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智慧新能源的内涵分析

光伏系统工程  来源:氢能与可再生能源  作者:褚政宇  2020/5/20 12:33:14  我要投稿  

北极星太阳能光伏网讯:智慧新能源是一条必然的技术发展方向。这里包含两个元素:智慧、新能源。

(来源:微信公众号“氢能与可再生能源”ID:gh_7c1ecf3d882d)

01新能源

先谈新能源。新能源主要指各种可再生能源,与传统能源相比最大的优势是绿色环保。美国经济趋势基金会主席里夫金指出,我们正身处以新能源转型为代表的第三次工业革命进程中。能源的利用对人类社会发展具有深远影响,煤炭和石油的大规模利用为前两次工业革命的发生提供了根本动能。一种流行的观点是,新能源作为传统能源的辅助,不能成为主流。这种观点的错误在于其忽略了事物发展的客观规律。新能源发展的底层逻辑是人类对可持续发展的追求、对绿色生活的向往,也是人类永续发展的必然要求,这是客观规律,不以人的意志为转移。比如时下中国提出的“两山”理论就是早期掠夺式发展后的纠偏。

中国的新能源发展领跑全球,是全球最大的新能源投资和消费市场。在中国,光伏和水电装机量分别占总装机量的10.2%和10.4%,是占比最大的新能源。尽管如此,仍然不足以改变人们对新能源的印象,那个量变引起质变的引爆点还没有到来。这是因为新能源自身的周期性和不稳定性特征,无法与人的使用习惯完全匹配,造成了使用的不便。解决的根本方法是,给能量找一个足够好的蓄水池——储能。蓄水储能是个好办法,但比较笨重。和光伏最搭配的是电化学储能,其中最主流的是锂离子电池。发展之初,人们还有技术路线之争,而电动车的迅速崛起使锂离子电池成为了绝对主流。一个成熟的供应链体系在中国迅速建立,并诞生了全世界最大的电池生产企业——CATL。产业链一旦建立,就会对技术形成进一步的正反馈,资本和人力的投入越来越大,直到新的颠覆性技术出现。在电化学储能这个领域,留给液流电池、钠硫电池等非锂电路线的机会越来越少。未来储能发展的关键之一在锂电,只有锂电成本降到足够低,可靠度足够高,商业模式的路子才能越走越宽,才能迎来真正的拐点。

回头来看,过去10年是飞速发展的10年,锂电的平均价格降低了10倍、能量密度翻了3倍多,很难说是锂电成就了电动车,还是电动车成就了锂电。锂电的成本还会持续下降,据分析还有30%的下降空间;锂电的能量密度也会继续增加,对于车用的必要性已经不大了。以小鹏汽车为例,P7车型在170Wh/kg时已经做到NEDC 700km,即使冬天打6折,也能够达到400km,基本够用了。对电池能量密度的极致追求应该交给科学家。

下一阶段要尽快解决两个问题:安全和充电。安全是一个系统工程,不能抱有一个大招解决所有问题的幻想,一定是材料、单体设计、系统集成的多管齐下。我们必须要树立一个观念:安全是相对,提升安全性的目标不是永远不出问题,而是形成预测风险、防范风险、应对风险的能力,最大限度减少对生命财产的伤害。充电时间不能以加油为目标,必须结合电动车的使用模式设定合理指标。未来有85%的情形是家庭或公司慢充,超级快充站的需求一定小于加油站,但必须有,满足低频的应急需求。另外,运营车辆、高速公路对超级快充则是刚需。电池接受能力是超级快充速度的限制性因素,美国能源部(DOE)提出了10分钟220mile(约350km)的目标,是电池尚可接受的。从用户使用习惯考虑,超级快充站的指标应该设定为5分钟200km、10分钟350km上下,充电时长不能超过10分钟,定位就是应急,让车主能够开到慢充桩,然后再充满。

02智慧

说完了新能源,再说智慧。在笔者看来,第三次工业革命的支柱是新能源,另一大支柱是以人工智能为代表的智能化技术。智能化技术将带来生产方式、消费方式的根本性变革,其结果是使人类从基础、大量的生产、劳动中彻底解放,进一步提高生产力,使人们的主要精力投入对未知的探索。这里我们主要谈谈工业智能化,比如时下的风口:传统工厂的智能化升级改造,涌现出一批在自动化管理SaaS、工业设备诊断、工厂自动运维的AI+科技公司。在不久的将来,一大批传统制造业的生产工人、运维人员、服务人员将作为落后生产力被淘汰,对个体而言这很不幸,但这一趋势不以人的意志为转移,只是时间早晚的问题。当足够多的工厂、工业设备实现智能化和网联化并构成物联网(IoT),将产生一个新世界。当中国20年互联网红利逐渐褪去,未来只会形成相互收割的存量竞争局面,而物联网将成为是下一波红利的入口。当然我们必须认识到,工业智能化还处在发展初期,必须首先解决温饱问题,即如何为工业生产真正创造可量化的价值,目前大多数案例还处在“面子工程”阶段,把智能化和“智能大屏”划等号,把数据挖掘和数据可视化划等号。随着竞争的加剧和认知的提升,市场会逐渐回归本质。

03智慧+新能源

最后谈谈智慧与新能源的结合。智慧新能源涵盖的范围很广,是搭一个大框,可以装的东西太多,这里以汽车为例,谈谈智慧新能源汽车。一般说到新能源汽车智能化,人们首先想到自动驾驶,再往上还有智能网联。智能驾驶以解放人类双手双脚为目标,最终消除司机这个职业。另一个容易被忽略的是动力系统的智能化。对传统车而言,车辆一旦出厂,动力系统的参数、性能就无法再更改了。一张张标定好的MAP实际上定义了动力系统。在智能化时代,新能源汽车动力系统具有更多可能性。

底层的发展方向是多元感知和深度感知,在动力系统中构成多传感器融合。目前的电池PACK能够感知的信号仅限于电压、电流和有限的温度,远远不能满足电池状态感知的要求。开发成本更低、体积更小的电芯级和PACK级传感器,结合无线信号传输技术在车载边缘计算模块中进行融合运算和云端交互。多传感器信号能够帮助我们以数字孪生的形式重构并在线跟踪电池包的状态,帮助控制系统做出正确决策。

云端的发展方向是AI+动力系统大数据。车载控制器实现了实时与高频控制,云端平台则从横向——车辆群和纵向——时间序列出发,提取更丰富、更不易察觉的信息。动力系统数据是用户性格的投射,反映了用户的驾驶习惯、用车习惯等等,可以帮助我们深入用户内心。动力系统数据也是三电运行情况的白皮书,所有的异常、故障、寿命、安全都可以通过破译数据密码得到:data-driven是实现智慧运维的最佳路径。动力系统参数和性能的全生命周期管理的实现路径和所需决策支持,也离不开数据密码的破译。

不论是多元感知系统构建还是数据驱动密码破译,依赖于一个共同的基础——对物理化学机制的融合,即第一性原理。对新能源系统而言,底层逻辑是对电池运行机理的深刻理解。如果架空了电池的物理化学原理,那么无论是传感器还是AI,最终都只能是空中楼阁。同样的道理还适用于其他的新能源系统,比如各种类型的储能系统、电动船舶等。智慧和新能源是一个硬币的两面,相互融合、螺旋前进,谁也离不开谁,使人类的能量利用迈入一个崭新的纪元。


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