中国储能网讯：“储能应用模式和价值本质上取决于是否能够以更经济的方式促进电力系统平衡。相信储能在成本上会有非常大的下降空间。同时，用户侧储能要想发展，需要更加开放的态度和更加开放的技术，希望储能行业通过在技术方面的探索实现未来用户侧储能的效益更好提升。”

8月25-26日首届全国用户侧储能细分市场开发与应用高层研讨会在江苏无锡太湖饭店召开。会议由江苏省电机工程学会、国网江苏省电力公司电力科学研究院、全国微电网与分布式电源并网标准化技术委员会、中国化学与物理电源行业协会储能应用分会联合主办。会议吸引了国内近400位学术、行业专家及企业高层代表参会。国网江苏省电力公司电力科学研究院电网技术中心副主任袁晓冬在本次会议上,就“和储能相关的那些第一性原理”发表演讲。

演讲全文如下：

袁晓冬：今天我演讲的题目是《和储能相关的那些第一性原理》。我们先看一下到底什么是第一性原理。

要解释这个事情我想先从一个故事来讲大家会更容易理解，就是飞行的故事。我们人类在一开始很早的时候看到鸟能够自由飞翔，人类就产生了要去探索飞行这样的目标，但是最早我们看到鸟都是通过翅膀扑扇的方式在飞，所以我们当时做了很多这样的模型去尝试飞行。但是我们也知道这个模型最后是没有任何结果，而这一类人最早我们就被定义为鸟飞派。根据鸟怎么飞然后去研究人怎么飞，这是在这一块尝试的失败。后来我们把这个事情又往前推，我们看到鸟之所以能飞行的一个原因是因为空气动力学，翅膀在扑扇的过程当中提供了两个力，一个是利用了空气的浮力，利用了鸟在振动的时候产生的推力，人要飞行的话把这两个力分开解决就行了，浮力是最重要的。由于掌握了空气动力学之后，我们再往后的研究大家知道，后来我们发明了飞机，我们所有的飞行后面都是基于飞机来的。而飞机的翅膀和鸟的翅膀是不一样的，但是飞机也能飞，这就是我们把原理往前推了之后得到的结果，跟我一开始像鸟飞派这样的研究结果是不一样的。再往后看人类要想飞得更高、探索更广阔的天地，我们发现空气动力学也不一定够，因为可能在大气之上没有空气。再往前归因，我们发现这个要归到万有引力上，再往后我们研究了火箭，这完全是靠克服万有引力完成的飞行。所谓的第一性原理本身就是用演绎的方法去把事情往前推，然求找到问题最开始的元起点，然后从这个元起点开始再往后做相应的研究，通过这个研究得到相应的结论，这个结论从数学上来讲应该是更完备空间选型。这就是第一性原理本身的应用。

第一性原理从人类所有知识领域应用已经是非常广泛和普遍的，只是大家平时局限在电力系统、储能行业对这个东西理解没有那么深，其实许多人类取得的成果精华，都是从这些第一性原理开始的。

因为储能最终目标是用在电力系统当中，所以我今天第一个要探讨一下电力系统当中第一性原理是什么。我想在座各位应该对这个结果80%的人都能猜到，电力系统的第一性原理就是平衡。

我们看一下电力系统的平衡到底是怎么回事，我们电力系统始终处在发电和用电平衡的状态当中，在这张图上我们看到，中间这个电如果是交流系统的话会是50赫兹，如果是推广到更广可能是直流系统的话，没有频率的事情，所以我把频率的点拿掉了。我们看电力系统的平衡把这个问题拆开来看的话，其实是一个在时间维度上相对来说几件事情的平衡，这里面包括了瞬时平衡、短时平衡和时段平衡。瞬时平衡如果最简单来看无非是两个，一个是电压的平衡、一个是频率的平衡，然后转到电力系统问题的话可能包括频率稳定、电压稳定和电能质量，在毫秒级和秒级实现瞬时平衡，所有的事情其实都是归在瞬时平衡当中。第二类是短时平衡，从秒级到分钟级再往上，这个级别平衡在电力系统当中比较容易理解，像我们的旋转备用，如果是系统发生短时间的缺额之后历史能调出来的这部分内容就是短时平衡。还有时段平衡，我这边列的不是非常平衡但基本上应该是小时级再往上到天、周或者到月的平衡叫时段平衡，这是时间层面上。

另外还有空间平衡维度。实际上还有一个角度比如说居民家庭层面的平衡、楼宇层面平衡、微电层面的平衡到大电网层面的平衡。我们所谓储能任何一个应用其实都是在原来电力系统的时空任何一个平衡点上，一旦加进了储能应用我就是把这个平衡点变成了一个平衡的区域，因为储能有时间和空间的调节能力，其实我这个模型最后就认为所有的储能应用都是在我原来的二维空间上任何一个焦点去找。我们做任何一件事情都会有一个代价，我们看一下如果从平衡的角度来讲，这几条结论应该是能够成立的，一个是储能在电网中应用都是基于时空平衡需求。第二个就是储能参与以后，原来电力系统平衡的问题变成由点平衡的问题转成面平衡的问题，这个面我到底是选储能的方案还是电力系统其他解决的方案完全取决于在这个点上，每个点都有一个代价，我在能够构成的面上对应整个代价整合是高还是低，如果更低的话这个就是推广前景应用。

这个应用也是有一些使用场景的，比如说环保家庭，这是特斯拉提出的新能源加储能整体解决方案。我们看一下在这个解决方案里面，其实是考虑到了Home级别的平衡，从空间上来讲的话是千瓦级的平衡。如果从时间上来讲家庭要用储能和分布式能源做一个平衡的话，可能考虑从秒级一直到天甚至到周的平衡，因为这个考虑是认为电动车和储能这些设备都可以在家里面提供能源，所以这种模型其实就是在我们的时空平衡上的结果。

我们看另外一个，江苏这两年正在大力开展的三大重点工程援助和互动，其实我们也比较容易理解是在小时间尺度上追求有效平衡，平衡是在空间上是广域空间。比如说江苏省或者苏南要实现平衡，这个问题电网实现代价是比较高的，所以我们也是创新举措利用了可控负荷，里面包含了一部分的可控储能，用更低的代价实现了电网原来比较难实现的事情。

在电力系统的第一性原理总结来看，储能应用模式和价值本质上就是取决于是否能够以更经济的方式促进电力系统平衡。电力系统再往外延看一下其实也是属于物理学当中的分支，抛开爱因斯坦的物理学之外，经典的物理学也有第一性原理。依从这个再推一下储能应用上还有没有什么大家可以发现的其他东西。经典物理学第一性原理其实是原子论，就是牛顿的体系，所有的东西都可分割然后可以通过经典物理模型做推导、叠加。特斯拉的马斯克对这个理论研究得是非常透彻的，他现在做的事情都是通过这个理论支撑的。特斯拉还做了对储能价格的评估和最终把储能价格做下来的事情，其实也充分利用了第一性原理。不知道在座各位有没有很了解特斯拉现在能把储能价格做到多少。国内看了很多调研报告和数据，我们认为储能价格还是偏高，我们来看一下现在他们把储能价格做到多少。他们的问题这么分析，他认为储能无非从原子论角度来讲拆开来就是碳、镍、铝、钢以及分离的高分子，如果在伦敦交易所购买的话只需要82美元，这里面的差无非是技术壁垒和人类工作当中造成额外附加成本导致价格偏高。最新公布的成本做到了125美元每千瓦时，这个价格远低于大家平时分析的储能价格，而且这是前不久刚刚公布的数字，所以我们相信其实储能在成本上往下走空间还是非常大的，至少已经有人走到了前面。

我们看一下基于现在讲到的经典物理学原子论的第一性原理，我们怎么样理解跟我们储能最相关的，也就是大家讨论得最多的光加储的模式未来有没有推广前景。

这个模式最近美国的洛矶山研究所也是做了相应的研究报告，里面的结论也不是特别清晰，分了两条线推出了两个可能的走向，我只是通过第一性原理分析一下。我们可以看到光伏和储能这两样东西如果加在一起，现在有哪些问题我们还是猜不透的。一个是大家会觉得光伏总量够不够支撑能源需求，另外是光伏转化效率太低，有没有可能提升。另外还是觉得虽然降了这么多但还是贵，因为光本身我们知道是零边际成本的能源，如果组件和建设成本足够低的话，那这个能源是有更大的竞争性可以替代传统的能源，这里便不便宜非常关键。还有就是储能，大规模出储能有没有可能性，这里面也提了两个相反，一个是C2G的潜力到底有多大还有我们看一下有哪些储能是能够进一步发展的。

首先我们看一下光资源总量，其实有些数字大家不知道有没有关注过，整个太阳照到地面上单位面积的光能量是1366瓦每平方米，这个量是什么概念？大家可能没数。我们再来看一下，江苏电网现在是全国负荷密度最大、电网规模最大的省级电网，江苏是10.72万平方公里，2017年我们的最高负荷是1.02亿千瓦。如果按这个值来算落到江苏地面上的量密度需求大概每平方米是小于一瓦的。太阳光照下来的能量是1366瓦，这里面有一个巨大差距。当然这是一个推问，因为有大量面积我们是不能用的，但是不是真的不能用也值得商榷。还有就是麦当劳如果开店店铺单位面积能量需求是80瓦每平方米，如果我们想麦当劳顶层铺光伏，按现在光层转化效率是20%来看，可能铺两三层就能够满足整个能量需求，这是可以平衡的。还有就是太阳能转化效率现在在20%，这个点上相对是极限值，这个点没有可能突破。

我们再来看一下在光伏领域比较新的技术。这是2017年麻省理工大学全球十大突破技术之一，就是对太阳能光伏转化效率提升的技术。我们知道原来光伏发电原理是通过光生伏特效应，但是在整个太阳能量照到光伏板上的所有能量中来看，以硅为例能系是1.1个伏特，还有一部分能量是紫外。因为能量太高一下子能把电打上两个价位。原来所有光伏现在利用的部分是黄蓝光和一部分红外线的光，这部分能量理论极限是32%。现在新的光伏技术在原来光伏之上加了一个纳米管吸收器具，再加