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特斯拉已成为名副其实的储能巨头

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  • 时间:2020-02-13
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   不管你是否承认,以传统能源为主导的旧时代,开始结束了。一个以电动车、新能源、储能相结合的新时代正在开启。


  在这个剧变的时代,英雄辈出,特斯拉无疑是其中的佼佼者。除了凭借一己之力重塑了汽车产业格局外,随着垂直整合程度的加深,电动汽车的大规模量产也带动了电池价格节节走低,特斯拉正不断开拓业务边界。


  近日,特斯拉公布2019年财报,各项指标令人惊艳,带动特斯拉市值一度突破1500亿美元。聚光灯下,99%的目光会电动汽车吸引,但并不受外界关注的能源业务尤其是电池储能系统同样创造了新的记录,全年装机1.65GWh,同比增长接近60%,超过2017、2018年装机总量之和。


  1.65GWh什么概念?按照彭博新能源的预计,2019年全球电化学储能新增装机为10GWh左右,意味着特斯拉占据全球储能的市场份额超过15%,在这个新兴领域,特斯拉已成为名副其实的储能巨头。


  




  特斯拉2016-2019年度光伏与储能装机量(单位MW、MWh)


  事实上,特斯拉的储能装机仍低于预期的2GWh。一方面,全球频发的储能安全事故在一定程度上使全球储能用户和潜在用户对锂离子储能系统产生了质疑;另一方面,自2018年年末到2019年年初,特斯拉电池的产能不足,为了给Model 3的产能让路,储能系统装机量一直在低位徘徊。


  如今,Model 3 生产已经步入正轨。2019年将成为特斯拉储能业务的转折点,从去年二季度开始,新的攻势已然开始发动。


  特斯拉CEO马斯克曾在多个公开场合称,特斯拉将把更多注意力放在太阳能和更广泛的能源业务上,包括太阳能和储能的能源业务最终可能会超过汽车业务。


  从家庭储能到公共事业


  相对于汽车业务来说,特斯拉能源业务公众认知度低了太多。特斯拉的能源布局主要分为两部分,第一是储能设备,第二是太阳能屋顶。


  特斯拉进军储能蓄谋已久,2012年开始启动开发储能设备,三年之后,面纱终于揭开。2015年4月初,善于网络营销的马斯克再次充分发挥自己“Twitter达人”的号召力,没有任何配图的文字却成功了吊起了所有人的胃口。“特斯拉将在加州霍桑设计中心发布一款新产品,但不是一台车”。


  这就是当下人们熟知的能量墙powerwll和能量包powerback。能量墙为可充电的18650锂离子电池,产品容量包括7KWh和10KWh两种,而能量包则通过串并联方式可提供100千瓦时以上的容量。


  特斯拉的家庭储能系统Powerwall


  上线没多久,特斯拉已经收到了超过3万8千个订单,这其中有超过2500个订单来自对电力储备有需求的企业。


  为了更好地深入储能领域,次年11月,特斯拉宣布以21亿美元收购太阳能组件生产商和安装商SolarCity,尽管这项收购被外界质疑,但马斯克显然有自己的谋划:美国的高电价让“户用光伏+储能”性价比突出,通过部署屋顶光伏来带动储能电池的安装,Powerwall成为“电动车-光伏屋顶-储能墙”这一离网系统能源战略的关键一环。


  收购SolarCity也是特斯拉由产品制造商转变为服务提供商的最佳选择,在SolarCity的方案里,用户可以免费安装一套由特斯拉提供的光伏设备,然后SolarCity会按照这套设备的发电量来收费,标准是15美分/kWh。然后,在接下来的为期20年的服务期限里,SolarCity有权每年以不高于2.9%的比例调高费率。


  但SolarCity的发展并没有预期那样好,上述一系列的布局并未给太阳能光伏业务带来正面影响,相反,该业务一直处于亏损状态。更为懊恼的是,SolarCity的发展每况愈下,给特斯拉带来了巨额的债务危机。


  在特斯拉的太阳能电池板业务陷入困境之际,真正让特斯拉储能名声大振的是在公共事业领域。在过去几年中,特斯拉承担了越来越大的储能项目,这些项目的示范效应为特斯拉的储能业务赢得了巨大的声誉。


  2015年波特兰奇阿利索峡谷的一处天然气井自发生天然气泄漏事故造成电力短缺,为了弥补电力不足,加州要在六个月的时间内部署100兆瓦的储能设备,特斯拉作为供应商之一,仅历时88天完成了20MW/80MWh储能项目的交付。


  一年之后的南澳,特斯拉再次大显身手,仅用时55天完成了100MW/129MWh的储能部署,避免了当地电网因为支撑不起用电高峰的负荷而停电。


  随着气候危机的紧迫性越来越明显,储能成为全球向可再生能源转型的关键。事实证明,储能的潜在市场不仅是家庭太阳能装置的一部分,还应该包括大型公用事业公司。有基于此,特斯拉也在不断调整自身的产品策略,重点向公用事业领域倾斜。2019年7月,特斯拉设计和生产了一种专门用于公用事业规模项目的新型储能产品Megapack。


  与Powerpack相比,Megapack拥有更大的容量和更高的集成度,Megapack占地空间少了40%,只需要十分之一的零部件。通过Megapack,特斯拉可以在不到3个月的时间内,在3英亩的土地上建设一座250 MW/1 GWh 的零排放发电厂,比同等规模的传统化石燃料发电厂快4倍。


  2019年第四季度开始部署3MWh的 Megapack电池储能系统。特斯拉表示,自从该系统推出以来,全球开发商和公用事业公司对该系统的需求超出了预期。


  强大的电池管理能力


  与用在特斯拉电动汽车上的电池系统相同,所有的电池组件除了电芯部分,其它的都是由特斯拉从头设计。让特斯拉的电池系统与众不同的也正是在于此,从电池管理系统到能量管理系统、冷却系统和安全设备,这些是特斯拉的储能设备可以保证每天一次循环、10年循环寿命的关键。


  特斯拉选择圆柱电池的最根本原因在于这种封装形式的锂电池已经有了超过20年的量产历史,工艺已经相当成熟,一致性也是最高的。但圆柱电池的劣势同样非常明显,即单体电芯的容量太小,一台85KWh的电动车直接导致需要大量7000-8000颗18650电芯组成模组和电池包,造成连接损耗和管理的复杂程度都成几何量级的增加。


  特斯拉的公用事业储能系统Megapack


  在产品设计方面,特斯拉的电池包由多个电池组串联而成,而每个电池组又由多节锂电池并联而成。整个电池组两侧由护板包围,每节电池由单独的保险丝连接,当一节电池温度过高时,这节电池上的保险丝会自动熔断以保护整个电池组。


  自从Model S开始,特斯拉就采用了NCA为正极材料的电芯,与业界更加主流的高镍NCM材料相比,NCA虽然能量密度更高,但是循环寿命更短,稳定性也更差,因此对BMS提出了更高的要求。


  不同于铅酸电池,锂电池由于具有非线性的充放电曲线,造成不论是电芯或是电池包层面,监测、预估和管理的难度都大大增加。如果管理不当,个别电芯的过度充放电将引起永久性的电池损伤,造成整个电池系统电压、温度不稳定,严重的将导致热失控事件。因此电池管理系统对电池容量、循环寿命和安全性均起着至关重要的作用。


  瑞银的拆解实验显示,得益于深度学习和人工智能的充分应用,特斯拉的BMS可以不断获得实际驾驶的大数据,然后对算法进行自我强化,从而使特斯拉电池组的续航时间相对更长。


  在热管理方面,为了让电池有一个更好的工作环境,特斯拉所以巧妙地利用了一个转换阀门,把加热系统和冷却系统连接在一起,并且可以实现无缝转换,根据环境温度的不同来选择最佳的方案。当电池温度超过设定目标值时,电池循环与电机循环相互独立,采用并联;电池温度低于设定目标值时,电池循环与电机循环采取串联,利用电机余热为电池和座舱加热,多余热量将由进气口的热量交换器排放出去。


  电池技术是特斯拉最引以为傲的优势领域之一,即使在今天,特斯拉的电池管理技术水平仍旧要领先同行好几年。市面上的多数电动汽车,在使用的4至8年内,电池容量会下降至80%以下,但大多数特斯拉的产品仍能保持在90%以上。


  十多年来,特斯拉一直在非常深入地研究电池,不仅知道电芯应该是什么样,而且知道如何将它整合到产品中。从专利数据显示,电池系统相关专利占比超60%。特斯拉电池动力系统包括电池单体、电池管理系统(BMS)、热量管理系统、冷却管理等,其中电池单体占电池动力系统成本70%以上。


  更高的能量密度、更低的电池成本一直是特斯拉追求的目标,2019年,特斯拉收购了以生产超级电容器而闻名Maxwell公司,特斯拉计划将该公司的干电极技术用于自身的电池改进,这项技术能将电芯的能量密度提升至 300 Wh/kg 以上,未来有可能进一步增加至500 Wh/kg。相比特斯拉现有电芯,500 Wh/kg 的成绩直接将能量密度翻番。


  马斯克近日在接受采访时表示,特斯拉将在今年4月举行的“特斯拉电池日”上公布一项令人信服的电池改进计划,该计划大概在“几个月内”完成。


  储能业务下一步


  马斯克更愿意将特斯拉视为一家能源公司,而非一家电动汽车制造企业。2017年初,“特斯拉汽车”正式更名为“特斯拉”,从家庭光伏、储能到电动汽车,各业务板块不仅单独来看具有各具前景,彼此之间也有很强的关联,特斯拉正在尝试完成能源生产、储存与利用的闭环,通过一个个微电网,搭建分布式能源体系,朝着可再生能源提供者的方向全面发展。


  从目前来看,光伏储能业务虽然只占整体营收的零头,但其所处的是一个潜力更大、可能性更多的市场。在浩浩荡荡的能源转型大势下,越来越多的企业开始使用可再生能源。The Climate Group数据显示,包括远景科技、晶科能源在内的全球已经有216家企业加入了RE 100计划,这些企业在未来一段时间内将100%使用可再生能源。对于这些企业来说,实现100%的最好方式就是场内自建可再生能源设施,储能电站必不可少,这就为包括特斯拉在内的储能企业提供了充足的增量市场。


  在美国本土,截至2018年底,电化学储能并网量达1GW,占比4.3%。其中发电和输配电侧占比较高,当前,美国业界正在促使美国政府出台针对储能的投资税抵免政策(ITC)。据Wood Mackenzie预计,如果独立的储能ITC政策出台,到2024年每年储能新增装机量将达到5.1GW。


  在户用储能方面,据美国加州能源委员会2018年颁布的建筑能效标准文件,从2020年1月1日开始,加利福尼亚州所有新房屋的建设都要求包含太阳能系统。马斯克预计,特斯拉在北美每年的潜在订单量是400万个新的屋顶。


  除美国本土的政策利好外,马斯克对中国的看重由来已久,四次握手,绞尽脑汁想来中国建厂卖车,先是亲自飞来上海上演马式脱衣舞,又是喊话特斯拉未来的CEO有可能诞生在中国。


  特斯拉在华的诉求非常明确:设立工厂、本土化运作提升效率,以剔除关税之后更加纯粹的产品竞争力在中国市场攻城略池。不出意外的话,特斯拉上海工厂将大幅采购来自LG化学南京工厂和宁德时代的电池,特斯拉的电池成本还会持续走低。


  除了电动车,中国作为新能源的最大生产国和消费国,其储能行业的发展也成为全球关注的焦点。根据特斯拉上海公司的工商资料显示,经营范围除了电动汽车、三电系统及电池管理外,储能设备亦在其中。


  此外,根据早前签订的中美第一阶段经贸协议,中国可能会在今明两年增加从美国进口能源储存系统和零部件。业内认为,特斯拉有望成为其中的最大赢家。


  根据彭博新能源财经的预计,不久的将来,中国将成为全球最大的储能市场之一。随着中国电池市场的开放,中国的储能企业不仅面临国内众多的竞争对手,还将迎来大量的外资企业,从上游的动力电池到下游的电动车和储能市场,2020年开始将迎来新的洗牌期,特斯拉将是不可忽视的重量级玩家之一。


  凭借中国本土的供应链优势以及自身的品牌与技术优势,特斯拉在稳固电动车地位的同时,其储能业务也有望迎来快速发展。全国工商联汽车商会秘书长曹鹤在接受时代财经时表示,“特斯拉储能产品可能会加快国内市场格局的重构。这两三年内国家政策如没有大的变化,恐怕特斯拉很快会成为第一。”


  这并不是危言耸听,特斯拉的雄心早已不止电动车,特斯拉一旦在本土开展储能业务,一条巨大的鲶鱼将搅浑储能市场。中国储能产业真的准备好了吗? 储能100人

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