中國儲能網(wǎng)訊：近年來,山東堅持把新型儲能作為促進新能源消納的關(guān)鍵一招,開展配建儲能轉(zhuǎn)獨立儲能試點,推動電化學儲能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能等多元發(fā)展。三年來,山東電網(wǎng)新型儲能裝機由55萬千瓦增長至566萬千瓦,裝機規(guī)模居全國第二,儲能已然成為能源領(lǐng)域的“熱詞”。
然而,大規(guī)模電池儲能系統(tǒng)長久以來存在海量差異化電池管理、協(xié)同控制和安全運行等難題,為此,云儲新能源科技有限公司(下稱“云儲新能源”)率先實現(xiàn)了電池能量流與信息流的離散化同頻處理,極大提升了儲能系統(tǒng)有效容量、循環(huán)壽命、可靠性與安全性。
在從技術(shù)上解決了電池系統(tǒng)“短板效應(yīng)”的同時,云儲新能源將目光投向“云端”。該公司首席科學家、聯(lián)合創(chuàng)始人,清華大學電機工程與應(yīng)用電子技術(shù)系研究員慈松對經(jīng)濟導報記者表示,云儲新能源的愿景是將能源數(shù)字化虛擬化為一種可視可管可控的新興互聯(lián)網(wǎng)資源,支撐“雙碳”目標的實現(xiàn)。
讓退役電池再利用
10月9日,經(jīng)濟導報記者在位于煙臺芝罘區(qū)的云儲新能源車間見到了其為某通訊運營商基站設(shè)計生產(chǎn)的儲能設(shè)備。該設(shè)備看上去與普通的儲能設(shè)備并無不同,都是一個內(nèi)置儲能單元的箱體加上一些散熱器等外置設(shè)備。
“該儲能單元用的是新能源大巴車退役的動力電池,連接電池的也不是傳統(tǒng)的串并聯(lián)方式,而是通過數(shù)字能量處理與計算裝置將這幾塊退役電池重組成為動態(tài)可重構(gòu)電池。這大大延長了電池模組的使用壽命,并提升了電池系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟性?！贝人杀硎尽?
眾所周知,退役汽車動力電池盡管不再適用于驅(qū)動汽車行駛,但其低廉的價格、優(yōu)異的充放電性能以及輕薄等特點依然在儲能領(lǐng)域大有可為。然而,由于動力電池型號不同,即便是同一型號的動力電池也會因為汽車行駛工況不同而產(chǎn)生差異。如果這些狀態(tài)各異的電池按照傳統(tǒng)的串并聯(lián)方式組合用以儲能,首先面臨的就是電池一致性的問題,“好比常見的7號、5號電池不能混用,新舊電池也不能混用?！贝人膳e例來說明電池的一致性問題。
如果大量不一致的電池不加甄別并采用固定串并聯(lián),電池網(wǎng)絡(luò)的性能將取決于最弱的電池單元,而當最弱的電池單元出現(xiàn)問題必須切除時,整個系統(tǒng)都會停止運行,“短板效應(yīng)”非常明顯。云儲新能源提供給經(jīng)濟導報記者的資料顯示,根據(jù)市場調(diào)研,當前以傳統(tǒng)儲能技術(shù)系統(tǒng)集成的梯次電池儲能電站皆因技術(shù)不滿足要求而失敗。以國內(nèi)西北某電站采用傳統(tǒng)儲能系統(tǒng)集成方式的梯次儲能設(shè)施為例,實際運行效率一年內(nèi)輸出容量即呈斷崖式下降,一年衰減率達到40%,10MWh設(shè)計容量實際可用容量僅能達到6MWh,遠遠無法達到電站設(shè)計容量要求。
為補齊“短板”、解決電池的一致性問題,云儲新能源給出了解決方案:即通過動態(tài)可重構(gòu)電池技術(shù)來實現(xiàn)能量管控,實現(xiàn)任意電池單體的隔離,這意味著如果電池發(fā)生故障能夠在毫秒內(nèi)實現(xiàn)電池拓撲重構(gòu),在微秒內(nèi)實現(xiàn)故障精準隔離,從而提升了儲能系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟性。
“‘短板’能拼接成‘長板’,狀態(tài)差的電池也能充分發(fā)揮其作用。動態(tài)可重構(gòu)電池就是通過動態(tài)重組,讓每一塊狀態(tài)各異的電池都發(fā)揮其最大效用?！贝人扇缡钦f。
讓儲能數(shù)字化運維
時間退回到2006年,當時在國外從事研發(fā)工作的慈松了解到電力電子半導體的相關(guān)技術(shù)與器件材料發(fā)生了重大變化:“以前的半導體芯片只能處理百毫瓦級別的信號,而采用新技術(shù)之后處理功率已經(jīng)能覆蓋到幾十瓦,未來突破幾十千瓦甚至更高也不成問題?！彼貞浾f,“這意味著,百毫瓦的弱電信號與幾十千瓦大功率信號能夠同時處理,實現(xiàn)‘耦合’?！?
這就是后來云儲新能源的“數(shù)字能量處理與計算裝置”產(chǎn)品的設(shè)計思路。也就是在那一年,慈松在國際上率先提出“動態(tài)可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)”的概念和技術(shù)路徑,“動態(tài)可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)”也被業(yè)內(nèi)評價為“顛覆了電池發(fā)明200多年來固定串并聯(lián)的物理成組方式”。
2012年,云儲新能源成立并構(gòu)建核心專利體系,數(shù)字儲能領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了“從0到1”的突破；2021年,隨著國際上規(guī)模最大的集中式退役動力電池儲能系統(tǒng)——華電內(nèi)蒙古10MW/34MWh數(shù)字儲能電站梯次利用動力電池儲能應(yīng)用項目開工建設(shè),云儲新能源在數(shù)字儲能領(lǐng)域聲名鵲起。
據(jù)了解,該項目提高了退役動力電池梯次利用儲能系統(tǒng)的效率、可靠性、安全性、壽命和經(jīng)濟效益,解決了電池、電動汽車和電力儲能行業(yè)存在的痛點問題,為打通電池全產(chǎn)業(yè)鏈與價值鏈的貫通提供了技術(shù)實證。
值得注意的是,在2022年,三峽集團首個鈉電項目開始建設(shè),該項目針對鈉離子電池的寬電壓范圍、大容量離散等特性,實現(xiàn)電池串并聯(lián)拓撲的動態(tài)優(yōu)化、在線故障預(yù)判診斷和隔離、在線電池運行維護等功能,全面提升鈉離子電池儲能系統(tǒng)的電池管理能力、能量效率以及安全性能。
“從絕對意義上說,電池本來就是‘不一致’的。我們的動態(tài)可重構(gòu)電池方案就是要從根本上解決‘不一致’的問題,連接更多電池甚至更多其他形式的儲能單元。”慈松表示。
從2022年起,儲能行業(yè)迎來商業(yè)爆發(fā)期:山東電網(wǎng)新型儲能裝機三年內(nèi)由55萬千瓦增長至566萬千瓦；而云儲新能源則將目光放到了“電池能量云平臺”這一全新領(lǐng)域。
把能源做成互聯(lián)網(wǎng)資源
如上所述,半導體技術(shù)的進步耦合了百毫瓦的弱電信號與幾十千瓦大功率信號；而在慈松看來,這意味著儲能單元完全可以通過云端進行匹配,“也就是說能源完全可以成為一種互聯(lián)網(wǎng)資源?！?
開篇提到的儲能設(shè)備每個機柜內(nèi)有10塊受控的儲能電池單元；整個2023年,云儲新能源總計為上述通訊運營商基站的儲能設(shè)備交付了55000個數(shù)字能量管控節(jié)點。這些節(jié)點實現(xiàn)了對電池的實時有效監(jiān)控,并且能夠根據(jù)電池狀態(tài)及時調(diào)整電池組內(nèi)串并聯(lián)結(jié)構(gòu),解決了數(shù)萬個電池的不一致問題。產(chǎn)品交付后,該運營商不僅能夠?qū)崟r精確監(jiān)測電池狀態(tài)并將相關(guān)數(shù)據(jù)上傳云端,降低人工運維成本,還可以將基站儲能電池應(yīng)用于電力峰谷交易,使得每一個信號基站的儲能電源都變成一個電網(wǎng)側(cè)小型儲能電站,有效盤活了閑置資源。
除了大量“上云”的儲能單元外,近年來,山東還把新型儲能作為促進新能源消納的關(guān)鍵一招,推動壓縮空氣儲能、飛輪儲能等多元發(fā)展。加上一直在推進的抽水蓄能,以及以退役動力電池為介質(zhì)的電化學儲能,山東面臨著如何將這些介質(zhì)不一的儲能單元有效連接問題,慈松表示,“動態(tài)可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)”就是要實現(xiàn)不同儲能設(shè)施的“云管理”。
為此,云儲新能源已經(jīng)開始了相關(guān)布局:在北京設(shè)立了研發(fā)中心,擁有博士、碩士學位人員占比超過50%；該國內(nèi)頂尖的研發(fā)團隊目前申請以及授權(quán)專利數(shù)量已超300件。此外,其在煙臺建設(shè)了占地40畝、擁有PCBA工廠和研發(fā)中試基地的數(shù)字儲能產(chǎn)業(yè)園；在包頭設(shè)置了擁有1萬平方米的成套裝備集成生產(chǎn)廠房、年產(chǎn)2GWh數(shù)字儲能系統(tǒng)的集成設(shè)備制造基地……公司目前已經(jīng)進入大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化推廣階段,具備GWh級的交付能力,是能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的準獨角獸企業(yè)。
慈松表示,云儲新能源并不是單純的儲能設(shè)備生產(chǎn)商,未來公司要成為能源互聯(lián)網(wǎng)核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、解決方案的提供商以及能源運營的服務(wù)商,讓每一家企業(yè)都能通過云平臺匹配到優(yōu)質(zhì)價優(yōu)的能源,同時也讓云平臺上的每一個儲能單元甚至每一塊電池發(fā)揮最大效能。
企業(yè)檔案
云儲新能源科技有限公司成立于2012年,是面向能源互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字儲能核心裝備制造商及數(shù)字儲能垂直行業(yè)的解決方案提供商。自成立以來,云儲新能源一直致力于開展數(shù)字能量交換技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化工作,并將其應(yīng)用于電化學儲能領(lǐng)域,從根本上解決電化學儲能系統(tǒng)的安全性、經(jīng)濟性等行業(yè)痛點問題。
公司創(chuàng)始人慈松,是清華大學電機系研究員、博導,入選國家級人才項目,為信息能源教育部—中國移動聯(lián)合實驗室主任,曾任美國內(nèi)布拉斯加大學林肯分校終身教授,現(xiàn)為國家能源局中國能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略研究課題組首席科學家。
慈松長期從事復雜系統(tǒng)建模、控制與優(yōu)化理論及在互聯(lián)網(wǎng)和大規(guī)模儲能領(lǐng)域應(yīng)用技術(shù)的研究,已在上述領(lǐng)域發(fā)表論文近400篇,申請專利近200項,主持承擔國家自然科學基金重點項目、國家重點研發(fā)計劃、863計劃、國家科技重大專項等國家級項目,是多個國際頂級期刊的編委或特邀編委。在國際上率先提出了“數(shù)字能量處理與計算”理論,開創(chuàng)了“動態(tài)可重構(gòu)電池”這一前沿交叉領(lǐng)域,先后獲得2022年中國“產(chǎn)學研合作創(chuàng)新”個人、2023全球創(chuàng)業(yè)大賽(HICOOL)總決賽一等獎(個人)、2021/2023日內(nèi)瓦國際發(fā)明展金獎和2021年度中國信息通信領(lǐng)域十大科技進展之一等獎勵。
基于慈松的科研成果,云儲新能源率先在國際上提出“動態(tài)可重構(gòu)電池網(wǎng)絡(luò)”的思想與技術(shù)路徑,獲得學術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛認可,“百兆瓦級動態(tài)可重構(gòu)電池儲能技術(shù)(共性關(guān)鍵技術(shù))”項目獲得國家重點研發(fā)計劃“儲能與智能電網(wǎng)技術(shù)”重點專項支持。
目前,云儲新能源基于數(shù)字能量處理與計算裝置的垂直行業(yè)解決方案已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)數(shù)字儲能系統(tǒng),及基站、機房、數(shù)據(jù)中心的數(shù)字UPS系統(tǒng)。頭部客戶包括移動、鐵塔、華電、三峽、國網(wǎng)、南網(wǎng)等大型央企,并已實現(xiàn)用戶復購。公司目前已經(jīng)進入大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化推廣階段,具備GWh級的交付能力,是能源互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的準獨角獸企業(yè)。
云儲新能源是山東省專精特新中小企業(yè),公司技術(shù)團隊先后獲得2017國際儲能創(chuàng)新大賽、2021日內(nèi)瓦發(fā)明金獎、2021年中國信息通信領(lǐng)域重大科技進展、2022儲能創(chuàng)新應(yīng)用典范TOP10、入選2022年度山東省首臺(套)技術(shù)裝備和關(guān)鍵核心零部件推廣應(yīng)用指導目錄、獲得“甲子20”碳中和領(lǐng)域最具商業(yè)潛力企業(yè)Top20、2023巴黎發(fā)明展銀獎、2023日內(nèi)瓦發(fā)明展金獎、2023HICOOL全球創(chuàng)業(yè)大賽一等獎、進入畢馬威中國第一屆新能源科技企業(yè)50榜單。
