网讯：近年来,山东坚持把新型储能作为促进新能源消纳的关键一招,开展配建储能转独立储能试点,推动电化学储能、压缩空气储能、飞轮储能等多元发展。三年来,山东电网新型储能装机由55万千瓦增长至566万千瓦,装机规模居全国第二,储能已然成为能源领域的“热词”。
然而,大规模电池储能系统长久以来存在海量差异化电池管理、协同控制和安全运行等难题,为此,云储新能源科技有限公司(下称“云储新能源”)率先实现了电池能量流与信息流的离散化同频处理,极大提升了储能系统有效容量、循环寿命、可靠性与安全性。
在从技术上解决了电池系统“短板效应”的同时,云储新能源将目光投向“云端”。该公司首席科学家、联合创始人,清华大学电机工程与应用电子技术系研究员慈松对经济导报记者表示,云储新能源的愿景是将能源数字化虚拟化为一种可视可管可控的新兴互联网资源,支撑“双碳”目标的实现。
让退役电池再利用
10月9日,经济导报记者在位于烟台芝罘区的云储新能源车间见到了其为某通讯运营商基站设计生产的储能设备。该设备看上去与普通的储能设备并无不同,都是一个内置储能单元的箱体加上一些散热器等外置设备。
“该储能单元用的是新能源大巴车退役的动力电池,连接电池的也不是传统的串并联方式,而是通过数字能量处理与计算装置将这几块退役电池重组成为动态可重构电池。这大大延长了电池模组的使用寿命,并提升了电池系统的安全性和经济性。”慈松表示。
众所周知,退役汽车动力电池尽管不再适用于驱动汽车行驶,但其低廉的价格、优异的充放电性能以及轻薄等特点依然在储能领域大有可为。然而,由于动力电池型号不同,即便是同一型号的动力电池也会因为汽车行驶工况不同而产生差异。如果这些状态各异的电池按照传统的串并联方式组合用以储能,首先面临的就是电池一致性的问题,“好比常见的7号、5号电池不能混用,新旧电池也不能混用。”慈松举例来说明电池的一致性问题。
如果大量不一致的电池不加甄别并采用固定串并联,电池网络的性能将取决于最弱的电池单元,而当最弱的电池单元出现问题必须切除时,整个系统都会停止运行,“短板效应”非常明显。云储新能源提供给经济导报记者的资料显示,根据市场调研,当前以传统储能技术系统集成的梯次电池储能电站皆因技术不满足要求而失败。以国内西北某电站采用传统储能系统集成方式的梯次储能设施为例,实际运行效率一年内输出容量即呈断崖式下降,一年衰减率达到40%,10MWh设计容量实际可用容量仅能达到6MWh,远远无法达到电站设计容量要求。
为补齐“短板”、解决电池的一致性问题,云储新能源给出了解决方案:即通过动态可重构电池技术来实现能量管控,实现任意电池单体的隔离,这意味着如果电池发生故障能够在毫秒内实现电池拓扑重构,在微秒内实现故障精准隔离,从而提升了储能系统的安全性和经济性。
“‘短板’能拼接成‘长板’,状态差的电池也能充分发挥其作用。动态可重构电池就是通过动态重组,让每一块状态各异的电池都发挥其最大效用。”慈松如是说。
让储能数字化运维
时间退回到2006年,当时在国外从事研发工作的慈松了解到电力电子半导体的相关技术与器件材料发生了重大变化:“以前的半导体芯片只能处理百毫瓦级别的信号,而采用新技术之后处理功率已经能覆盖到几十瓦,未来突破几十千瓦甚至更高也不成问题。”他回忆说,“这意味着,百毫瓦的弱电信号与几十千瓦大功率信号能够同时处理,实现‘耦合’。”
这就是后来云储新能源的“数字能量处理与计算装置”产品的设计思路。也就是在那一年,慈松在国际上率先提出“动态可重构电池网络”的概念和技术路径,“动态可重构电池网络”也被业内评价为“颠覆了电池发明200多年来固定串并联的物理成组方式”。
2012年,云储新能源成立并构建核心专利体系,数字储能领域实现了“从0到1”的突破；2021年,随着国际上规模最大的集中式退役动力电池储能系统——华电内蒙古10MW/34MWh数字储能电站梯次利用动力电池储能应用项目开工建设,云储新能源在数字储能领域声名鹊起。
据了解,该项目提高了退役动力电池梯次利用储能系统的效率、可靠性、安全性、寿命和经济效益,解决了电池、电动汽车和电力储能行业存在的痛点问题,为打通电池全产业链与价值链的贯通提供了技术实证。
值得注意的是,在2022年,三峡集团首个钠电项目开始建设,该项目针对钠离子电池的宽电压范围、大容量离散等特性,实现电池串并联拓扑的动态优化、在线故障预判诊断和隔离、在线电池运行维护等功能,全面提升钠离子电池储能系统的电池管理能力、能量效率以及安全性能。
“从绝对意义上说,电池本来就是‘不一致’的。我们的动态可重构电池方案就是要从根本上解决‘不一致’的问题,连接更多电池甚至更多其他形式的储能单元。”慈松表示。
从2022年起,储能行业迎来商业爆发期:山东电网新型储能装机三年内由55万千瓦增长至566万千瓦；而云储新能源则将目光放到了“电池能量云平台”这一全新领域。
把能源做成互联网资源
如上所述,半导体技术的进步耦合了百毫瓦的弱电信号与几十千瓦大功率信号；而在慈松看来,这意味着储能单元完全可以通过云端进行匹配,“也就是说能源完全可以成为一种互联网资源。”
开篇提到的储能设备每个机柜内有10块受控的储能电池单元；整个2023年,云储新能源总计为上述通讯运营商基站的储能设备交付了55000个数字能量管控节点。这些节点实现了对电池的实时有效监控,并且能够根据电池状态及时调整电池组内串并联结构,解决了数万个电池的不一致问题。产品交付后,该运营商不仅能够实时精确监测电池状态并将相关数据上传云端,降低人工运维成本,还可以将基站储能电池应用于电力峰谷交易,使得每一个信号基站的储能电源都变成一个电网侧小型储能电站,有效盘活了闲置资源。
除了大量“上云”的储能单元外,近年来,山东还把新型储能作为促进新能源消纳的关键一招,推动压缩空气储能、飞轮储能等多元发展。加上一直在推进的抽水蓄能,以及以退役动力电池为介质的电化学储能,山东面临着如何将这些介质不一的储能单元有效连接问题,慈松表示,“动态可重构电池网络”就是要实现不同储能设施的“云管理”。
为此,云储新能源已经开始了相关布局:在北京设立了研发中心,拥有博士、硕士学位人员占比超过50%；该国内顶尖的研发团队目前申请以及授权专利数量已超300件。此外,其在烟台建设了占地40亩、拥有PCBA工厂和研发中试基地的数字储能产业园；在包头设置了拥有1万平方米的成套装备集成生产厂房、年产2GWh数字储能系统的集成设备制造基地……公司目前已经进入大规模产业化推广阶段,具备GWh级的交付能力,是能源互联网领域的准独角兽企业。
慈松表示,云储新能源并不是单纯的储能设备生产商,未来公司要成为能源互联网核心网络设备、解决方案的提供商以及能源运营的服务商,让每一家企业都能通过云平台匹配到优质价优的能源,同时也让云平台上的每一个储能单元甚至每一块电池发挥最大效能。
企业档案
云储新能源科技有限公司成立于2012年,是面向能源互联网的数字储能核心装备制造商及数字储能垂直行业的解决方案提供商。自成立以来,云储新能源一直致力于开展数字能量交换技术的研发和产业化工作,并将其应用于电化学储能领域,从根本上解决电化学储能系统的安全性、经济性等行业痛点问题。
公司创始人慈松,是清华大学电机系研究员、博导,入选国家级人才项目,为信息能源教育部—中国移动联合实验室主任,曾任美国内布拉斯加大学林肯分校终身教授,现为国家能源局中国能源互联网发展战略研究课题组首席科学家。
慈松长期从事复杂系统建模、控制与优化理论及在互联网和大规模储能领域应用技术的研究,已在上述领域发表论文近400篇,申请专利近200项,主持承担国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划、863计划、国家科技重大专项等国家级项目,是多个国际顶级期刊的编委或特邀编委。在国际上率先提出了“数字能量处理与计算”理论,开创了“动态可重构电池”这一前沿交叉领域,先后获得2022年中国“产学研合作创新”个人、2023全球创业大赛(HICOOL)总决赛一等奖(个人)、2021/2023日内瓦国际发明展金奖和2021年度中国信息通信领域十大科技进展之一等奖励。
基于慈松的科研成果,云储新能源率先在国际上提出“动态可重构电池网络”的思想与技术路径,获得学术界和产业界的广泛认可,“百兆瓦级动态可重构电池储能技术(共性关键技术)”项目获得国家重点研发计划“储能与智能电网技术”重点专项支持。
目前,云储新能源基于数字能量处理与计算装置的垂直行业解决方案已经广泛应用于电源侧、电网侧、用户侧数字储能系统,及基站、机房、数据中心的数字UPS系统。头部客户包括移动、铁塔、华电、三峡、国网、南网等大型央企,并已实现用户复购。公司目前已经进入大规模产业化推广阶段,具备GWh级的交付能力,是能源互联网领域的准独角兽企业。
云储新能源是山东省专精特新中小企业,公司技术团队先后获得2017国际储能创新大赛、2021日内瓦发明金奖、2021年中国信息通信领域重大科技进展、2022储能创新应用典范TOP10、入选2022年度山东省首台(套)技术装备和关键核心零部件推广应用指导目录、获得“甲子20”碳中和领域最具商业潜力企业Top20、2023巴黎发明展银奖、2023日内瓦发明展金奖、2023HICOOL全球创业大赛一等奖、进入毕马威中国第一届新能源科技企业50榜单。
