中國儲能網(wǎng)訊：“一切堅(jiān)固的東西都煙消云散?！薄R克思
能源行業(yè)經(jīng)歷著巨大變革，分布式發(fā)電大量興起，用電速率快速增長，以不斷增加化石能源消耗的解決方式不可持續(xù)。正在人們不斷探尋有效的能源革命路徑的同時，以實(shí)現(xiàn)最大范圍的信息互聯(lián)共享為基本目標(biāo)的互聯(lián)網(wǎng)，正以前所未有的速度與力度影響著人類世界，改變?nèi)祟惿a(chǎn)生活方式的同時也顛覆了許多傳統(tǒng)行業(yè)保持了數(shù)十年的運(yùn)作方式，如“工業(yè)4.0”和“互聯(lián)網(wǎng)+”的快速興起。信息資源作為當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)時代的一種生產(chǎn)資料，能夠衍生出不同形態(tài)的產(chǎn)品，效益與價(jià)值。
互聯(lián)網(wǎng)的成功，在于借助生產(chǎn)資料形態(tài)的信息資源實(shí)現(xiàn)“物質(zhì)，信息，能量”的三元融合，互聯(lián)共享，進(jìn)而最大程度的激發(fā)了每個智能單元創(chuàng)造新的生產(chǎn)力，推動了各行各業(yè)的創(chuàng)新與變革。互聯(lián)網(wǎng)思想與應(yīng)用正潛移默化的滲透到世界每個角落，在這樣的背景下，第三次工業(yè)革命和能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)時而生，其核心思想是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)模式和基礎(chǔ)設(shè)施碎片化后進(jìn)而通過信息手段進(jìn)行重組融合，在能源領(lǐng)域由現(xiàn)代化大工業(yè)催生出的集中式發(fā)輸變配用的供電模式，將轉(zhuǎn)向與工業(yè)4.0為代表的個性化定制化生產(chǎn)相匹配的大規(guī)模分布式發(fā)電和用電，并且將產(chǎn)生以個性化、定制化的能量需求為目標(biāo)的虛擬電網(wǎng)和電廠，通過能量的互聯(lián)共享(類似互聯(lián)網(wǎng)中的信息共享)，對能源系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化配置。
要真正實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)，需要思想、技術(shù)與模式的創(chuàng)新，甚至顛覆。例如，目前能量從信息領(lǐng)域的角度看通常只是一個模擬變量，即只關(guān)注其物理屬性(如開/關(guān)，電流，電壓，功率等)而忽略其內(nèi)在的信息屬性，更無法從信息世界進(jìn)行能量的調(diào)配。
要實(shí)現(xiàn)如互聯(lián)網(wǎng)中信息共享那樣的能量互聯(lián)共享，首先需要基于信息物理融合系統(tǒng)(cyber-physicalsystem，CPS)實(shí)現(xiàn)能量的信息化與互聯(lián)網(wǎng)化管控，即在物理上把能量進(jìn)行離散化(或碎片化)，使離散化的能量進(jìn)行調(diào)度;其次，基于能量的離散化，將能量系統(tǒng)與負(fù)載系統(tǒng)通過信息化整合，使能量轉(zhuǎn)化成同計(jì)算資源、帶寬資源以及存儲資源等信息通信領(lǐng)域的資源一樣，進(jìn)而通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行靈活的網(wǎng)絡(luò)化管理與調(diào)控。
能量的信息化和分布式儲能是能源互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)
能源互聯(lián)網(wǎng)的核心思想與目標(biāo)可以概括為能量分布式生產(chǎn)、本地化供給以及能量的互聯(lián)互通。以風(fēng)能、太陽能、潮汐能等可再生能源為代表的分布式生產(chǎn)的能量具有先天的不確定性或隨機(jī)性。這種能量不確定性一方面將嚴(yán)重影響能量供給與共享的安全性，穩(wěn)定性與可靠性;另一方面，能量互聯(lián)網(wǎng)中的能量互聯(lián)共享是像互聯(lián)網(wǎng)中信息互聯(lián)共享，即，用戶側(cè)驅(qū)動的能量互聯(lián)共享。因此，由于分布式能量源的不確定性與用戶需求的隨機(jī)性，從任意時刻看，能量供給和需求之間自發(fā)的平衡顯然是不可能，分布式生產(chǎn)的能量將無秩序的從低熵的能量源流向高熵負(fù)載。
能量流無秩序流動導(dǎo)致其有效利用率極低。這種能量源的不確定性與能量流與無秩序性，使得分布式儲能成為解決上述能源互聯(lián)網(wǎng)兩大問題的支撐性基礎(chǔ)。即，以分布式儲能來平滑能量源的不確定性，并為能量的有序流動提供基礎(chǔ)。
過去十年，我一直在針對分布式儲能系統(tǒng)進(jìn)行研發(fā)，采用能量信息化思想，以電池單元為能量單位將能量離散化，并采用網(wǎng)絡(luò)化管控思想，將電池單元網(wǎng)絡(luò)化互聯(lián)成組，以電池網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭討B(tài)可重構(gòu)管控技術(shù)為手段實(shí)現(xiàn)了基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的分布式能量管控，從而徹底解決傳統(tǒng)電池管理中的關(guān)鍵問題，如效率、均衡、可靠性與安全性等問題。
在儲能系統(tǒng)的安全性、可靠性和可管性方面，小容量單體電池成組有著大容量單體電池不可比擬的優(yōu)勢，眾多應(yīng)用實(shí)踐均可證實(shí)這一觀點(diǎn)。例如，特斯拉ModelS型號電動力汽車采用了8000多節(jié)18650小容量單體電池。然而，如何管理大量單體電池成組后構(gòu)成的儲能系統(tǒng)是目前公認(rèn)的技術(shù)難題。
首先，電池單體間具有無法避免的不一致性。其次，為了滿足所需的電流、電壓或功率要求，單體電池以固定的串聯(lián)與并聯(lián)形式直接成組，而這種沿用近三百年的剛性成組方式易導(dǎo)致系統(tǒng)的短板問題。第三，電池荷電狀態(tài)(stateofcharge，SOC)的精確估計(jì)是進(jìn)行有效電池管理的關(guān)鍵，而SOC受到溫度，電壓，電流，老化程度及個體差異等多種因素的影響，并且SOC與這些因素間呈現(xiàn)非線性關(guān)系，難以做到準(zhǔn)確的測量和估算。
因此，基于能量信息化與互聯(lián)網(wǎng)化管控的思想，以電池單元為能量離散化單位，將電池單元網(wǎng)絡(luò)化互聯(lián)成組，以電池網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭討B(tài)可重構(gòu)管控技術(shù)為手段，形成自適應(yīng)、動態(tài)、可重構(gòu)的電池網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)電池能量的信息化。
具體而言，單體電池通過物理開關(guān)器件組合形成可重構(gòu)拓?fù)涞碾姵鼐W(wǎng)絡(luò)，稱為第一級分布式電池網(wǎng)絡(luò)單元，其中信息采集傳感器通過并行多路采集對每個電池元的電流、溫度等信息進(jìn)行對電池單體實(shí)時感知，通過摩爾定律發(fā)展速度的控制芯片在線精確估算電池的SOC與健康狀態(tài)(stateofhealth,SOH)等信息，并形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂撇呗?，最后控制電子開關(guān)狀態(tài)形成當(dāng)前最優(yōu)的電池網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。第一級分布式電池網(wǎng)絡(luò)儲能單元可以通過同樣的網(wǎng)絡(luò)化方法進(jìn)一步形成第二級、第三級……以及更大規(guī)模的電池網(wǎng)絡(luò)，以滿足不同應(yīng)用場景與領(lǐng)域的儲能需求。這個技術(shù)獲得了美國NSF(混合系統(tǒng)，智能系統(tǒng)和智能電網(wǎng)等)項(xiàng)目的資助。
分布式儲能使得電力不再是即時性消費(fèi)，而是可延時、可移動的，電力也從一個稍縱即逝的脆弱體系里解放出來，放到一個可以存儲能量的容器里。這使得能量可與基于互聯(lián)網(wǎng)的信息技術(shù)無縫鏈接，從而真正能夠?qū)崿F(xiàn)能量的互聯(lián)共享。分布式儲能的大規(guī)模應(yīng)用將帶來真正的能源互聯(lián)網(wǎng)革命?；诨ヂ?lián)網(wǎng)管控的分布式儲能系統(tǒng)將有力支撐新的能量運(yùn)營模式，如能源的C2C和C2B。(慈松教授，國家能源局中國能源互聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略研究課題組首席科學(xué)家。)
