中國儲能網(wǎng)訊：特斯拉推出的光伏屋頂給了人們無限遐想，仿佛電網(wǎng)很快將成為多余的存在。事實真的如此嗎？
美國時間5月10日，特斯拉電動汽車公司首席執(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，滿足一個四居室房屋一天的用電需求。
針對這個消息，我國有媒體宣稱“有了特斯拉光伏屋頂，未來就不需要電網(wǎng)了”。這個設(shè)想聽上去很美好，仿佛能夠擺脫電網(wǎng)支撐、實現(xiàn)“自給自足”的生活近在眼前，但事實是否如此呢？
特斯拉的光伏屋頂瓦片和Powerwall2
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版本，定價均為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，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數(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。
Powerwall是特斯拉2015年推出的家用儲能電池系統(tǒng)，可用于存儲光伏所發(fā)電量或在非用電高峰充電，用電高峰時向用戶供電。Powerwall2是2016年10月特斯拉在光伏屋頂發(fā)布會上推出的第二代儲能產(chǎn)品，單個電池儲能容量相比第一代提升了一倍，達(dá)到14千瓦時，最大功率7千瓦，每個電池售價5500美元。此外，配套硬件700美元，安裝費800至2000美元。
什么是“脫網(wǎng)”，成本有多高？
用戶利用“光伏+儲能”系統(tǒng)自發(fā)電，形成獨立的家庭小電網(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，實現(xiàn)交換“電力”為零，任何時刻和大電網(wǎng)沒有電能傳輸，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電池可滿足一個日用電量約為30千瓦時的美國4居室房屋一天的用電需求。但這只能說明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)對暫時性極端天氣，與脫網(wǎng)是兩回事。
要想真正做到長期的“用戶脫網(wǎng)”，需要安裝足夠的儲能，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能設(shè)備來進(jìn)行電力電量平衡。此外還要考慮天氣因素。
根據(jù)美國德州電力可靠性委員會工程師程云志的測算結(jié)果，基于德州某居民用戶全年用電負(fù)荷和光照小時級數(shù)據(jù)，用戶年用電量10388千瓦時，最高用電功率8.4千瓦，光伏7.2千瓦，年利用小時數(shù)1521小時。“電源—負(fù)荷”差額分析顯示，需要電池容量為3600千瓦時，換算成14千瓦時的Powewall2，需要257個，成本高達(dá)141萬美元（折合人民幣960萬元），而且家庭用戶也根本沒有空間安裝。
國外“脫網(wǎng)”能賺錢嗎？
用戶要完全依靠自身“光伏+儲能”系統(tǒng)脫離大電網(wǎng)，什么時候才具有經(jīng)濟(jì)性呢？美國落基山研究所（RMI）的《負(fù)荷脫網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性分析》報告中測算表明：對于居民用戶，假定電價持續(xù)上漲和光伏、儲能成本大幅下降的前提下，在夏威夷這種電價較高地區(qū)（美國平均居民電價為12美分，夏威夷為38美分），2022年可實現(xiàn)自用電和電網(wǎng)平價，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格預(yù)測的理論計算，并非特斯拉產(chǎn)品。
談“脫網(wǎng)”的經(jīng)濟(jì)性現(xiàn)在還為時尚早，不過，居民用戶利用“光伏+電網(wǎng)”或“光伏+儲能+電網(wǎng)”的模式，依托大電網(wǎng)的支撐備用，還是能夠減少電費支出并提高綠色電能利用率的。
在依托大電網(wǎng)對光伏發(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國家對光伏系統(tǒng)的激勵政策，目前在電價較高地區(qū)單獨采用屋頂光伏是能夠幫助用戶節(jié)省電費開支的。例如，某典型美國加州居民用戶，每年可用光資源1895小時，用戶每月電費為80美元，安裝3千瓦的光伏屋頂，考慮美國聯(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，投資回報期為10年，與電網(wǎng)購電20年相比，可節(jié)約12000美元。
在儲能成本降低到足夠低時，聯(lián)網(wǎng)的光伏用戶加裝儲能系統(tǒng)能夠進(jìn)一步提升光伏電量自用率，減少電費支出。根據(jù)RMI的《負(fù)荷脫網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性分析》報告中測算表明：在電價較高的夏威夷地區(qū)，“光伏+儲能+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)，但對于加州、紐約州和得克薩斯等地區(qū)，最短在未來10~15年可能達(dá)到這一水平。
我國光儲系統(tǒng)前景如何？
光儲在我國發(fā)展前景又如何？筆者研究團(tuán)隊也做過粗略分析。根據(jù)國家能源局、中國光伏行業(yè)協(xié)會等預(yù)測，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，實現(xiàn)用戶側(cè)平價上網(wǎng)；2030年實現(xiàn)發(fā)電側(cè)平價上網(wǎng)。根據(jù)彭博新能源金融和中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟等機(jī)構(gòu)的預(yù)測，儲能成本到2020年降至1500~1800元/千瓦時，2030年降至700~1000元/千瓦時。選擇近中期儲能典型應(yīng)用場景和中東部工商業(yè)用戶電價進(jìn)行測算，在“低充高放”應(yīng)用場景下，2018年之后儲能系統(tǒng)度電凈收益大于零，但仍小于光伏系統(tǒng)度電凈收益，電力用戶安裝儲能可初步盈利，但盈利水平不如安裝光伏；在“光儲混合”應(yīng)用場景下，2025年之后光儲系統(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)主安裝儲能可盈利。我國居民電價用戶安裝光儲在近中期還不具備經(jīng)濟(jì)性。
總之，在目前儲能成本還相對較高的情況下，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+儲能”完全脫離電網(wǎng)，就必須花費高昂的成本安裝大量儲能設(shè)備。就像一杯水倒進(jìn)水盆中會引起很大波動，而倒進(jìn)大海中不會產(chǎn)生任何影響一樣，相比于自己安裝儲能進(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，實時保持電力電量平衡，更像是一個公用的“超級大電池”，能夠承受千家萬戶的負(fù)荷波動，提供可靠、優(yōu)質(zhì)且相對廉價的電能。
（國網(wǎng)能源研究院新能源與統(tǒng)計研究所 胡靜 黃碧斌）
