北京大學(xué)先進(jìn)電池技術(shù)研究所執(zhí)行所長(zhǎng)鄧楠

　　第五屆中國(guó)（無(wú)錫）國(guó)際新能源大會(huì)暨展覽會(huì)10月24日—26日在江蘇無(wú)錫太湖國(guó)際博覽中心召開(kāi)，本屆大會(huì)以“新能源：交流 共識(shí) 行動(dòng)”為主題，探索全球新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展，尋找中國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)出路等。以下為專題論壇“2013國(guó)際新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展論壇”內(nèi)容直播。

　　北京大學(xué)先進(jìn)電池技術(shù)研究所執(zhí)行所長(zhǎng)鄧楠先生表示，可再生能源的特點(diǎn)決定了這種能源要大規(guī)模的應(yīng)用必須依賴于智能電網(wǎng)和儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，而我國(guó)在智能電網(wǎng)領(lǐng)域已經(jīng)取得了發(fā)展。

　　以下是鄧楠先生的發(fā)言：

　　謝謝各位嘉賓。我今天介紹的是“儲(chǔ)能及智能微電網(wǎng)簡(jiǎn)介”。畢竟這次論壇主要是談光伏產(chǎn)業(yè)，我希望從戰(zhàn)略的高度跟大家分享一下我們的考慮。

　　在我正式演講之前，介紹一下我們北京大學(xué)工學(xué)院，北京大學(xué)工學(xué)院是2005年成立，本身是一個(gè)年輕的學(xué)院，所以北京大學(xué)給我們非常大的發(fā)展空間。作為我們工作來(lái)講，除了要有先進(jìn)的研究成果以外，還必須有產(chǎn)業(yè)化的成果，所以我今天很多演講也是基于多年做產(chǎn)業(yè)化工作的經(jīng)驗(yàn)。

　　我今天講的大概是三個(gè)部分：1、儲(chǔ)能對(duì)建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要性。2、國(guó)際典型智能微電網(wǎng)和儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例。3、電池儲(chǔ)能的技術(shù)發(fā)展思路。

　　首先我們認(rèn)為未來(lái)20年將是全球智能電網(wǎng)建設(shè)的非常重要時(shí)期。為什么這么說(shuō)？我們先看一下現(xiàn)有的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)是電場(chǎng)發(fā)電，經(jīng)過(guò)升壓傳輸降壓到達(dá)用戶側(cè)。但現(xiàn)在我們談引入新能源，大家知道有一個(gè)非常重要的問(wèn)題，任何新能源，尤其可再生能源對(duì)于電網(wǎng)都是有嚴(yán)重污染的，尤其對(duì)于風(fēng)力發(fā)電。現(xiàn)在這種電網(wǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)于可再生能源的利用限制是非常大的，這是第一個(gè)特點(diǎn)。第二個(gè)特點(diǎn)電能的傳輸是單獨(dú)流向的，任何節(jié)點(diǎn)斷掉，用戶側(cè)都是無(wú)法用電的。而且現(xiàn)在發(fā)電很大的能量損失是在傳輸過(guò)程中，實(shí)際上能源利用效率也是比較低的。

　　所以現(xiàn)在國(guó)際上提出來(lái)的思路是發(fā)展智能電網(wǎng)。什么是智能電網(wǎng)？它有幾個(gè)特點(diǎn)。第一，任何節(jié)點(diǎn)線路都是多條的，用戶側(cè)不僅可以下載電力，還可以上傳電力，這是一個(gè)非常大的特點(diǎn)。第二，很多發(fā)電單元更靠近用戶側(cè)，這樣可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的自愈。可以簡(jiǎn)單的理解成生物體是由若干個(gè)自愈的細(xì)胞組成的，這比傳統(tǒng)的電網(wǎng)更加自然。按照美國(guó)電力研究院的研究，智能電網(wǎng)實(shí)施以后對(duì)終端能耗節(jié)省60％以上。

　　尤其是這次7月份聽(tīng)到發(fā)改委、能源局推出來(lái)大力發(fā)展分布式發(fā)電，我們覺(jué)得是非常鼓舞人心的，而且我們也認(rèn)為，無(wú)論從商業(yè)模式上，產(chǎn)業(yè)發(fā)展上，包括技術(shù)路線上這也是一個(gè)非常好的決定。所以這樣一個(gè)智能電網(wǎng)會(huì)是一個(gè)非常好的實(shí)現(xiàn)可再生能源的自由接入。現(xiàn)在在很多電子變換技術(shù)，還有新能源的這些技術(shù)，未來(lái)電網(wǎng)的技術(shù)發(fā)展空間是非常巨大的。

　　剛才談到智能電網(wǎng)的一些優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)在我們談?wù)勊募夹g(shù)支撐是什么。未來(lái)智能電網(wǎng)一定是多種能源體接入的，風(fēng)能、太陽(yáng)能、生物能、汽輪機(jī)、柴油機(jī)等等。那這么多能源的接入電網(wǎng)，由于電壓特性和輸出特性來(lái)講，直接上網(wǎng)是有問(wèn)題的，這里面就需要融合。我們認(rèn)為有兩大技術(shù)支撐是非常重要的對(duì)于智能電網(wǎng)在技術(shù)層面的支撐是非常重要的，一個(gè)是儲(chǔ)能技術(shù)，一個(gè)是電子的變換技術(shù)。所以我們認(rèn)為儲(chǔ)能是有助于平衡各方利益，有效調(diào)控電力資源，是可再生能源應(yīng)用的重要前提和實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)湖東化管理的有效手段。

　　舉個(gè)例子，這是一個(gè)風(fēng)力發(fā)電的輸出特性圖，三條曲線，藍(lán)色曲線波動(dòng)很厲害，這是風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出，我們可以看到它的特性是非常非常不穩(wěn)定，這樣的能源打入電網(wǎng)的時(shí)候，我們?cè)囅胍幌拢绻F(xiàn)在風(fēng)力發(fā)電比例還比較低，比如1-2％，那對(duì)電網(wǎng)的波動(dòng)影響不是很大，但是當(dāng)未來(lái)要大力發(fā)展可再生能源利用這些能源發(fā)展的時(shí)候，我們要把可再生能源比提高到10％、20％，可以想想這對(duì)電網(wǎng)的影響有多大。這里面的影響有幾方面，一方面是沖擊對(duì)電網(wǎng)的影響，第二就是頻率影響，可能會(huì)有大量的雜散頻率，這對(duì)負(fù)載端是非常可怕的，不僅僅是效率低的問(wèn)題，甚至?xí)p壞變電器。現(xiàn)在儲(chǔ)能技術(shù)是可以提供一定的解決方法。

　　舉個(gè)例子，這條黃色曲線是儲(chǔ)能系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，跟風(fēng)力發(fā)電相匹配的一套方式，它產(chǎn)生了與風(fēng)力發(fā)電相互平衡，相互抵消的一條輸出特性。這兩個(gè)疊加以后可以看到紅色的基本上是比較穩(wěn)定了，至少在很短的時(shí)間內(nèi)相對(duì)是穩(wěn)定的，這樣就使得風(fēng)力發(fā)電可以更好的榮辱電網(wǎng)，這是一個(gè)解決方案，這也是談到為什么儲(chǔ)能的作用這么重要。

　　即使我們現(xiàn)在不談新能源，不談可再生能源，儲(chǔ)能仍然是很重要的。做電網(wǎng)管理和電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的單位都清楚一個(gè)非常重要的問(wèn)題，就是峰谷差的問(wèn)題，我們舉幾個(gè)實(shí)際的例子。

　　首先以北京為例，2005年北京最大用電符合是1058萬(wàn)千瓦，2006年是1081萬(wàn)千瓦，2007年是1190萬(wàn)千瓦，2008恩年是1256萬(wàn)千瓦，2009年是1424萬(wàn)千瓦，這些數(shù)字背后就是每年有上百億的投資擴(kuò)網(wǎng)，但還不能滿足需要。

　　以上海為例，2008年上海最高用電負(fù)荷持續(xù)小時(shí)數(shù)只有104.5小時(shí)，2010年上海電網(wǎng)峰谷差達(dá)到1020萬(wàn)千瓦。預(yù)計(jì)到2015年峰谷差可達(dá)1600萬(wàn)千瓦。假如峰谷差用儲(chǔ)能來(lái)解決，那實(shí)際上每千瓦可能省掉的錢(qián)會(huì)是上萬(wàn)的。我們即使不談可再生能源和智能電網(wǎng)，儲(chǔ)能技術(shù)對(duì)未來(lái)電網(wǎng)也是更經(jīng)濟(jì)，更安全，更穩(wěn)定，效率更高的一種技術(shù)方案。

　　設(shè)想一下未來(lái)智能電網(wǎng)建設(shè)，我們相信未來(lái)的職能電網(wǎng)一定在物理層方面有一個(gè)儲(chǔ)能網(wǎng)絡(luò)的支撐。

　　日本提出來(lái)的概念是家用的儲(chǔ)能系統(tǒng)+控制+太陽(yáng)能+風(fēng)力發(fā)電。實(shí)際上在每個(gè)家庭內(nèi)部配備5-10千瓦小的單元，利用太陽(yáng)能或者風(fēng)力發(fā)電，用戶既可以賣(mài)電也可以用電，不夠的時(shí)候還可以用市電來(lái)補(bǔ)電。

　　豐田公司已經(jīng)不把自己定義成是汽車(chē)的公司了，豐田公司將電動(dòng)汽車(chē)接入電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)新能源電力網(wǎng)絡(luò)。

　　美國(guó)提出來(lái)的社區(qū)級(jí)儲(chǔ)能系統(tǒng)，和日本的概念類(lèi)似，應(yīng)用功能也類(lèi)似，但是區(qū)別是它的儲(chǔ)能單元是放在戶外的，它是幾個(gè)家庭功用的儲(chǔ)能單元。這有一個(gè)什么樣的好處呢？這樣的儲(chǔ)能單元，以后可以由專業(yè)的管理公司或者專業(yè)的電網(wǎng)公司去操縱或者去管理，提供什么樣的作用呢？當(dāng)這個(gè)片區(qū)有峰谷差的時(shí)候，可以統(tǒng)一調(diào)動(dòng)。所以它有一個(gè)運(yùn)行管理的功能，作為家庭來(lái)講也不需要自己投資儲(chǔ)能單元，這也是另外一種商業(yè)運(yùn)行的技術(shù)模式。

　　再介紹一下日本三洋加西綠色能源工業(yè)園智能微電網(wǎng)應(yīng)用。首先是一個(gè)辦公大樓加一些廠房和園區(qū)。在大樓的樓頂和側(cè)面鋪的是1兆瓦太陽(yáng)能系統(tǒng)，它可以供應(yīng)樓宇90％的用電。另外在底部有一個(gè)儲(chǔ)能技術(shù)。

　　風(fēng)場(chǎng)儲(chǔ)能電站，這是美國(guó)A123公司在南加州做的，為750兆瓦風(fēng)場(chǎng)做的儲(chǔ)能配套系統(tǒng)，它的功率是8兆瓦，容量是32兆瓦時(shí)，它的作用就是做斜率控制、消減捕獲，響應(yīng)儲(chǔ)備、電壓支撐、頻率響應(yīng)。

　　城市與城市之間的骨干網(wǎng)儲(chǔ)能電站，由三個(gè)城市共用一套儲(chǔ)能系統(tǒng)，這個(gè)儲(chǔ)能是100兆瓦和200兆瓦時(shí)的，作用是輔助服務(wù)、電網(wǎng)調(diào)節(jié)和風(fēng)力發(fā)電的波形再造。

　　電池儲(chǔ)能的技術(shù)發(fā)展思路。首先我們想說(shuō)電池儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展一定是跨越眾多基礎(chǔ)和應(yīng)用技術(shù)學(xué)科的，它由若干個(gè)技術(shù)體系來(lái)組成，電池材料技術(shù)、電芯制造技術(shù)、電池pack設(shè)計(jì)技術(shù)、電池平衡控制技術(shù)、電池溫度管理技術(shù)、大規(guī)模電池繼承技術(shù)等等。從我們來(lái)講，從基礎(chǔ)研究角度我們還有大量需要要做的工作。

　　為什么這么說(shuō)呢，剛才談到這么多需求，這么多設(shè)想都基于好的儲(chǔ)能平臺(tái)，但現(xiàn)在電力是否能解決這些問(wèn)題，我們只能說(shuō)現(xiàn)在看到了一些曙光，但并沒(méi)有解決這些問(wèn)題。大家知道鋰電池的成本是非常高的，如何用在儲(chǔ)能體系下？這是第一個(gè)問(wèn)題。第二，壽命的問(wèn)題，雖然先進(jìn)的鋰離子電池有更長(zhǎng)的循環(huán)使用壽命，但它是否能達(dá)到電站的壽命預(yù)期。第三，安全性的問(wèn)題，這么大的能量體，比電動(dòng)汽車(chē)還要大幾十倍，甚至放在城市里面，放在用電量最高的集中區(qū)域，它的風(fēng)險(xiǎn)怎么去控制，安全技術(shù)問(wèn)題等等這些都是需要花力氣去解決的。我們講在技術(shù)角度還有很多艱巨的任務(wù)。

　　我們認(rèn)為現(xiàn)在鋰電池的產(chǎn)業(yè)是有問(wèn)題的，為什么這么說(shuō)？現(xiàn)在鋰電池也在走一條和很多行業(yè)相類(lèi)似的發(fā)展模式，就是大批量的建設(shè)，不斷地?cái)U(kuò)大產(chǎn)能，但是忽略了基礎(chǔ)研究，忽略了先進(jìn)的電池制造工藝技術(shù)的積累，這些企業(yè)為了追求量大，把質(zhì)量和成本做得非常低，這是電池行業(yè)一個(gè)非常大的擔(dān)憂。

　　包括在國(guó)家層面上也不應(yīng)該鼓勵(lì)產(chǎn)業(yè)往成本低的角度去做，這是我們跟國(guó)家引導(dǎo)政策方向稍微有點(diǎn)不同的觀點(diǎn)。因?yàn)楝F(xiàn)在還有很多技術(shù)問(wèn)題需要解決，需要靠更高的利潤(rùn)和價(jià)格空間讓我們這么去做。

　　我們認(rèn)為儲(chǔ)能技術(shù)發(fā)展一定要跟電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)緊密配合，兩者不是要分開(kāi)的。所以我們也提了一個(gè)思想，就是電動(dòng)汽車(chē)電池與儲(chǔ)能電池實(shí)現(xiàn)階梯利用。在電動(dòng)汽車(chē)淘汰下來(lái)的電池，我們可以把它做成對(duì)功率要求比較高的場(chǎng)合應(yīng)用，對(duì)于循環(huán)到更長(zhǎng)次數(shù)，比如五千次以上的電池放到更大的系統(tǒng)作為儲(chǔ)能或者其他方面進(jìn)行應(yīng)用，我們這樣實(shí)行階梯利用。這樣我們建立的體系，不是依托成本低來(lái)做，而是依托靠使用的成本，包括未來(lái)整合一些金融的力量，類(lèi)似融資租賃的方式推動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，這是我們提出來(lái)的一個(gè)想法。

　　從技術(shù)角度而言，我們需要解決很多問(wèn)題，包括電動(dòng)汽車(chē)的換電技術(shù)，包括電池模塊和儲(chǔ)能模塊以后怎么兼容去設(shè)計(jì)，包括結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，電器接口，通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)等等，還有更長(zhǎng)使用壽命的電池。以后電池租賃的運(yùn)營(yíng)模式也可以研究。

　　正是因?yàn)檫@樣的設(shè)想，我們也是按照這樣去做的研究，包括從最小的電池模塊的設(shè)計(jì)，我們盡量兼顧以后電動(dòng)汽車(chē)的應(yīng)用，同時(shí)要跟儲(chǔ)能的體系是一致的，這樣由最小的，比如說(shuō)1-2.5個(gè)千瓦時(shí)系統(tǒng)組成5-25恩的機(jī)柜，然后通過(guò)組裝做到幾百千瓦時(shí)，然后并聯(lián)實(shí)現(xiàn)兆瓦時(shí)。

　　從鋰電池這個(gè)行業(yè)來(lái)談，現(xiàn)在目前國(guó)內(nèi)很多公司比較急功近利。大家都知道中國(guó)是鋰離子電池最大的產(chǎn)銷(xiāo)國(guó)，但鋰離子電池的技術(shù)是三流的。中國(guó)的電池是每100萬(wàn)顆就會(huì)爆炸1顆。第二個(gè)問(wèn)題如果我們用這樣的方式去做鋰電池產(chǎn)業(yè)，這是非常糟糕的。因?yàn)殡妱?dòng)汽車(chē)要進(jìn)入家庭，儲(chǔ)能電池要做到功率非常大，用這樣的方式去做，只會(huì)在我們身邊安置非常多的危險(xiǎn)品。這是整個(gè)行業(yè)發(fā)展一個(gè)重要的問(wèn)題。

　　前兩天北京大學(xué)的師兄回到國(guó)內(nèi)給我們講了一個(gè)小小的講座，他提到在美國(guó)最好的技術(shù)不是在高校，不是在研究機(jī)構(gòu)，而是在企業(yè)。高校的技術(shù)是非常低的，這和我們中國(guó)的情況不太一樣，我們中國(guó)有大量的產(chǎn)業(yè)也投資了大量機(jī)構(gòu)，但從企業(yè)界到方方面面都沒(méi)有重視起來(lái)。

　　最后希望有很多優(yōu)秀的企業(yè)家能夠把你們的企業(yè)做成美國(guó)這樣非常雄心壯志，非常先進(jìn)的這些企業(yè)，超過(guò)我們的研究單位的企業(yè)，謝謝大家。