基于電池網絡的大規模分布式儲能系統

　　近日，由國家能源局指導，中關村儲能產業技術聯盟與杜塞爾多夫展覽有限公司共同主辦的“儲能國際峰會2015”在北京召開。在儲能技術分論壇上，美國內布拉斯加林肯大學慈松教授發表題為《基于電池網絡的大規模分布式儲能系統》的演講，以下為演講內容。

　　美國內布拉斯加林肯大學慈松教授：

　　我們之所以發展儲能，是因為發電曲線和用電曲線不匹配，儲能的作用就是要把這兩條曲線拉直成一條直線。

　　儲能技術層出不窮，但沒有哪種技術是可以在各種場景下都可以使用的，只要能解決實際問題的都是好技術。

　　根據美國能源部相關定義，鋰電池儲能技術的最大的優勢在于動態技術非常快，在100微秒的時候就可以做出響應，效率非常高，是一種可以移動部署的電池儲能技術。截止到2013年底，美國大概部署了15個兆瓦級的鋰電池儲能項目。

　　今天我們重點探討電池的應用問題。電池本身是一個能循環幾千次，使用十幾年的裝置，在市場銷售中類似于桶裝水，桶是一次性交費，水是用多少交多少費用，電池也是如此。

　　任何一個大容量電池都是用小容量堆積起來的，不論是鋰電池、鉛電池、鎳氫電池，都必須先做成電池組，我們打開筆記本電池后會發現里面的也是由多個電池組成的。現在，中國做BMS電池管理系統的企業有100多家。我們認為在電池管理系統中還存在一些問題，比如在一些設計中，第一個電池放不出電的時候才會讓第二個電池放電，或者是6個電池中只要有3個好的也可以用。但這樣的設計降低電池組的系統效率、可靠性，在安全回收、環保再利用等方面存在問題。因為，任意兩節電池都不會完全一樣，電池發明至今已經有150多年的歷史，但電池在剛性組織管理下的結構從來沒有改變過。

　　鋰電池的差異性比較大，我們從2006年開始做相關研究，發現垂直簡單集成的方法不能解決鋰電池的非線性差異性。另外，在能量密度方面，鋰電池的提高速度也比較慢，大概提高一倍能量密度用了12年的時間。在有效的系統構架下，做好單體電池比做好應用系統更重要，否則使用鋰電池還不如鉛電池。

　　電池是化學能和電能轉換的裝置，這里的化學反應是非線性的，從系統參數上會顯示的淋漓盡致。在使用電池的時候，放在電動汽車里的電池會呈現出不同管控模式。在一個有6個電芯的電池組中，如果有2個壞了，我們是否可以重構一下，只將電池組中的部分電池換掉，解決管控問題?我們是否可以讓新電池與舊電池放在一起使用?是否可以讓鋰電池和鉛電池放在一起使用?這就是現在講的能源互聯網概念，就是構建一個平等的接入方式，能力強的出力多一點，弱的就出力少一點。在這方面我們的一個解決辦法是計算機分布式構架，在系統中，整個結構可以在毫秒級進行重構，電池單體可以在納秒級關斷一次，這也就是能量和信息如何融合的問題。

　　特斯拉汽車中有7000多節18650電池，這些電池被焊接在一起。我們在單體管控水平上已經超越了特斯拉，我們做的研究相當于給電池加了神經網絡，可以管控到每一節電池。

　　2010年時，我們做了一個大規模分布式電池儲能項目。在我看來，構建一個大規模儲能系統，本身并不難。其難點在于將通信、計算和控制這三者和物理系統能量之間，形成控制和持續融合，這也就是工業4.0的核心問題。我們的系統做了管控能量的計算機、做了CPU和主板，將電池放在上面，這樣做下來，我們將能量信息化和互聯網管控能力結合到了一起。

　　在二手車銷售市場中，一輛二手車能夠賣出去是因為有大量的使用信息在后面做支撐。我們做電網儲能，也需要有數據中心，做好電池的能量管控。

　　我們對能源互聯網發展的愿景是，如果用戶數越多，系統的效率可靠性就越高，最終我們會變成電池能量運營商，支撐電網能量平衡，與運營商脫離關系，形成C2C模式。我們的目標是要將電池組的壽命做到跟單體電池一樣，而且可以做到互換。

　　我們在能源互聯網、數據中心的UPS儲能、移動電源、通信基站效率等方面都做了研究，希望能夠通過互聯網管控到每一節電池的充放電情況。

　　在能源互聯網電動車項目中，我們也徹底顛覆了“電動車要配充電樁”的概念，因為車是自由的，充電樁是固定的，我們不能讓把電動車束縛在有限的充電樁網絡中。我們要做可替換電池的電動車，但在此背后也存在能量信息化。針對這個項目我們總結了12個字：車電分離、電池配送、能量運營。這就是我要講的內容，謝謝大家!

　　關于德國工業4.0，越來越多的人在說，也有不少的人在寫。但是對于大部分聽眾和讀者來說，它依然是一個模糊的概念。

　　12月中旬，德國法蘭克福總領館經商室舉行了一場別開生面的中資企業新年招待會，沒有熱鬧的場面，也沒有豐盛的晚宴，只有5名來自全德華人機電工程學會的博士，用整整一個下午的時間，為20多家中企和媒體的約40名代表，介紹了他們對于德國工業4.0的研究。

　　這5位博士是機電工程學會主席、全球汽車精英組織海外成員張式程、副主席陳禎福、理事武震宇、特聘專家葛杰和安琪。

　　歸納5位博士的介紹，大體可以解答以下幾個有關工業4.0的核心問題：國家戰略，不是國際標準德國工業4.0，是德國政府出于領先意識、危機意識和機遇意識，為了確保未來德國在世界上的經濟競爭力和技術領先地位，于2013年在《德國高技術戰略2020》中提出的國家發展戰略，是給德國企業明確的一個努力方向。工業4.0，意即“第四次工業革命”，其總體目標是實現“綠色的”智能化生產。

　　這是德國試圖以高科技帶動工業生產發展的國家戰略，而不是國際標準，也就是說，各國沒有跟上的義務。事實上，許多國家都發表了類似的綱領性文件，只不過各有不同的提法，如美國的“先進制造業國家戰略計劃”、日本的“科技工業聯盟”、英國的“工業2050戰略”和中國的“智能加工”等等。自然，誰能早日實現這一戰略，誰就在國際上獲得了“先發制人”的先機，擁有了標準制定者的地位。資源整合，并非創造發明德國工業4.0的目標，是在2020年至2030年之間，實現“第四次工業革命”，即“以信息物理系統為基礎的智能化生產”。

　　工業4.0的基礎，是已經實現的前三次工業革命。按一般的劃分，第一次工業革命開始于18世紀后半葉，其主要標志是以蒸汽機的發明帶來的機械化生產;第二次工業革命開始于19世紀后半葉，主要標志是以電力的發明帶來的電氣化和大規模流水線生產;第三次工業革命開始于20世紀后半葉，主要標志是通過信息技術和電氣化的結合實現的自動化生產。第四次工業革命，從現在開始，其主要特征就是綜合利用第一次和第二次工業革命創造的“物理系統”和第三次工業革命帶來的日益完備的“信息系統”，通過兩者的融合，實現智能化生產。