導語：一旦儲能技術得到突破，芯片技術就有可能應用于能源網絡，能源行業亦有可能找到自己的摩爾定律
隨著雙碳目標越來越成為全社會共識，對于如何達成雙碳目標，現在的討論也逐漸從務虛和概念層面轉向務實和技術層面。在這一過程中，逐漸形成了幾點基本共識：1、電力將是未來零碳社會的最主要能源形式；2、以風、光為代表的低碳能源占比需大幅度提升；3、能源的生產、傳輸和使用效率要持續改善；4、能耗需要控制，但減碳不等于減能，且能源成本應繼續降低；5、能源網絡數字化必不可少。
這些基本共識都不難理解，但想要實現這些目標卻如同“把大象裝進冰箱里需要打開門，塞進去，關上門三個步驟”這一經典問題一般，知易行難。眾多學者和科學家也紛紛提出了多種雙碳目標的可能路徑。
在芯片設計解決方案龍頭公司新思科技（Synopsys）全球資深副總裁、新思中國董事長兼總裁葛群看來，將芯片設計領域多年來積累的能耗管理、數字建模能力復制到能源領域，以尋找能源行業的“摩爾定律”，不僅為能源行業的結構變革提供加速度，更會給雙碳目標的達成帶來巨大助推力。
芯片與雙碳，看似關聯度有限。但雙碳目標的根本邏輯是更清潔地生產能源，更高效地傳輸能源，更聰明地使用能源。而這些都是芯片設計在過去幾十年一直在做的事情。葛群做了一個類比，“一顆芯片上集成了幾十億、上百億的晶體管，一個晶體管就相當于一個用電單位，一顆芯片就相當于一個規模龐大的能源網絡。實際上在能耗模型上，一個晶體管的復雜程度超過現實中一個家庭的用電模型。現在我們是優化每個晶體管的能耗，今后同樣的能力也可以用于能源網絡，只是單位從微瓦變成了瓦和千瓦。”
想要實現這種能力遷移，還需要解決大量技術障礙，但從基本模型上來看，能源網絡與芯片設計的確具有很多契合點，可以從芯片技術中汲取靈感與經驗。
減碳不等于減能
雙碳目標提出之初，很多人都將其理解為一種環保舉措。事實上，雙碳目標遠遠大于環保目標，后者通常需要花費額外成本才能達成更好狀態，前者則讓人們可以不受限的使用更便宜的清潔能源。如果將控碳簡單等同于限制高碳能源的生產，就一定會引發諸如運動式減碳等問題，會對人類的生活和生產帶來巨大負面影響。過去這一年發生的歐洲能源危機、中國拉閘限電現象，雖然成因復雜，但其中激進減碳措施的影響不容回避。
回顧文明史，人類社會的進步就意味著更多能源消費。原始社會使用天然可燃物，農業社會使用木柴，早期工業社會使用煤炭，成熟工業社會使用石油、天然氣，每一次人類社會的大跨越，起點都是能源形式的改變。未來的零碳社會，也必將需要更新的能源形式來滿足更多的能源需求，只依靠限制高碳能源的生產和使用，是不可能達到這一目標的。
想要實現這一目標，有兩個切實可行的路徑，一是加速重塑能源結構，降低高碳能源占比，增加低碳能源占比；二是提升能源使用效率，實現零碳電能。
將能源來源切換至電能為主是目前技術狀態下的唯一方法。因為只有電能是多種來源的，只有電能可以進行網絡配置，精準控制，也只有電能可以使用零碳方法直接生產。但是，人類想要實現零碳電能，困難超乎想象。歐洲能源危機、中國拉閘限電、美國德州大停電都證明，我們距離能源自由還有很長的路。在通往能源自由的路上，可再生能源發電、儲能、能源網絡數字化等技術難題等待著人類去攻克。
新思科技深入研究了整個能源數字化路徑之后得出判斷：在這些技術挑戰當中，優先級最高、對整個能源網絡影響最大的是儲能技術。
儲能——零碳社會的任督二脈
很多人都在談能源網絡的數字化，并且公認數字化是實現零碳目標的必備前提，因為只有數字化才能實現能源的精準控制與高效使用。但在目前的能源網絡中，數字化技術的應用是碎片化的。很多物聯網技術、智能控制技術都在發電、輸電和用電設備中廣泛應用，但整個能源網絡的數字化程度卻并不高，其中最主要的瓶頸在于當前能源網絡缺失智能化儲能這一重要環節。
能源存儲對于整個能源網絡的數字化究竟有多重要？它就相當于數據存儲在芯片中的地位。數據存儲和數據生產、數據傳輸、數據消費一樣不可或缺，如今以芯片為核心的數字系統中，數據存儲的容量、速度、安全性是任何計算任務得以實現的前提，而正是高容量、高速度和高可靠的數據存儲，才支撐了當下龐大復雜的數字化應用。
傳統電網幾乎沒有能源存儲能力。僅有電力生產、傳輸和消費的電網，就如同一顆只有數據生產、傳輸和消費的模擬芯片，只能做一些手持計算器那樣的簡單工作，幾乎無法承擔任何智能化應用。而智能化運營是下一代能源網絡的重要特征。為了實現這個目的，需要更先進的能源存儲。如果儲能這個環節是整個系統的短板，那么就難以進行有效的網絡智能優化，能源網絡的數字化就無法真正的落地。
葛群比喻說，“儲能就相當于能源網絡數字化的任督二脈，缺少了能源儲存這一能力，再先進的能耗模型也無法施展。”
現在言儲能必提鋰電池也是一個誤區。鋰電池作為能源網絡“最后一公里”的動力電池，是很稱職的。但對大型能源網絡來說，鋰電池實在不是最佳儲能方式，其安全風險高、循環壽命短、環境適應能力差，儲能成本居高不下。
多位儲能技術專家向《財經十一人》介紹，儲能技術非常多樣化。成熟技術有抽水蓄能、壓縮空氣儲能、飛輪儲能、鉛蓄電池等。較成熟技術有鋰電池、液流電池、超級電容器等。此外還有燃料電池、熱儲能、熔融鹽電池等。各種不同的儲能技術有著不同的響應時間和應用場景。
目前，儲能投入不足的短板正在改善。比如北京冬奧會上保障電力的儲能產品就是液流電池中的一種，這類電池的技術特點對于電網級儲能、風光能源并網都有更好的適應性。
未來的儲能技術發展中，芯片發展的經驗值得借鑒。在芯片發展中，數據儲存本來就是多樣化的，有芯片內部的多級緩存，也有內存、固態硬盤、機械硬盤，同時磁帶這種看似老舊的技術也依然有著旺盛生命力。因為數據儲存需求各不相同，每種儲存技術都有其最佳應用場景。在儲能技術的發展中，同樣應該遵循這樣的方式，儲能絕對不等于鋰電池，甚至儲能也不等于電池。即便如抽水蓄能這種古老的儲能方式，在能源網絡數字化的過程中，也可以發揮更大作用。
今后能源網絡中的儲能技術應滿足何種條件？葛群提出了四項標準：極安全、易獲取、數字化、大容量。
極安全容易理解，安全是電網級儲能技術的前提，電網級儲能的規模大、能量高，一旦安全發生問題，后果難以想象。據不完全統計，僅2021年，中國、韓國、澳大利亞、美國就發生了近10起儲能電站事故，其中不乏燃燒多日，甚至發生爆炸的案例。這些都在警示儲能領域，安全是第一位的，現有技術下，在儲能場景下，鋰電池的安全性堪憂。
易獲取在此前討論儲能技術時探討不多，但這一點其實非常重要。以目前對未來能源網絡的判斷，儲能的規模將是天文數字，對原材料的需求也巨大，如果儲能技術需要的原材料不易獲取，儲能技術的落地就無從談起。而鋰電池所需的鋰資源儲量有限，中國企業用鋰主要靠進口。過去一年，碳酸鋰的價格暴漲了10倍。
易獲取還有另一層含義，即儲能技術易獲取，容易產業化，適應多種環境，能廣泛部署。儲能技術的部署便利性直接決定了能源網絡數字化的深度，只有儲能技術可以向前部署，靠近用戶，才能擴大能源網絡數字化的操作空間，使之惠及更廣大用戶。
數字化水平是儲能技術的代際標識，比如抽水蓄能電站和飛輪儲能這些傳統且成熟的儲能技術如若有了數字化能力的加持，也能貢獻于未來的能源網絡、發揮出更大的作用。
大容量更好理解，以計算機為例，誰不想內存越大越好，硬盤越大越好，儲存能力總是多多益善。同樣在能源網絡中，儲能的容量越大，能源網絡的優化空間就越大。這其中的限制條件就是成本，包括儲能技術和產品自身的成本，以及部署儲能涉及的土地等周邊成本。
在芯片領域，技術的不斷演進不僅能夠帶來性能的提升，也能夠實現成本的“每18個月降低一半”，相信隨著儲能技術的不斷發展，能源行業也會尋找到自己的“摩爾定律”，雖然其發展速率不會與半導體產業完全一致，但可以指引行業內所有相關方共同朝著同一目標前行。
儲能技術已經成為世界技術競爭的重要領域。2022年2月7日，美國白宮發布《美國創新技術與國家安全》，美國國家安全委員會和國家科學技術委員會發布了最新版《關鍵和新興技術（CET）清單》，新增五項新技術，其中就有可再生能源發電及儲能技術，美國未來將嚴格限制對外輸出此類技術。
在國家發改委最新印發的《“十四五”新型儲能發展實施方案》中，明確了到2025年，新型儲能由商業化初期步入規模化發展階段、具備大規模商業化應用的條件；2030年，新型儲能全面市場化發展。由此可見，政策、市場和技術領域都已經形成共識——多樣化的儲能是能源網絡數字化的重要基礎設施。而在基礎設施問題解決后，能源網絡能爆發出怎樣的發展潛力呢？
探索能源行業的“摩爾定律”
科技界人士都非常熟悉摩爾定律，近些年摩爾定律失效的說法一次次被提起，又一次次被證偽，時至今日，摩爾定律在芯片領域依然有效，整個芯片產業鏈都在為延續摩爾定律而努力，這使得芯片性能還在持續提升。
在儲能技術獲得突破，并且產業化成功將儲能系統的成本降低后，能源網絡數字化帶來的影響是否也會如摩爾定律一般，零碳能源的占比不斷倍增，能源價格不斷下降？這是一種美好的愿望，理論上是可行的。有專家指出，在原材料漲價前，鋰電池的全生命周期的度電成本大約在0.5元到0.6元。未來，更多儲能技術全面突破后并市場化成功，可以把度電成本控制在0.3元-0.4元乃至更低。
新思科技的技術專家之所以選擇能源網絡作為數字化延伸的發力方向，就是因為他們發現一旦儲能技術得到發展，新思科技在芯片領域長期積累下來的建模、運算、優化能力，就可以快速在能源網絡中復用，提升能源的使用效率，增加廉價風光能源的占比，達成能源成本持續下降的目標。
新思科技已經與多家發電、輸變電大型企業進行數字化合作，期間完成了發電、輸變電和用電環節的建模，但因為缺乏儲能能力，所有能源必須即發即用，模型幾乎無法優化，只能看著很多設備工作在非高效狀態下，能源網絡的數字化無法真正實施。
這也是為何一家芯片領域的龍頭公司關注并強調儲能重要性的原因。葛群強調，只有在源、網、荷、儲四種條件兼備之后，數字化能源網絡才是完整狀態，才能在能源網絡開啟摩爾定律的加速器效應。
作者為《財經》記者 尹路
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本文標題：探尋能源行業的“摩爾定律”——儲能技術是能源數字化的關鍵
地址：http://www.tjyalang.cn/nengyuan/nydongtai/313847.html
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