《電子技術(shù)應(yīng)用》
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馬斯克做了一款“充電寶”:20億個(gè)電力孤島=共享能源網(wǎng)絡(luò)?

2017-10-13
關(guān)鍵詞: 微電網(wǎng) 儲(chǔ)能

  Tesla希望通過(guò)powerwall來(lái)實(shí)現(xiàn)脫離大電網(wǎng)、打造一個(gè)個(gè)自給自足的家庭微電網(wǎng)的目標(biāo)。但與此同時(shí),我們看到,未來(lái)電網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)模式很可能是超大型骨干電網(wǎng)和分布式微電網(wǎng)的結(jié)合體。

  在共享經(jīng)濟(jì)不斷向上游生產(chǎn)推進(jìn)的過(guò)程中,分布式微電網(wǎng)作為一個(gè)能源共享網(wǎng)絡(luò),真的可能從一個(gè)個(gè)“孤島”上誕生嗎?

  20億個(gè)電力孤島=共享能源網(wǎng)絡(luò)?

  很難想象,在今天的硅谷,還有誰(shuí)比ElonMusk更有名。SpaceX的火箭,超級(jí)高鐵,特斯拉……這位大名鼎鼎的鋼鐵俠原型先生,在玩轉(zhuǎn)互聯(lián)網(wǎng)、能源、航天之后,又推陳出新:

  他做了一款充電寶。

  特斯拉Powerwall發(fā)布會(huì)

  現(xiàn)代人出門(mén)分分鐘離不開(kāi)手機(jī),充電寶也就成為背包中的???。而Tesla推出的這款名為Powerwall的家用能源墻,可以說(shuō)是一塊安裝在你房子里的大型充電寶。

  別的不說(shuō),先看Powerwall的顏值——

  不得不說(shuō)確實(shí)很漂亮。

  好皮囊下還藏著高技術(shù)。即使是完全不懂得電池技術(shù)的人,也知道這么小的體積儲(chǔ)存10kWh、一塊可以滿足一家8小時(shí)的電量,已經(jīng)非常厲害了。

  天才的ElonMusk總是這么超前,但弊端又在于太超前。他的thinkbig常常讓我們又驚艷又疑惑——電力存儲(chǔ)?這是怎么一回事?

  作為有憂患意識(shí)的智慧人類(lèi),我們總是想儲(chǔ)備些什么以備不時(shí)之需。電力存儲(chǔ)更是熱點(diǎn)關(guān)注對(duì)象,也是一個(gè)大問(wèn)題。你會(huì)說(shuō),筆記本電池、智能手機(jī)、電動(dòng)自行車(chē),還有手機(jī)充電寶……

  好吧,這么說(shuō)也沒(méi)錯(cuò)。但傾心于Powerwall美貌的我們,決定和你一起聊聊電力存儲(chǔ)那些事兒。

  有人或許會(huì)說(shuō),電力存儲(chǔ)有這么麻煩嗎?電池的“一節(jié)更比六節(jié)強(qiáng)”不就是電力存儲(chǔ)嗎?

  學(xué)過(guò)物理的我們知道,在現(xiàn)有的電能儲(chǔ)存方式中,除超導(dǎo)和超級(jí)電容是直接儲(chǔ)存電磁場(chǎng)能量外,其他都是將電能轉(zhuǎn)化為其他形式的的能量?jī)?chǔ)存的。

  材料遇到瓶頸、成本居高不下、損耗嚴(yán)重、技術(shù)要求高,大規(guī)模的電力存儲(chǔ)總是由于各種問(wèn)題而難以大規(guī)模實(shí)施。

  這時(shí),天才的Musk說(shuō),這一點(diǎn)也不cool!我們要利用“太陽(yáng)能+電池”形成一個(gè)獨(dú)立的家庭小電網(wǎng)、脫離大電網(wǎng)。

  于是Musk就在去年推出了文章開(kāi)頭說(shuō)到的這款革命性的能源產(chǎn)品——電池能量墻(Powerwall),與太陽(yáng)能電板整合成一套清潔、智能甚至獨(dú)立的家庭能源系統(tǒng)。這一超大號(hào)的“充電寶”在白天儲(chǔ)存多余的太陽(yáng)能發(fā)電,在晚上供應(yīng)家用。

  Tesla宣稱(chēng)2016年P(guān)owerwall要進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng),Musk也說(shuō):“20億個(gè)這電池的大號(hào)版,就能解決世界的能源問(wèn)題。別認(rèn)為20億是天文數(shù)字,人類(lèi)能有20億輛車(chē),為什麼不能有20億個(gè)電池呢?”但就目前而言,并沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)有哪個(gè)地方能大規(guī)模應(yīng)用。

  Powerwall要進(jìn)入中國(guó),到底還面臨著哪些問(wèn)題呢?

  首先是國(guó)情和消費(fèi)觀念的問(wèn)題。

  歐洲和北美有相當(dāng)比例的家庭住的是獨(dú)門(mén)獨(dú)戶的House或者聯(lián)排TownHouse,光伏智能屋頂?shù)钠占奥室脖容^高,而且對(duì)供暖和能耗的要求普遍比較高,加上歐美普遍較高的環(huán)保意識(shí),Powerwall在歐美應(yīng)該市場(chǎng)不小。

  但是放眼寸土寸金的中國(guó)大地,再加上大量的農(nóng)村家庭,3000多美元的電池配上一套光伏電池智能屋頂系統(tǒng),價(jià)格過(guò)于昂貴。同時(shí),Tesla的自發(fā)電+電池存儲(chǔ)的模式在電力波峰波谷有價(jià)差的歐美國(guó)家可以吸引到不少用戶。但是,中國(guó)目前的峰谷差價(jià)還不是很成熟,針對(duì)普通居民用戶也沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的補(bǔ)貼,削峰填谷實(shí)際操作起來(lái)仍然有諸多實(shí)際困難,普通家庭用戶依然缺乏購(gòu)買(mǎi)動(dòng)力和使用熱情。

  其次,問(wèn)題在于“脫網(wǎng)”是否能夠?qū)崿F(xiàn)。

  有電網(wǎng)工程師表示,“在特斯拉的藍(lán)圖里找不到大電網(wǎng)的位置。利用“太陽(yáng)能+電池”形成一個(gè)獨(dú)立的家庭小電網(wǎng)、脫離大電網(wǎng)(“脫網(wǎng)”,GridDefection)而獨(dú)立運(yùn)行這一新概念正在慢慢成形。很多特斯拉的擁躉者認(rèn)為一旦特斯拉的超級(jí)電池工廠(Gigafactory)建成后,電池制造成本將大幅下降,擺脫大電網(wǎng)這個(gè)第二次工業(yè)革命的陳舊產(chǎn)物將指日可待;作為一個(gè)大電網(wǎng)工程師,模模糊糊的直覺(jué)是脫網(wǎng)不太可能,但特斯拉網(wǎng)站上那被涂上灰色叉圈的電線塔確是清晰的印在腦海深處。”

  經(jīng)過(guò)計(jì)算,跟電網(wǎng)說(shuō)再見(jiàn)之后,太陽(yáng)能發(fā)電和居民用電的不匹配就必須完全由電池來(lái)平衡。如下圖所示,相比居民用電明顯的季節(jié)效應(yīng)(夏季四個(gè)月用電量占全年用電量的65%),太陽(yáng)能發(fā)電的季節(jié)效應(yīng)十分微弱,這意味著需要極大容量的年循環(huán)版電池來(lái)進(jìn)行長(zhǎng)期的電力電量平衡。這個(gè)結(jié)果也否定了業(yè)界原本很流行的一個(gè)假設(shè):“太陽(yáng)能+電池”脫網(wǎng)供電系統(tǒng)的瓶頸在遇到多個(gè)連續(xù)的陰雨天。

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  基于每小時(shí)的“電源-負(fù)荷”差額分析顯示,電池累計(jì)充放電的年高峰、低谷分別為1970度(充電)和-700度(放電),這意味著在理想電池充電深度(SOC,0%~100%)的情況下,需要2670(1970+700)度容量的電池才能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期脫網(wǎng)運(yùn)行。

  據(jù)了解,在現(xiàn)實(shí)工況下一般電池的充電深度區(qū)間約在15%~90%,考慮這個(gè)約束后,電池的容量要求將上升到3600度。如果換算成特斯拉6.4度容量的日循環(huán)版Powerwall,需要花費(fèi)約170萬(wàn)美元安裝562個(gè)Powerwall才能滿足長(zhǎng)期脫網(wǎng)運(yùn)行的要求。根據(jù)官網(wǎng)公布的尺寸:86厘米(寬)×130厘米(高),562個(gè)Powerwall占?jí)γ娣e為628平方米,估計(jì)要裝滿十個(gè)房間墻壁。

  在特斯拉的眼里,電網(wǎng)好比固話、電池好比手機(jī),用電池替代電網(wǎng),實(shí)現(xiàn)固話時(shí)代從移動(dòng)時(shí)代的跨越,是一次很自然的產(chǎn)業(yè)升級(jí)。但現(xiàn)實(shí)不一定如設(shè)想的那么浪漫,這很可能是特斯拉的一廂情愿。

  雖然上述計(jì)算是基于完全脫網(wǎng)的極端情況,但是,如果不大幅度改變家庭用電方式,依靠“太陽(yáng)能+電池”來(lái)脫離電網(wǎng)幾乎是不可能完成的任務(wù)。從另一個(gè)角度看,電網(wǎng)能滿足幾千萬(wàn)個(gè)甚至幾億個(gè)家庭變化無(wú)常的用電需求,也可以稱(chēng)之為一個(gè)超級(jí)“大電池”。

  2007年1月9日,蘋(píng)果在推出第一代iPhone手機(jī)之后,將自己的公司名稱(chēng)由AppleComputerInc.簡(jiǎn)化為AppleInc.。至于原因,喬布斯引用了NHL名人堂冰球運(yùn)動(dòng)員WayneGretzky的話:“我只會(huì)滑到冰球即將達(dá)到的地方,而不是冰球曾經(jīng)到過(guò)的地方。”

  十年后的2017年2月1日,Tesla在其遞交的財(cái)務(wù)報(bào)告中,正式由TeslaMotorsInc.改名為T(mén)eslaInc.。此舉也意味著,未來(lái)汽車(chē)將不再是特斯拉僅有的業(yè)務(wù)。

  去年11月,Musk如愿完成了特斯拉公司和SolarCity的合并。至此,馬斯克從創(chuàng)業(yè)之初就期望打造的兩大公司成形:SpaceX和特斯拉。完成收購(gòu)之后的特斯拉,可以在自己品牌名下出售太陽(yáng)能產(chǎn)品的同時(shí),出售電池產(chǎn)品。并且能夠清晰明確的看出特斯拉的規(guī)劃:專(zhuān)注于生產(chǎn)新能源電動(dòng)汽車(chē)的同時(shí),還可以推出更多的新能源產(chǎn)品,并非局限于現(xiàn)有的Powerwall、Powerpack等等。

  可以預(yù)見(jiàn),

  Gigafactory+SolarRoof+Powerwall,將成為Elon新能源帝國(guó)的三劍客。

  我們認(rèn)為,Powerwall是一次勇敢的嘗試,試著從大電網(wǎng)脫身打造家庭小電網(wǎng)。但仍然存在技術(shù)局限、模式不成熟等一系列問(wèn)題。

  如果將來(lái)類(lèi)似Powerwall這樣的設(shè)備在更大范圍普及,那么問(wèn)題的實(shí)質(zhì)就是未來(lái)社會(huì)的能源模式問(wèn)題,也就是大電網(wǎng)還是微電網(wǎng)的問(wèn)題。事實(shí)上,廉價(jià)的太陽(yáng)能光伏電池板或者其它可再生能源方式與強(qiáng)勁的儲(chǔ)能電池組組合起來(lái)的微電網(wǎng),足以對(duì)任何國(guó)家公營(yíng)或者私營(yíng)電網(wǎng)部門(mén)產(chǎn)生威脅。如果這個(gè)模式成功運(yùn)行的話,那么像十年前手機(jī)迅速替代固定電話,部分企業(yè)乃至一個(gè)行業(yè)衰落或者新生的歷史劇就會(huì)重演。

  從電池技術(shù)的本質(zhì)來(lái)看,Powerwall并沒(méi)有根本性突破。

  不過(guò)它的電池管理、溫度控制,以及電池跟外部電網(wǎng)的互動(dòng),值得借鑒。

  未來(lái)電網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)模式有可能是超大型骨干電網(wǎng)和分布式微電網(wǎng)的結(jié)合體,只是電網(wǎng)公司的運(yùn)營(yíng)規(guī)模和模式會(huì)發(fā)生很大的改變。從這個(gè)角度而言,分布式儲(chǔ)能的市場(chǎng)前景無(wú)疑將是很廣闊的,當(dāng)然這很大程度上取決于政府的政策導(dǎo)向和相關(guān)央企的態(tài)度。就Tesla目前的情況來(lái)看,公司的其中一項(xiàng)可能的利好因素是Musk目前與特朗普的關(guān)系。Musk參與了多次特朗普與企業(yè)高管的會(huì)議,并積極接觸這位發(fā)誓將工作帶回美國(guó)的總統(tǒng)。很多人認(rèn)為,馬斯克的態(tài)度可能會(huì)讓特斯拉在特朗普的新政改革中獲得一些優(yōu)勢(shì),這對(duì)目前財(cái)報(bào)并不理想的Tesla可能會(huì)是一個(gè)轉(zhuǎn)機(jī)。

  Powerwall,是Tesla一次勇敢的嘗試。

  嘗試之后,我們做出怎樣的選擇,這將是你的power。

  powerwall的背后,是「美夢(mèng)」還是「荊棘」,我們讓時(shí)間見(jiàn)證。

  聲明

  文中關(guān)于電網(wǎng)計(jì)算部分,引用節(jié)選自《【視點(diǎn)】特斯拉Powerwall低調(diào)停產(chǎn)“光伏+儲(chǔ)能”離脫離電網(wǎng)還有多遠(yuǎn)?》


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