融入未来能源系统，电池发挥新价值

在《第三次工业革命》一书中,经济学家里夫金描绘了一幅新工业革命的图景:互联网信息技术与可再生能源的融合,将为第三次工业革命创造强大的基础,而电动汽车存储和消纳间歇式能源、通过智能电网分享和交易电力,将成为第三次工业革命的一大支柱。

这样的图景并非空中楼阁,今年全国两会期间,新能源行业代表的普遍预测是:2030年,可再生能源发电占比将超过20%。中国光伏和风电成本己经完全具备大规模推广条件,但储能是瓶颈,要靠电池、氢能、电动汽车等来解决;电动汽车与可再生能源结合成为真正的新能源汽车,还能够支撑整个能源系统碳减排。要实现这样的战略,动力电池企业作为汽车动力和能源存储的双重属性必然要同时发挥作用。

动力电池产业新业态探索

越来越多的车企和电池企业开始意识到,汽车电动化变革,绝不能仅仅局限于汽车产业本身,同时要考虑与能源体系的协同和融合。而要打通这一步,其密钥在动力电池。

电动汽车进一步走向C端,必须要考虑动力电池作为能源存储的价值,并通过商业模式创新和技术赋能让其充分“变现”。只有充分释放电动汽车的智能终端属性和能源价值属性,才能真正撬动起未来产业巨变。

早在2016年,日产就开始在荷兰、丹麦、英国、德国等多个国家试水V2G(电动车到电网)技术。2018年,日产对外发布用于建设EV生态系统的V2G解决方案Nissan Energy,并在去年连同远景科技集团以及欧洲多家电网公司展开更多技术尝试和商业探索。

通过V2G技术将电动汽车与电网连接,不仅可以实现车主向电网出售电力能源,更为关键的还有,可以将电动汽车作为分布式的能源,通过参与调频、调峰等来平衡电网负荷。从而发挥电池全生命周期的潜能,解决消费者对于电动汽车成本高、保值率低的痛点,同时能对于电网形成协同发展。

这样的探索与中科院院士欧阳明高此前在多个场合的呼吁不谋而合。中科院院士欧阳明高曾在多个场合强调,“动力电池能源化”是大势所趋。新能源汽车一定要与能源革命同步推进。动力电池既是电动车革命的核心,也是能源革命的新一代存储载体,会通过智能化的电网彼此相连,重要性自然不言而喻。

动力电池能源化角色转换

近年来,以宁德时代、远景AESC等代表的电池企业开始“觉醒”,认识到动力电池多元价值属性,不再单纯停留在汽车动力系统供应商的定位,而开始逐步尝试扮演能源服务商的新角色,更深维度参与到汽车革命之中。

年初,宁德时代与新能源终端运营商百城新能源设立合资企业,业务涉及新能源科技、电池科技、新能源汽车充换电设施建设运营等。业内猜测,其目的就在于前瞻布局电池及充电服务后市场。

另一家动力电池企业远景AESC在这方面的布局要更早,其母公司远景科技集团从风力发电起家,在风电装备制造行业以及可再生能源项目的设计、投资、建设及运营方面积累深厚经验与优势,同时也在分布式能源、智能电网、储能技术、控制技术、电力现货交易平台等领域进行了积极的探索和实践。

早于去年收购日产AESC之时,远景就明确对外提出,要让电动汽车参与碎片化的可再生能源系统,提供智能动态平衡,以此推动清洁能源与新能源汽车行业的共同发展。

为此,远景正在欧洲开辟新的业务,远景AESC中国区总裁赵卫军介绍,远景在巴黎成立了全球卓越中心(Center of Excellent),专门针对智能电网、充电、V2G等领域进行技术研究与商业价值探索。

之所以将新业务落地到欧洲,最主要的考量在于,欧洲的电网市场化程度足够高,尤其是在辅助服务市场上更为开放,因此具备了将电动汽车电池储能价值在电网辅助服务中变现的场景。

根据欧盟发布的至2030年综合能源系统研发路线图中,也明确提出了要建立实现电动汽车智能充电及V2G的技术及系统灵活性,这是欧洲构建深度电气化、广泛数字化、完全碳中性的循环经济愿景的重要组成部分。

在荷兰和西班牙,远景跟日产Leaf以及当地电网公司展开合作,通过将电动汽车、储能、退役动力电池、充电桩等硬件设施连接到由远景提供的EnOS™智能物联操作系统作为云端协同平台(Crowd Balancing Platform),通过自研电价预测和运筹优化,平台对充电桩等用能设施进行策略优化并实时控制,参与电网竞价,为电网提供辅助服务。根据运行测算,每个Leaf用户,每年可以获取可观的受益。

“电动汽车用户可能只用到电池20%的SOC(电池负荷状态),离它真正的生命终结还有将近80%的价值被锁定,没有被释放出来。这 80%的价值可以通过与电网及储能的链接充分发挥出来,并产生实际收益。”

远景AESC中国区总裁赵卫军表示,汽车动力电池,如果参与到电网的惯量响应和一次调频这种付费的辅助服务中,电池成本在现有工艺不变、制造不变的情况下能够降低三分之一,这三分之一主要不是它的成本降低,而是得益于全生命周期的价值实现,这个成本可以由电网来买单。

更为重要的还有来自电网侧的潜在需求。一旦电动汽车大规模启动,电网必然面临巨大的用电负荷,如何来化解这种压力,就必须要发挥电动汽车的能源存储价值。

根据远景AESC给出的数据,到2025年,发电侧储能空间大概会有100GWh,而来自于纯电动汽车的电池至少要600GWh,动力电池的保有量远大于发电侧电池保有量,电力系统的动态平衡,极大可能需要靠电动汽车来协调。

以目前国内新能源汽车的保有量来测算,假设平均每辆车电池容量50千瓦时,310万辆纯电动汽车充满电需要1.55亿千瓦时,按每辆车传输70%的电量给电网计算,则每天可贡献1.085亿千瓦时,每年可贡献约396亿千瓦时,这相当于可供北京、上海、广州三地1个月的城市用电总量。

所以远景AESC在切入动力电池领域时,并没有单纯地定位为电池系统供应商,而是还提出将来要扮演电池能源服务角色,实现电动汽车与可再生能源体系的动态融合。

远景AESC的能源服务样本

真正实现能源服务的角色扮演,并非一蹴而就,需要电池企业的产品开发(电池的智能化设计及制造)、软件能力(底层操作系统构建)、系统建构(与能源系统的融合)等方面做全面的准备。

目前来看,在加入到能源服务队列时,远景AESC至少在三方面具备明显优势。一是其本身的能源企业基因,二是其在电池领域的经验积累和智能化创新,三则是基于其推出的智能物联操作系统EnOS™。

远景在收购日产AESC之前,已经在风电和储能领域积累多年,对比其他动力电池企业,本身具备能源企业的基因。

在电池的智能化设计及制造上,远景AESC结合过去电池领域的经验和洞察,建立数字化开发流程与测试验证体系,在电池设计的每一个关键环节都以设计测试原型制作仿真模型形成小闭环,进而及早识别风险,提高设计效率,缩短开发时间。

在制造方面,远景AESC对MES(制造执行管理系统)在各个工序的制程控制、工艺控制、信息流的打通、数据收集的全面性等方面有比较高的要求。对于电池设备以及工艺过程都是进行实时监控,达到对电芯质量、制程数据的快速双向反馈,并对设备反馈的异常参数做出及时的预警与调整。

除了在智能电池领域的储备,更为重要的还有,远景拥有一套智能物联操作系统EnOS™。

以其在欧洲落地的V2G为例,EnOS™主要能力体现在四个方面,一是电网和电池充放电本身的运行和控制策略,二是机器学习的算法及优化,包括对于动态电价的预测、电池SOH(电池健康状态)、SOC的预测以及用户的驾驶使用习惯和充电习惯等,三是物联网平台的设备接入,四是设备接入后的部署和算法优化。

赵卫军表示,基于电池和EnOS™操作系统的两者融合,远景正在不断抽象提炼电池在研发、制造、使用过程中所产生的数字属性,建立对电池全面的数字化感知。也只有掌握电池全生命周期性能状态的数字化感知,才能真正让电池融入到未来的能源体系,让电动汽车与光伏、风电等新能源发电做结合,使得能源互联网落地,真正实现能源动力电动化,能源生产低碳化、能源系统智能化。

可预见的是,不久的将来,越来越多的电池企业像远景AESC、宁德时代一样,将从单一的动力电池供应商,向能源服务供应商跨越。里夫金所描述的新工业革命图景,也将在不久的将来落地中国。