未来能源结构：太阳能 电池？

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文/严同 （作者授权特斯拉启示录发布）

背景：4月30日，特斯拉公司发布了一系列特斯拉能源产品，其中家用的产品是家庭电池能量墙(Powerwall Home Battery)，在电力需求低谷的时候低价充电，在电价更高的需求高峰时段输出电能；能够存储过剩的太阳能发电，以便在没有太阳的时候使用；在断电的时候提供电力保障。

本质上特斯拉能量墙就是居民住宅里存储能量的可充电的锂电池，它将实现转移负荷、电力备份、以及太阳能发电自给。能量墙包含特斯拉锂电池包、液态热量控制系统，和一套接受太阳能逆变器派分指令的软件，设备安装在室内/外墙壁上。

简单点说吧，冰箱大小的能量墙，可储存7度电，售价3000美元。它的内部除了许多锂电池单元外，还有液态热能控制系统和太阳能调度系统，其架构跟特斯拉跑车电池是一样的。3000美元不包括附件如逆变器，也不含安装费。

据特斯拉首席执行官马斯克透露，已经获得了3.8万个Powerwall电池组的预订，预订量之高令公司吃惊，而明年上半年的产量，已经提前售卖一空。

其实还有公用事业级别的电池系统，外观如下:

一些可以想到的优势

1）清洁能源导向

这个优势仅存在概念上。

因为道理大家都懂，分布式新能源 储能看起来很美很环保，但是在本产品中并没有本质的突破，只是发布了一个价格稍低，各方面还不错的电池，分布式新能源 储能的供电模式依旧存在困难，没有补贴谁也搞不定。

2）与电网的良性互动

削峰填谷。通过峰谷电价的调节， Powerwall能够就减轻高峰期的供电负担。当几百万用户一起开着空调降温的时候。如果这些用户能够使用离网型电池供电，电网负担将会得到缓解。

事实上，如果储能系统做的好，电网公司是第一个大客户，电网本身就需要庞大的储能电站，来解决用电的峰谷问题，这个市场短期内比家庭用户巨大:

3）价格的略惊喜

数据显示，今天的电池投资成本接近500-600 美元/kWh。

在特斯拉发布Powerwall之前，一些分析师对特斯拉家用电池的价格作了一番预测，预测价格均大大高于实际价格。如预计特斯拉10kWh容量电池约为为1.3万美元。没有人想到如此便宜。

而且，Powerwall以后将变得更便宜，这也许归因于其背后的超级电池工厂——“巨工厂” (Gigafactory)，这项投资高达50亿美元的项目据说将降低电池的成本30%。

4）设计感和实用性

逼格这块特斯拉永远不缺。

大多数家庭能源存储系统都相当难看，而Powerwall安装在墙壁上十分协调。因此，即使价格和性能相当，特斯拉相对于大多数竞争对手也略占优势。

而且不要忘了，他和充电汽车的接口，这也是极其自然的一个方便之处。

一些可以想到的阻碍

1）市场问题

人们是否需要Powerwall？

在同电网有着良好连接以及电网电能可靠的地方，家庭并不需要备份电池。甚至那些在屋顶上拥有太阳能电池板和备用能源的家庭，可以将电网本身当作电池来用。在很多地方，比如德国和美国的一些州，房屋所有者可以在白天向当地电力公司出售其多余电力，并在夜间买回。

看起来市场空间并不是特别广阔，甚至电力公司和电网本身更需要廉价的能量储存系统。

当然这只是暂时的，目前的储能责任在公用部门，比如电力公司，但政府的补贴机制可以调控这些，分摊到用户侧，这时候市场便会大不一样了。

2）设备的本质

远远谈不上颠覆性的设备，还只是一个电池。Powerwall的亮点在于两个，一个是基于太阳能的分布式发电，一个是利用锂电池的分布式储能，其实这两种模式都不算新鲜。

真正的行业瓶颈，仍然是两个，一是电池技术本身，二是光电转换效率，这二者在当下都还有着很大的提升空间，而Powerwall在这两方面显然没有突破。

锂电池固然有它的优势，比如其建设周期短、运营成本低、对环境影响低、不受地理条件限制等等，但这并不能改变锂电池充放电寿命上的限制，以及它电力存储能力上的有限，而且当前来看，采用锂电池已经不是最佳的方案了。

3）成本问题

Powerwall产品本身还只是一个电池。

考虑到即便是3000美元的最低售价，折合到普通家庭也可能是数年的电费用量，用这笔钱来添置一台Powerwall，本身就不是大规模能实现的事情。

据美国能源部估计，要使能量存储系统具有竞争力，其花费每千瓦时不能超过150美元。

而且，电池在整个太阳能/存储系统中的成本只占一小部分。一个整合的系统包括太阳能面板、电池和换流器、智能控制器、建筑许可等，总成本大约在两万美元以上。

在中国，问题显然更多。

1）应用场景

其实，这款产品主要针对的是欧美市场，家庭储能对于中国人来说可能感觉没有必要，毕竟停电的日子已经过去很久了，但是对有些地区的美国人来说停电还是时常发生的事情。

而且，很多人们住在独立房屋中，每日用电量也比较大，Powerwall的价格对于美国家庭并不贵，与分布式的太阳能发电系统可以很好地结合。（下图为美国的居民用户脱网趋势）:

相比之下，中国城市中的消费者则不太适合，空间不够放置光伏组件，纯粹储能意义不大；而对于中国农村家庭，3000多美元的电池加上光伏的一套系统，较为昂贵。

2）能源意识

家用电池应该对替代能源粉丝，环保意识人群具有吸引力，而中国目前这个人群的数量极小。

Powerwall这东西肯定贵，在中国肯定不划算，你算个10年的电费肯定没他价格高，毋庸置疑。

但是，如果在一个环保意识较强，能源替代氛围很浓的一个群体里面，这东西结合新能源应该还是可以吸引一部分追随者，就像苹果产品，谁会care价格？

你在中国，肯定不能领你的朋友到你家，随意地介绍你的Powerwall，介绍其环保价值，装逼条件不成立，行不通。

3）政策相关

自发电 电池存储的模式，在电力波峰波谷有价差的国家，可以吸引用户，比如德国就有不少用户自发电，把太阳能电卖给电网。但用户在卖电收入之外，还需要政府额外给予高额补贴，说明这一模式还不是很经济。

而中国目前的峰谷差价还不是很成熟，储能用户也没有专门的补贴。

2013年起，国外陆续出台了储能政策，如德国的《支持分布式光伏储能的新政》于2013年5月发布实施，2013年10月美国加州公共事业委员会(CPUC)也通过了“储能采购框架和设计项目”，确立了三大公共事业公司到2020年将完成1.325GW储能采购的目标。预计十三五期内国内有望出台对于储能的支持政策。

大电网还是微电网

Powerwall可能给世界带来的变化？

目前Powerwall本质上还是一个电池，但如果和光伏等分布式电源进一步融合；如果类似设备更大范围普及，这个问题其实指向的就是未来的能源模式，大电网还是微电网？

事实上，便宜的太阳能光电板与强劲的电池组组合起来足以让任何国家电网部门感到恐慌。一旦如此，那么像十年前手机迅速替代电话，部分企业衰落的恶梦就会重新席卷。

其实类似于私家车和公共交通，即使到了未来那一步，大电网和微电网肯定是共存的，毕竟光伏和场地限制巨大，装机规模有限。美国发展属于比较快的了，也只是出台新政策力促光伏发电占比到2030年增长至10%。下图为我国的规划电量数据:

所以未来电网的发展模式必定是超大型骨干电网和分布式微电网的结合体，只是电网公司的运营规模和模式会发生很大的改变。

然而微电网的大规模发展，除了光伏和储能两大设备问题外，问题依然很多。

微电网与大电网之间的快速隔离、并网状态与孤网状态的无缝切换，以及微电网内部稳定控制是微电网面临的三大核心问题。

以稳定控制为例，微电网的发电侧为具有间歇性的可再生能源，不可控，用电侧由于范围较小，用户的负荷变化会对整体负荷造成较大影响，负荷也不可控。目前解决这一问题的基本方向是通过储能系统来平衡发电侧的不可控，通过通讯系统、双向互动、价格变化用电侧响应等来做到负荷的相对可控，但经验还在摸索之中。

一旦大规模应用，系统的处理复杂度和难度更将会是巨大的。

最后还是要寄希望于小米，做出适合于中国市场的产品，最好只要9999。

（有些文字引用自北极星和中国电池网）

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