)字系統(tǒng)，因此我們做的事情可以類比于將磁盤從一個模擬信息存儲介質(zhì)變成了硬盤這種數(shù)字產(chǎn)品，進而跟互聯(lián)網(wǎng)無縫對接構(gòu)建云盤，支撐互聯(lián)網(wǎng)方式的硬盤運營模式。這也是我們堅信數(shù)字儲能是未來能源互聯(lián)網(wǎng)的能量運營技術(shù)演進路線。

通過研發(fā)片上系統(tǒng)和高速能量交換背板，我們成功地實現(xiàn)了微秒級能量交換。在數(shù)字儲能系統(tǒng)中，電池不再固定串并聯(lián)一起，電池網(wǎng)絡(luò)拓撲是根據(jù)電池的狀態(tài)和負荷變化動態(tài)重構(gòu)。至于系統(tǒng)成本問題，動態(tài)可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)本質(zhì)上是一個電子系統(tǒng)。摩爾定律告訴我們，出貨量增大一倍，性價比提四倍，因此細粒度管控增加的成本逐步可以忽略。

值得指出的是，現(xiàn)在我們在做的事情是能量流和信息流在器件級的融合，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)出幾何級數(shù)的經(jīng)濟性。模擬電池系統(tǒng)變成數(shù)字電池系統(tǒng)，將會極大推動用戶側(cè)發(fā)起的能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

此外，數(shù)字儲能系統(tǒng)是本質(zhì)安全系統(tǒng)。一個合格的電池儲能產(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)儲能安全就談消防，這是不對的。消防很重要，但永遠是后驗的，是第二位的。這里我希望舉一個例子來說明我們的先驗安全觀：就像你買輛車，人其實是坐在汽油上。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)級設(shè)計，把本質(zhì)不安全的汽油用在本質(zhì)安全的汽車。

新電池總是會衰老，電池材料層面的問題引發(fā)系統(tǒng)級安全問題通常是一個秒級的過程，如果能在微秒毫秒級及時阻斷充放電回路，我們將極大防止熱堆積，這就形成了一個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，對物理事件的感知能力變得更精準(zhǔn)有效，從而降低整個系統(tǒng)的治理成本和突發(fā)事件引起的代價，這是我們對數(shù)字化的理解。

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

最后談一下我們的愿景。數(shù)字儲能實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)字儲能構(gòu)建儲能即服務(wù)的新型能量運營商業(yè)模式，實現(xiàn)用戶側(cè)發(fā)起的能源互聯(lián)網(wǎng)。

謝謝大家。

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