說(shuō)起特斯拉，你首先想到的是不是電動(dòng)汽車？


是不是很想擁有一輛。

最近，特斯拉公司又搞了一件大事情，在咱電力圈掀起了不小的波瀾。他們推出了一款新能源產(chǎn)品，看起來(lái)比電動(dòng)汽車還要拉風(fēng)，還要誘人~

美國(guó)時(shí)間5月10日，特斯拉電動(dòng)汽車公司首席執(zhí)行官埃隆˙馬斯克宣布，特斯拉首批光伏屋頂瓦片產(chǎn)品正式接受預(yù)定。據(jù)特斯拉宣傳，光伏屋頂將與家用式儲(chǔ)能電池Powerwall2相結(jié)合可形成一套完整的家用電力系統(tǒng)。該套系統(tǒng)能夠在完全“脫離電網(wǎng)”的條件下，滿足一個(gè)四居室房屋一天的用電需求。

就是這個(gè)樣子的↓↓↓↓↓↓


特斯拉光伏屋頂效果圖

針對(duì)這個(gè)消息，我國(guó)有媒體宣稱“有了特斯拉光伏屋頂，未來(lái)就不需要電網(wǎng)了”。這個(gè)設(shè)想聽上去很美好，仿佛能夠擺脫電網(wǎng)支撐、實(shí)現(xiàn)“自給自足”的生活近在眼前，但事實(shí)是否如此呢？

1.高大上的光伏屋頂和儲(chǔ)能系統(tǒng)

此次發(fā)售的特斯拉光伏屋頂瓦片包括黑色光滑玻璃瓦和紋路玻璃瓦兩個(gè)版本，定價(jià)均為21.85美元/平方英尺(折合人民幣1600元/平方米)。光伏屋頂瓦是由玻璃瓦片內(nèi)部嵌入光伏電池構(gòu)成，光線可以通過(guò)上層玻璃射入光伏電池板。由于電池布局需要貼合瓦片邊緣設(shè)計(jì)，特斯拉光伏屋頂?shù)膯挝幻娣e的發(fā)電功率不如傳統(tǒng)光伏電池板。因此，為達(dá)到同樣的功率，采用特斯拉光伏屋頂需要的電池?cái)?shù)量更多。彭博新能源金融(BNEF)分析師Bromley表示，基于特斯拉光伏屋頂外觀漂亮，本體擁有終生質(zhì)保，盡管較普通屋頂安裝光伏電板總成本或許高出30%，但仍可以接受。


黑色光滑玻璃瓦and紋路玻璃瓦

Powerwall是特斯拉2015年推出的家用儲(chǔ)能電池系統(tǒng)，可用于存儲(chǔ)光伏所發(fā)電量或在非用電高峰充電，用電高峰時(shí)向用戶供電。Powerwall2是2016年10月特斯拉在光伏屋頂發(fā)布會(huì)上推出的第二代儲(chǔ)能產(chǎn)品，單個(gè)電池儲(chǔ)能容量相比第一代提升了一倍，達(dá)到14千瓦時(shí)，最大功率7千瓦，每個(gè)電池售價(jià)5500美元。此外，配套硬件700美元，安裝費(fèi)800至2000美元。


Powerwall2家用儲(chǔ)能電池

2.“不要電網(wǎng)”代價(jià)有多大？除非你有1000萬(wàn)

用戶利用“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)自發(fā)電，形成獨(dú)立的家庭小電網(wǎng)，從而斷開與傳統(tǒng)電網(wǎng)的聯(lián)系，出現(xiàn)“用戶脫網(wǎng)”現(xiàn)象。這種“脫網(wǎng)”是指電力用戶完全斷開與大電網(wǎng)的電氣連接，實(shí)現(xiàn)交換“電力”為零，任何時(shí)刻和大電網(wǎng)沒(méi)有電能傳輸，而并非“凈用電量”小于等于零，即用電量小于等于上網(wǎng)電量。

安裝2塊Powerwall2電池可滿足一個(gè)日用電量約為30千瓦時(shí)的美國(guó)4居室房屋一天的用電需求。但這只能說(shuō)明Powerwall2的電池容量足夠使家庭可以在正常天氣下不間斷使用自發(fā)光伏電或應(yīng)對(duì)暫時(shí)性極端天氣，與脫網(wǎng)是兩回事。

要想真正做到長(zhǎng)期的“用戶脫網(wǎng)”，需要安裝足夠的儲(chǔ)能，平衡全年的用電負(fù)荷與光伏發(fā)電的最大正負(fù)差值。一般居民的用電負(fù)荷具有明顯的季節(jié)效應(yīng)，而光伏發(fā)電的季節(jié)性效應(yīng)并不明顯，這就需要足夠大容量的儲(chǔ)能設(shè)備來(lái)進(jìn)行電力電量平衡。此外還要考慮天氣因素。

根據(jù)美國(guó)德州電力可靠性委員會(huì)工程師程云志的測(cè)算結(jié)果，基于德州某居民用戶全年用電負(fù)荷和光照小時(shí)級(jí)數(shù)據(jù)，用戶年用電量10388千瓦時(shí)，最高用電功率8.4千瓦，光伏7.2千瓦，年利用小時(shí)數(shù)1521小時(shí)。“電源—負(fù)荷”差額分析顯示，需要電池容量為3600千瓦時(shí)，換算成14千瓦時(shí)的Powewall2，需要257個(gè)，成本高達(dá)141萬(wàn)美元(折合人民幣960萬(wàn)元)，而且家庭用戶也根本沒(méi)有空間安裝。


特斯拉光伏屋頂效果圖

3.不要電網(wǎng)，20年后可以試試

用戶要完全依靠自身“光伏+儲(chǔ)能”系統(tǒng)脫離大電網(wǎng)，什么時(shí)候才具有經(jīng)濟(jì)性呢？美國(guó)落基山研究所(RMI)的《負(fù)荷脫網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性分析》報(bào)告中測(cè)算表明：對(duì)于居民用戶，假定電價(jià)持續(xù)上漲和光伏、儲(chǔ)能成本大幅下降的前提下，在夏威夷這種電價(jià)較高地區(qū)(美國(guó)平均居民電價(jià)為12美分，夏威夷為38美分)，2022年可實(shí)現(xiàn)自用電和電網(wǎng)平價(jià)，加州大概在2037年，紐約州2049年。并且這是按照一般光伏電池板和鋰離子電池的價(jià)格預(yù)測(cè)的理論計(jì)算，并非特斯拉產(chǎn)品。

談“脫網(wǎng)”的經(jīng)濟(jì)性現(xiàn)在還為時(shí)尚早，不過(guò)，居民用戶利用“光伏+電網(wǎng)”或“光伏+儲(chǔ)能+電網(wǎng)”的模式，依托大電網(wǎng)的支撐備用，還是能夠減少電費(fèi)支出并提高綠色電能利用率的。

在依托大電網(wǎng)對(duì)光伏發(fā)電和用戶進(jìn)行電量調(diào)劑余缺的情況下，基于近年光伏組件的成本大幅下降以及全球多個(gè)國(guó)家對(duì)光伏系統(tǒng)的激勵(lì)政策，目前在電價(jià)較高地區(qū)單獨(dú)采用屋頂光伏是能夠幫助用戶節(jié)省電費(fèi)開支的。例如，某典型美國(guó)加州居民用戶，每年可用光資源1895小時(shí)，用戶每月電費(fèi)為80美元，安裝3千瓦的光伏屋頂，考慮美國(guó)聯(lián)邦政府投資稅收抵減(ITC)政策，享受投資免稅3836美元后，前期投資成本為9000美元，投資回報(bào)期為10年，與電網(wǎng)購(gòu)電20年相比，可節(jié)約12000美元。

在儲(chǔ)能成本降低到足夠低時(shí)，聯(lián)網(wǎng)的光伏用戶加裝儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠進(jìn)一步提升光伏電量自用率，減少電費(fèi)支出。根據(jù)RMI的《負(fù)荷脫網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性分析》報(bào)告中測(cè)算表明：在電價(jià)較高的夏威夷地區(qū)，“光伏+儲(chǔ)能+電網(wǎng)”的模式已經(jīng)比單純依靠電網(wǎng)以及“光伏+電網(wǎng)”更為經(jīng)濟(jì)，但對(duì)于加州、紐約州和得克薩斯等地區(qū)，最短在未來(lái)10~15年可能達(dá)到這一水平。

4.我國(guó)居民中短期內(nèi)靠光儲(chǔ)系統(tǒng)不劃算

光儲(chǔ)在我國(guó)發(fā)展前景又如何？筆者研究團(tuán)隊(duì)也做過(guò)粗略分析。根據(jù)國(guó)家能源局、中國(guó)光伏行業(yè)協(xié)會(huì)等預(yù)測(cè)，2020年中東部地區(qū)分布式光伏發(fā)電成本將比2015年下降30%，多數(shù)可低于0.8元/千瓦時(shí)，實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)平價(jià)上網(wǎng)；2030年實(shí)現(xiàn)發(fā)電側(cè)平價(jià)上網(wǎng)。根據(jù)彭博新能源金融和中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟等機(jī)構(gòu)的預(yù)測(cè)，儲(chǔ)能成本到2020年降至1500~1800元/千瓦時(shí)，2030年降至700~1000元/千瓦時(shí)。選擇近中期儲(chǔ)能典型應(yīng)用場(chǎng)景和中東部工商業(yè)用戶電價(jià)進(jìn)行測(cè)算，在“低充高放”應(yīng)用場(chǎng)景下，2018年之后儲(chǔ)能系統(tǒng)度電凈收益大于零，但仍小于光伏系統(tǒng)度電凈收益，電力用戶安裝儲(chǔ)能可初步盈利，但盈利水平不如安裝光伏；在“光儲(chǔ)混合”應(yīng)用場(chǎng)景下，2025年之后光儲(chǔ)系統(tǒng)度電凈收益大于僅安裝光伏系統(tǒng)的度電凈收益，分布式光伏業(yè)主安裝儲(chǔ)能可盈利。我國(guó)居民電價(jià)用戶安裝光儲(chǔ)在近中期還不具備經(jīng)濟(jì)性。

總之，在目前儲(chǔ)能成本還相對(duì)較高的情況下，一般居民用戶，如果用電方式和習(xí)慣保持不變的情況下，想要做到利用“光伏+儲(chǔ)能”完全脫離電網(wǎng)，就必須花費(fèi)高昂的成本安裝大量?jī)?chǔ)能設(shè)備。就像一杯水倒進(jìn)水盆中會(huì)引起很大波動(dòng)，而倒進(jìn)大海中不會(huì)產(chǎn)生任何影響一樣，相比于自己安裝儲(chǔ)能進(jìn)行調(diào)節(jié)，大電網(wǎng)擁有容量龐大的穩(wěn)定電源接入和考慮足夠安全裕度的電力設(shè)施，實(shí)時(shí)保持電力電量平衡，更像是一個(gè)公用的“超級(jí)大電池”，能夠承受千家萬(wàn)戶的負(fù)荷波動(dòng)，提供可靠、優(yōu)質(zhì)且相對(duì)廉價(jià)的電能