電力作為最重要的人類(lèi)終端能源，大約占我們所消耗的能源的 19%，并且這個(gè)比例與日俱增，根據(jù)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)的預(yù)測(cè)，在 2040 年這個(gè)比例會(huì)達(dá)到 24%，同時(shí)大部分可再生能源也是通過(guò)電力的形式提供給人們使用。

國(guó)際能源機(jī)構(gòu)在 2018 年的世界能源展望報(bào)告里提到，對(duì)終端能源的電力化是脫碳和零排放最有希望的一條道路，電力由于其特殊的物理性質(zhì)無(wú)法存儲(chǔ)，因此儲(chǔ)能是電力變革的重要技術(shù)。

新能源電動(dòng)車(chē)、電力的削峰去谷、電力質(zhì)量的提高、氫能源的并網(wǎng)都與儲(chǔ)能技術(shù)息息相關(guān)，圍繞儲(chǔ)能的電網(wǎng)服務(wù)同時(shí)也有很多價(jià)值鏈，電網(wǎng)需要對(duì)電力的發(fā)、輸、配、用進(jìn)行管理。未來(lái)的電力管理從集中走向分布，這個(gè)變革需要儲(chǔ)能技術(shù)，同時(shí)也需要信息和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的人工智能技術(shù)。

電網(wǎng)經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段，從小規(guī)模電網(wǎng)到大規(guī)模電網(wǎng)到現(xiàn)在正在發(fā)展中的智能電網(wǎng)。電網(wǎng)是一個(gè)包括發(fā)電站、輸電網(wǎng)、配電裝備、控制和監(jiān)控設(shè)備組成的一個(gè)巨大的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。

上圖是北美東部互聯(lián)電網(wǎng)，在這個(gè)電網(wǎng)中間有三萬(wàn)個(gè)負(fù)載和發(fā)電節(jié)點(diǎn)和五萬(wàn)個(gè)輸運(yùn)相關(guān)的線路，這個(gè)電網(wǎng)橫跨了包括美國(guó)的 31 個(gè)州和加拿大的 5 個(gè)省，是一個(gè)非常復(fù)雜的動(dòng)力系統(tǒng)。

人工智能技術(shù)在電力系統(tǒng)方面有兩個(gè)應(yīng)用。

首先，由于電力系統(tǒng)非常復(fù)雜，我們很難用簡(jiǎn)單的方程對(duì)其進(jìn)行描述，人工智能可以幫助我們更好地理解電網(wǎng)的復(fù)雜動(dòng)力系統(tǒng)，提高電力的穩(wěn)定性、魯棒性和柔韌性。其次，我們可以通過(guò)人工智能的算法來(lái)更高效地對(duì)電力系統(tǒng)的資產(chǎn)進(jìn)行管理。

這個(gè)世界上有沒(méi)有一個(gè)高效的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可以給電網(wǎng)的設(shè)計(jì)提供借鑒呢？首先這個(gè)網(wǎng)絡(luò)必須是分布式的，有很好的柔韌性、非常穩(wěn)定、能夠?qū)﹂g歇性能源進(jìn)行調(diào)控。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)是存在的，就是我們的生物網(wǎng)絡(luò)。

經(jīng)過(guò)數(shù)億年的進(jìn)化，我們的生物體系形成了很多復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)來(lái)調(diào)控能量和信息的流動(dòng)，如基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)、蛋白質(zhì)互動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、新陳代謝網(wǎng)絡(luò)以及信號(hào)網(wǎng)絡(luò)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，我們的身體就是靠這些復(fù)雜的高效的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理和協(xié)調(diào)。

生物網(wǎng)絡(luò)，例如新陳代謝的網(wǎng)絡(luò)和智能電網(wǎng)有很多相似的地方，在比較這兩個(gè)系統(tǒng)時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)智能電網(wǎng)有不同的電力來(lái)源，同時(shí)在智能電網(wǎng)中有不同的能源形式存在，而我們的新陳代謝網(wǎng)絡(luò)，可以對(duì)不同的食物、不同的能量來(lái)源進(jìn)行消耗，這些能量消耗的線路都是耦合在一起的。

我們可以具體地比較智能電網(wǎng)和代謝網(wǎng)絡(luò)。

首先在智能電網(wǎng)中有很多間歇性可再生能源，在生物體系新陳代謝網(wǎng)絡(luò)中食物的攝取也是間歇性的，例如我們的糖分、碳水化合物。

其次，在智能電網(wǎng)中電力的來(lái)源具有多樣性，而生物體系中間食物的來(lái)源同樣也有多樣性。

同時(shí)兩個(gè)系統(tǒng)都有自己的傳感器以獲得系統(tǒng)的狀態(tài)，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，在生物系統(tǒng)中這個(gè)傳感器就是蛋白質(zhì)，例如酶、抗體、抗原等。

并且兩個(gè)系統(tǒng)都會(huì)有自己的信息網(wǎng)絡(luò)對(duì)能源進(jìn)行存儲(chǔ)和配送，而這個(gè)信息網(wǎng)絡(luò)的調(diào)控則是分布式的，儲(chǔ)能是實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)系統(tǒng)最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，生物系統(tǒng)用 ATP 三磷酸腺苷，而智能電網(wǎng)可以利用鋰電池等等儲(chǔ)能系統(tǒng)。

生物系統(tǒng)經(jīng)過(guò)數(shù)億年的進(jìn)化形成了這套復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，我們希望通過(guò)學(xué)習(xí)生物系統(tǒng)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)為智能電網(wǎng)和儲(chǔ)能提供更優(yōu)化的設(shè)計(jì)原則。

系統(tǒng)生物學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，生物體系復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中有很多重復(fù)的單元，這些單元往往跟生物體系的某些功能息息相關(guān)，我們把這個(gè)單元叫做 Motif。Motif 本意是圖案中間的重復(fù)樣式，這個(gè)概念引進(jìn)到生物體系中發(fā)現(xiàn)在生物網(wǎng)絡(luò) Motif 結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的比例非常高，往往和特殊的需求有關(guān)。

在復(fù)雜電網(wǎng)中也有 Motif 結(jié)構(gòu)，研究發(fā)現(xiàn)加強(qiáng)和適當(dāng)提高電網(wǎng)的某些 Motif 結(jié)構(gòu)對(duì)提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性有幫助，未來(lái)我們希望通過(guò)復(fù)雜電力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的研究，來(lái)優(yōu)化電網(wǎng)的發(fā)電、輸電、配電和用電與存儲(chǔ)的關(guān)系。

除了調(diào)控方面，電池儲(chǔ)能本身和我們平時(shí)用的燃料也不一樣，需要通過(guò)模型預(yù)測(cè)電荷狀態(tài)（SOC）、電池的健康狀態(tài)（SOH），并且通過(guò) AI 的模型和電池?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)來(lái)更好的提高效率。電池充放電的管理還需要清楚的了解電網(wǎng)的態(tài)勢(shì)，即需要對(duì)電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、需求側(cè)的狀態(tài)、電力的價(jià)格和可再生能源進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。

同時(shí)人工智能驅(qū)動(dòng)的電池和儲(chǔ)能管理系統(tǒng)可以減少電池的測(cè)試循環(huán)，更快地在線檢查和預(yù)測(cè)電池故障，加強(qiáng)電池的可靠性和穩(wěn)定性，提高電池的系統(tǒng)的安全，可實(shí)時(shí)地加強(qiáng)電池系統(tǒng)和健康的監(jiān)測(cè)，可以提高電池的使用效率和壽命、減少電池的過(guò)度產(chǎn)能。

上圖是我們的研究小組通過(guò)深度學(xué)習(xí)算法做的人工智能電池的狀態(tài)預(yù)測(cè)，左圖是預(yù)測(cè)電池的電荷狀態(tài) (SOC) 和電池開(kāi)路電壓 (OCV) 之間的關(guān)系，右圖展示的是電池在放電過(guò)程中間電荷狀態(tài) (SOC) 變化的預(yù)測(cè)，所有這些預(yù)測(cè)都是通過(guò)人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的，不需要任何先驗(yàn)的模型和參數(shù)。

此外上圖展示了需求側(cè)的預(yù)測(cè) (數(shù)據(jù)來(lái)自加拿大 IESO)，可以看到人工智能網(wǎng)絡(luò)能夠很好地預(yù)測(cè)需求側(cè)的狀態(tài)。人工智能和儲(chǔ)能會(huì)是未來(lái)發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)，近些年國(guó)外有很多儲(chǔ)能相關(guān)的軟件公司，這些公司主要是針對(duì)電池電量電化學(xué)性質(zhì)和電網(wǎng)態(tài)勢(shì)繼續(xù)預(yù)測(cè)，儲(chǔ)能的研究會(huì)由于新技術(shù)的進(jìn)入不斷地發(fā)展。