探索能源行业的“摩尔定律”——储能技术是能源数字化的关键

导言：一旦储能技术被突破，芯片技术可能会应用到能源网络中，能源行业也可能会找到自己的摩尔定律

随着双碳目标越来越成为全社会共识，关于如何实现双碳目标，目前的讨论正逐渐从退却和概念层面转向务实和技术层面。在这个过程中，逐渐形成了几个基本共识：1、电力将是未来零碳社会最重要的能源形式；2、以风、光为代表的低碳能源占比需要显着提高；3、能源生产、传输和使用效率要不断提高；4、能源消耗需要控制，但减碳不等于节能，能源成本要持续下降减少；5、@ > 能源网络的数字化是必不可少的。

这些基本共识不难理解，但要实现这些目标就像“把大象放进冰箱需要三个步骤：开门、放入、关门”的经典问题，说起来容易比完成。许多学者和科学家也提出了多种实现二碳目标的可能路径。

在芯片设计解决方案领军企业新思科技全球高级副总裁、新思科技中国区董事长兼总裁葛群看来，将能源管理、数字化建模能力复制到能源领域寻找能源行业的“摩尔定律”，不仅为能源行业的结构性变革提供了加速，也为双碳目标的实现带来了巨大的助力。

芯片和双碳的相关性似乎有限。但双重碳目标的基本逻辑是生产更清洁的能源，更有效地传输能源，更智能地使用能源。而这些都是芯片设计几十年来一直在做的事情。葛群打了个比方，“一个芯片集成了几十亿或上百亿个晶体管，一个晶体管相当于一个单位的用电量，一个芯片相当于一个大规模的能源网络。实际上，在能源方面消费模型，现实中一个晶体管的复杂度超过了一个家庭，现在我们在优化每个晶体管的能耗，未来同样的能力也可以用于能源网络，只是单位从微瓦变成了瓦特和千瓦。”

要实现这种能力迁移，需要解决许多技术障碍，但从基本模型的角度来看，能源网络和芯片的设计确实有很多契合度，可以从芯片技术中汲取灵感和经验。

碳减排不等于节能

在双碳目标之初，很多人都将其理解为一种环保措施。事实上，二碳目标远大于环境目标，环境目标通常需要额外的成本才能达到更好的状态，而前者让人们可以不受限制地使用更便宜、更清洁的能源。如果控碳简单地等同于限制高碳能源的生产，必然会导致体育减碳等问题，对人类的生活和生产产生巨大的负面影响。尽管过去一年欧洲能源危机和中国停电的原因很复杂，但激进的减碳措施的影响是无法避免的。

回顾文明史，人类社会的进步意味着更多的能源消耗。原始社会使用天然可燃物，农业社会使用木柴，早期工业社会使用煤炭，成熟工业社会使用石油和天然气。人类社会的每一次重大飞跃都始于能源形式的改变。未来的零碳社会也将需要更新形式的能源来满足更多的能源需求。仅通过限制高碳能源的生产和使用是不可能实现这一目标的。

实现这一目标，有两条可行的路径，一是加快能源结构重塑，降低高碳能源比重，提高低碳能源比重；二是提高能源利用效率，实现零碳电力。

将能源转换为电力是目前最先进的唯一方法。因为只有电是多源的，所以只有电可以联网、精准控制，只有电可以通过零碳方式直接生产。然而，人类想要实现零碳电力，难度超乎想象。欧洲的能源危机、中国的停电、德州的停电，都证明我们距离能源自由还有很长的路要走。在能源自由之路上，可再生能源发电、储能、能源网络数字化等技术难题等待人类攻克。

Synopsys 对整个能源数字化路径进行了深入研究，得出的结论是，在这些技术挑战中，储能技术的优先级最高，对整个能源网络的影响最大。

储能——零碳社会的第二个脉搏

很多人都在谈论能源网络的数字化，并认识到数字化是实现零碳目标必不可少的前提，因为只有数字化才能实现能源的精确控制和高效利用。但在当前的能源网络中，数字技术的应用是碎片化的。许多物联网技术和智能控制技术广泛应用于发电、输电和用电设备，但整个能源网络的数字化程度不高。主要瓶颈是当前能源网络缺乏智能储能。链接。

储能对于整个能源网络的数字化有多重要？它相当于一个芯片中的数据存储。数据存储与数据生产、数据传输和数据消费一样不可或缺。在当今以芯片为中心的数字系统中，数据存储的容量、速度和安全性是任何计算任务得以实现的先决条件。只有高速、高可靠性的数据存储才能支持当今庞大而复杂的数字应用。

传统电网的储能容量很小。一个只有电力生产、传输和消费的电网就像一个模拟芯片，只有数据的生产、传输和消费。它只能完成一些像手持计算器这样的简单任务，几乎不能承担任何智能应用。智能运营是下一代能源网络的重要特征。为了实现这一点，需要更先进的能量存储。如果储能环节是整个系统的短板，将难以进行有效的智能网络优化技术成熟的能源，无法真正实现能源网络的数字化。

葛群说，“储能相当于能源网络的数字化，没有储能能力，即使是最先进的能源消费模式也无法使用。”

说储能一定要提到锂电池也是一种误解。锂电池作为能源网络“最后一公里”的动力电池非常称职。然而，对于大规模的能源网络，锂电池并不是最好的储能方式。安全风险高、循环寿命短、环境适应性差、储能成本高。

多位储能技术专家向《财经》十一人介绍，储能技术非常多样化。成熟的技术包括抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能和铅酸电池。比较成熟的技术包括锂电池、液流电池和超级电容器。此外，还有燃料电池、热能储能、熔盐电池等，各种储能技术的响应时间和应用场景各不相同。

目前，储能投资不足的短板正在改善。例如，北京冬奥会保障电力的储能产品就是液流电池之一。该类型电池的技术特点对电网级储能和风能、太阳能并网有较好的适应性。

在未来的储能技术发展中，芯片发展的经验值得借鉴。在芯片的发展过程中，数据存储本质上是多样化的。芯片内部有多级缓存，还有内存、固态硬盘、机械硬盘。同时，磁带这种看似古老的技术，依然具有强大的生命力。由于数据存储需求各不相同，因此每种存储技术都有其最佳用例。在储能技术的发展中，也应该遵循同样的方式。储能绝对不等于锂电池，甚至储能也不等于电池。即使是抽水蓄能等古老的储能方式，也能在能源网络数字化过程中发挥更大的作用。

未来能源网络中的储能技术应满足哪些条件？葛群提出了四个标准：极安全、易获取、数字化、大容量。

它非常安全且易于理解。安全是电网级储能技术的前提。电网级储能规模大、能量高。一旦出现安全问题，后果不堪设想。据不完全统计，仅2021年，中国、韩国、澳大利亚、美国等国就将发生近10起储能电站事故，其中多起多日燃烧甚至爆炸事故。这些都属于预警储能领域，安全是第一要务。在现有技术下，在储能场景下，锂电池的安全性堪忧。

Easy Access 在之前关于储能技术的讨论中没有过多讨论，但它实际上非常重要。根据目前对未来能源网络的判断，储能规模将是天文数字，对原材料的需求也将是巨大的。如果储能技术所需的原材料不容易获得，储能技术的实施将是不可能的。锂电池所需的锂资源储备有限，中国企业主要依赖进口锂。过去一年碳酸锂价格暴涨了十倍。

易得还有另一个含义，即储能技术易得、易产业化、适应多种环境、可广泛应用。储能技术部署的难易程度直接决定了能源网络数字化的深度。只有将储能技术向前部署并贴近用户，才能拓展能源网络数字化的运行空间，惠及更多用户。

数字化水平是储能技术的代际符号。例如，抽水电站和飞轮储能等传统和成熟的储能技术如果具备数字化能力，就可以为未来的能源做出贡献。网络，发挥更大的作用。

大容量更好理解。以电脑为例，谁不想要内存越大越好，硬盘越大越好，存储容量越大越好。同样在能源网络中，储能容量越大，能源网络的优化空间就越大。限制是成本，包括储能技术和产品本身的成本，以及储能部署所涉及的土地等周边成本。

在芯片领域，技术的不断演进不仅可以提高性能，还可以每18个月降低一半的成本。相信随着储能技术的不断发展，能源行业也会找到自己的“摩尔定律”。虽然它的发展速度不会与半导体行业完全一样，但它可以引导行业所有相关方朝着同一个目标前进。

储能技术已成为全球技术竞争的重要领域。 2022年2月7日，白宫发布《美国创新技术与国家安全》，美国国家安全委员会和国家科学技术委员会发布最新版《关键与新兴技术（CET）清单》 ，新增五项新技术，其中包括可再生能源发电和储能技术，未来美国将严格限制此类技术的出口。

国家发改委近日印发的《“十四五”新能源储能发展实施方案》明确，到2025年，新能源储能将进入规模化发展阶段。商业化初期，具备大规模商业应用的条件； 2030年，新能源存储将全面市场化。可见，政策、市场、技术等领域已经形成共识——多元化储能是能源网络数字化的重要基础设施。而基础设施问题解决后，能源网络又能爆发出怎样的发展潜力？

探索能源行业的“摩尔定律”

科技界人士对摩尔定律非常熟悉。近年来，摩尔定律无效的说法一再被提及，被证伪的一再。如今，摩尔定律在芯片领域依然有效，整个芯片产业链都在努力延续摩尔定律技术成熟的能源，这使得芯片性能还在不断提升。

在储能技术取得突破并成功实现产业化降低储能系统成本后，能源网络数字化的影响是否会类似于摩尔定律，零碳能源占比翻倍，能源价格继续下跌？这是一个美好的愿望，理论上是可行的。有专家指出，在原材料涨价前，锂电池全生命周期的千瓦时成本约为0.5元至0.6元。未来，在更多储能技术全面突破并成功上市后，每千瓦时成本可控制在0.3元-0.4元甚至更低。

新思科技的技术专家之所以选择能源网络作为数字化延伸的方向，是因为他们发现一旦储能技术发展起来，建模、计算和优化能力可以在能源网络中快速复用，提高能源利用效率，提高廉价风能和太阳能的比例，实现能源成本持续降低的目标。

新思科技与多家大型发电、输变电企业开展数字化合作，完成发电、输变电、用电建模。但由于储能能力不足，所有能源都必须开箱即用，模型难以优化，很多设备只能看到工作在低效状态，而数字化的能源网络无法真正实现。

这也是芯片领域的龙头企业关注并强调储能重要性的原因。葛群强调，只有满足源、网、荷、储四个条件，数字能源网络才处于完整状态，摩尔定律的加速器效应才能在能源网络中激活。 （《财经》尹璐）