能量墙与家庭电厂

作者: 阮一峰

日期: 2015年6月 2日

去年下半年,《财新周刊》缺一个专栏作者,问我写不写。

我就写了,到现在也有八、九篇文章了。大多数时候,搜索枯肠,还是写得不满意。因为从来没写过,也不知道如何在1500+字里,向大众介绍技术问题。

下面这篇是上周写的,自我感觉写得还行,就贴过来跟大家分享。

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能量墙与家庭电厂

作者:阮一峰

(原载2015年6月1日的《财新周刊》

今年五一节,有一件重大的科技新闻。国内正好是假期,并没有得到足够报道。

那天晚上,特斯拉汽车发布了一个重量级的新产品。事前大家猜测,可能是一款新型号的电动汽车,但是出人意料,发布的是一款充电电池,就是笔记本、手机里面的那种电池,但是体积大了10000倍,可以为整个家庭充电,特斯拉将这款产品命名为"能量墙"(powerwall)。

能量墙的大小跟一个储物架差不多,长130厘米,宽86厘米,高18厘米,放在家里确实有点像一堵墙。它有两个型号,分别能储存10度电和7度电,价格是2.17万元人民币(3500美元)和1.86万元人民币(3000美元),属于有史以来最便宜的工业级电池,只相当于现在市场上同级别产品的价格的一个零头。特斯拉同时还宣布,后续将推出商用级别的、储存100度电的"能量包"(Powerpack),内置10个一组的能量墙。

你可能会问,就算价格比以前大大降低,但是家庭购买一个这样的巨型电池,有什么用呢?难道真有人会用它来供电?花了2万元,只能供应10度电啊。

首先,供电不稳定的边远地区、高山、小岛,需要这种电池。不过,这属于特殊需求。

对于大众用途来说,很容易想到的就是峰谷电的电价差。

由于电厂无法储存电能,很多城市实行峰谷电制度,低谷时段的电价更便宜,鼓励人们在那个时段用电。以上海的居民电价为例,峰时段最高为每度0.977元,谷时段为0.487元,每度电有4毛9分的差价。如果使用能量墙,每天晚上充电,白天用电,那么10度电可以节省4.9元电费,连续用上13年,可以收回能量墙的投资。

喔,13年那么漫长......(其实算一下投资回报率,你会发现它没听上去那么差,已经超过了7%了)

能量墙的真正前景,在于分布式发电。也就是说,如果家庭采用太阳能或者风能发电,就需要有地方来储存电能,这时能量墙就能派上用处了。

家庭的太阳能发电,是政府鼓励的方向,所以会有补贴。根据2013年7月的《国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见》,目前光伏发电每度电有0.42元国家补贴。此外,各地还有地方补贴,上海市是每度电0.40元,两者相加就是0.82元。我的一个同事投资4万元,在屋顶装了5千瓦的太阳能板,平均一天可以发电15度,这就等于每天什么也不做,就可以从政府拿到12.30元,一年下来就是4000多元。

太阳能发电依赖光照,晚上不能发,阴雨天也效果不好。如果没有电池,就不能储存电能,晚上就没电了,所以还是依赖外部电网。"能量墙"的诞生,意味着个人完全有可能摆脱电网,建立电能自给自足的住宅,即真正意义上的"家庭电厂"。

让我们来算一笔帐,如果一个家庭平均每天用电20度,一个月是600度,根据上海的价格,一年的电费大约6600元。现在,这个家庭建立一个"家庭电厂",采用的设备是10千瓦光伏板和2块能量墙,总投资大概在12万元左右。从此,不仅不用付电费,还能从政府拿太阳能发电的补贴,一年至少7、8千。如果自用有余,可以把多余的电卖给电网,就又多一笔卖电的收入。这样算下来,一年的收益至少就是1.5万元,不超过8年就可以收回投资(投资收益率高达12.5%),此后每天都是净赚。

"家庭电厂"不仅经济上可行,又十分环保,而且由于自己控制了发电设备和电池,就可以玩很多花样,实现智能用电。举例来说,能量墙可以连上互联网,能通过手机或者笔记本远程控制,给哪个设备供电、什么时候供电、供多少电,都是可以指定的。而且,所有设备的用电记录都可以查到,毫不费力就能建立档案,用来做数据分析。

正因为如此,能量墙的市场反响极为热烈,特斯拉宣称不到一周,预订量已达3.8万个。商用的PowerPack预订量为2500个,相当于2.5万个能量墙。这个预定量已经超过了生产能力,预计要到明年上半年才能全部生产出来。

能量墙的出现,标志着一个"新发电时代"的来临。人类的主要能源现在还是化石燃料,不仅污染严重,而且属于不可再生能源,数量只会越用越少,价格只会越来越高。寻找替代能源是人类的当务之急。

核能虽然便宜又环保,但有放射性危险,核废料的处置更是令人头痛。太阳能和风能,虽然取之不竭用之不完,但是不稳定。一条有趣的新闻是,今年3月20日,欧洲有一次日全食,德国政府如临大敌,因为日食发生时,几分钟内全德国的光伏发电量会瞬间下滑,而日食过后,又会在短短几分钟内迅速上升,对整个电网安全和稳定带来巨大挑战。

能量墙能够解决这个问题,储存电能,普及绿色发电,推动分布式的家庭电厂,让以火电厂为代表的集中发电模式走进历史。

(完)

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stuQ

留言(61条)

这个还可以作为智能家电摄像头这些使用,如果窃贼断电的话,启用它,就可以让家里的监控摄像头继续运转拍下视频。不过网络部分还是个问题。虽然已经很便宜了,但普通人家还是会觉得贵吧……
好吧,普通人家用个啥的智能家电……

看上去很有前景,可是“有史以来最便宜的工业级电池”,对于普通家庭来说还是有点贵。在中国,大众一般容易接受便宜甚至免费的东西。

最后一样“推动发布式的家庭电厂”有错字。

设备当然有损耗,需要维护,这些费用算下来,回报率就没那么高了;
而且“集中发电模式走进历史”不太可能,并存是肯定的。

能量墙只适合避灾或者不容易连接电网的地方。文章中认为能量墙具有经济性的论点建议作者再思考思考。

这个确实很有前景,但是在国内,大规模应用可能是几十年后了吧!

逻辑待增强,不够严密

阮兄的博客做一下手机网页适配吧,好在微信上推荐你的文章

从您blog学到好多东西。

高科技产品,顶!
我当新闻看了囧~

政府补贴不稳定,政策时时变;对普通家庭一次性投入过大;能量墙能不能用上8年也不好说。太理想化,不看好。

这个PowerPack用不到8年吧,能用5年就不错了

电池能一直用吗?如果不能那投资回报率看看就可以了

电池价格太贵,寿命也是一个问题

以后到处都是分布式的东西,像Uber让有车的人都可以当出租司机,powerwall+太阳能可以实现家家户户都是发电厂,还有什么类似的人人可以干的!!

补充一个规格数据:7度版是一天一充放,10度版是一周一充放。

没有考虑能量墙的电池寿命问题。一年多之后,就只有60%效能了,三年之后,基本寿终正寝了。这样的代价,谈何环保,谈何低成本。

城市里用处比较小,但是天朝大国,偏远山区比较适合吧

特斯拉这个产品,虽然订单不少,但是并没有多大的市场容量,因为并不省钱,八年才回本的东西根本不值得投资,而且三年就要换电池,怎么可能省钱,这个能量墙就是一个奢侈品

主要还是储电效率,用市电来转换的话,恐怕谷电价也不合算。

随着时间推移和技术进步,新产品的价格会迅速降低,所以前景很光明。

单个产品制造的价值仅此而已, 然而跟整个生态链的模块连接在一起, 可以改提升整个生态.

起了个高大止的名字“能量墙”,其实不就是UPS吗?

比亚迪去年的一个10kwh产品约6600美元。

还希望能够看到更详细的论述。

因为像西部后藏地区,日光充足,但是供电基础设置建设、维护花费很大。普通居民使用这种发电--供电系统,我觉得可行。但是具体成本的比较还需要更详细的数据支撑。

这是个好主意,但是现在需要考虑的问题是,现在的电池寿命都很短,能撑过1年就已经不错了,13年,那得换多少次电池,而且电池放家里很不安全,万一着火,进水的,可能会发生意外,将电池的安全和寿命问题解决后,推广的意义才有。还有一个问题,在国内除了少数买的是别墅,其他人的太阳能面板放到哪里去?

要想在家里使用还是挺难的.
门槛太高了...

不看好。实用的还是铅酸电池,不考虑占地、承重的话。
什么时候车用启动铅酸电池被替代了,才说明真正有性价比。

引用kergee的发言:

这个PowerPack用不到8年吧,能用5年就不错了

我也有这个疑虑。

阮兄文章一直不错,但这一篇感觉漏洞很大:
1、电池的损耗和反复充电次数?特斯拉汽车的充放电次数应该是1千多次(按30万公里换电池的算法),这个能量墙不知是什么技术,如果是汽车电池那样,那按阮兄这么算(一天用20度,需要充放2次),只能用一年多就报废了;
2、储能过程中的损耗,就算90%,一进一出,那就浪费了20%;
3、可靠性,多久出一次故障?要知道没电可能是致命的;
4、恢复时间,像在国内,故障断电一般1天内能修复,城市里面一般半天就能修复;这个能量墙坏了,这修复时间得多久呢?
在这些关键数据都没有的情况下,贸然吹捧这种东西,我只能认为是一种商业炒作。
使用化学电池大规模储电,应该是不可行的(能量密度低、成本高、材料还多数是高污染物质,而且如果可行的话,电网直接使用这种方式储电调节不久完事了)

科普一下技术知识,数据来自特斯拉和维基。

充放电次是指一个cycle,不是充一次放一次,特斯拉这个有按周(大电量,慢充)和按天(小电量,快冲)一个cycle的两种模式,基本都可保证10年使用。一般来说保证使用是电量不低于设计的一半。

损耗问题,直流充电再放电,共计有8%的损耗,效率为92%。不过交流转直流和直流转交流损耗比较大(75%~95%)。

可靠性和恢复时间未见说明,估计应不少于4个9,即每年30分钟。

关于“大规模储电”,请见此:http://www.zhihu.com/question/20530503,现阶段基本上锂电池最靠谱,问题也主要是太贵了。我们身边就有南方电网深圳宝清储能站, 世界上首个10kV无变压器直挂电网的电池储能系统.

这种电池,安全不,感觉住在炸弹上。

对于新科技产品,我很喜欢也很关注。
但是作者的某些计算方式太过理想化了。
但是还是支持作者。

《第三次工业革命》展示的未来蓝图

之前看过日本的新科技,用电动车作为能量场,晚上低价充电,白天开车到公司后,再高价把电输入电网.
又能免费开车,又能赚点小钱.

  以前上大学的时候晚上十一点断电,到早上才通电,用了笔记本电脑最多撑到十二点。如果再加一个这个东西的话,就可以通宵玩游戏了。

分布式发电。。。。听着有点意思。

至少三个前提假设不可靠:

1,政府的补贴政策8年内不变化;
3,电网政策8年内不变;
2,电池寿命远长于8年, Tesla 的车载电池已经面临这个问题了,根据车主使用频率,几年后就需要换个新的,那个价格差不多能再买辆车了,由于是同一种技术,这个寿命问题依然是居民用户的问题。8年收回投资一点也不算快,还得是政府补贴,外加电网采纳合理的购电价格。

另外,Powerwall即便在美国独门独户的居民中间也不是一边倒的看好。更何况中国大多数居民都是容积率极高的公寓楼,户均屋顶面积小的可怜。

终于等到这个东西了,梦寐以求的!

对大城市的想节电的普通家庭来说,这么大,放哪啊
对于别墅群体来说,不在乎这个东西
所有这个东西在中国可能行不通,有点超前了

引用时鹏亮的发言:

这个还可以作为智能家电摄像头这些使用,如果窃贼断电的话,启用它,就可以让家里的监控摄像头继续运转拍下视频。不过网络部分还是个问题。虽然已经很便宜了,但普通人家还是会觉得贵吧……
好吧,普通人家用个啥的智能家电……

如果解决这个问题,没有这么大的成本,一台家用ups 一两百,家中无人时最够提供10-30分钟的家庭应急供电保证。

太阳能光伏发电受天气影响很大,太阳能电池组件和能量墙老化衰竭,度电成本高。太阳能电池和能量墙的生产环节本身是高耗能重污染,从生产到应用达不到清洁能源。在现有的政策和技术情况下做不到市场化应用。

我之前在风电公司工作。
没有国家补贴风电直接Over,风电比光伏牛逼,就在于成本优势,风电6-7年回本,光伏要十年以上。
为什么不每家建一个发电厂?为什么冬天要集体供暖?因为成本优势,但前期投入大,所以国家出钱建电厂!
哪个家庭一个月600度点?谁家会投12万建这个东西?
其实这个有点类似微电网概念,当初公司想上类似的项目,就是建一个风电,光伏,储能的项目,最后总体核算下来,即使有补贴也赔本!
哪天煤快烧完的时候,我估计还有可能。

使用寿命是10年, 可以在官网查询
http://www.teslamotors.com/powerwall


Capacity

Powerwall comes in 10 kWh weekly cycle and 7 kWh daily cycle models. Both are guaranteed for ten years and are sufficient to power most homes during peak evening hours. Multiple batteries may be installed together for homes with greater energy need, up to 90 kWh total for the 10 kWh battery and 63 kWh total for the 7 kWh battery.

Specs


Technology
Wall mounted, rechargeable lithium ion battery with liquid thermal control.
Models
10 kWh $3,500
For backup applications
7 kWh $3,000
For daily cycle applications
Warranty
10 years
Efficiency
92% round-trip DC efficiency
Power
2.0 kW continuous, 3.3 kW peak
Voltage
350 – 450 volts
Current
5.8 amp nominal, 8.6 amp peak output
Compatibility
Single phase and three phase utility grid compatible.
Operating Temperature
-4°F to 110°F /-20°C to 43°C
Enclosure
Rated for indoor and outdoor installation.
Installation
Requires installation by a trained electrician. DC-AC inverter not included.
Weight
220 lbs / 100 kg
Dimensions
51.2” x 33.9” x 7.1”
1300 mm x 860 mm x 180 mm
Certification
NRTL listed to UL standards

每个家庭能量自给自足,这样会不会造成国家政府对人民的统治有所不利?美国人现在人人手里有枪,如果家家能量都自给自足,那人民会不会想要脱离政府的统治呢?政治家会允许Musk把这件事儿做起来吗?

蓄电池不就好了?

minecraft 工业MOD..

特斯拉的老板有在玩吗?电池背包

光伏发电这个东西,首先,你得有个独栋别墅。
在中国,有别墅的不搞技术,搞技术的都买不起别墅。

这个充电宝看样子还可以,考虑入手一台,这样我的发电机就能好好利用,另说在野外买太阳能还不如买台发电机,太阳能在多雨日照不足的山里用不靠谱

感觉买了个定时炸弹。。手机电池爆炸都不得了 这个爆炸的话不能想象。确保安全的话 将来会考虑

计算机资源放到云端集中处理
反而把发电能力放到用户家里放大电池损耗,呵呵,有意思。

引用按时的发言:

计算机资源放到云端集中处理
反而把发电能力放到用户家里放大电池损耗,呵呵,有意思。

多个回复,我感觉这个最靠谱。

如果能证明电池的生产过程所造成的环境污染远远小于电厂的环境污染,那么这种电池就是有意义的,否则也只是画饼。

强调两点:
1,这种电池也会带来环境污染,可能比不上单个看上去不怎样,如果在中国普及率达到路由器的级别,则会相当可观。
2,各个家庭内部环境不一,人员安全意识不一,使用习惯不一,安全性如何保证?这是个炸弹啊,手机电池炸伤过人,这玩意儿可能会灭门。

SHARP即将推出AC家电
AC转DC转AC中间两转,能量损耗也不小,可以考虑去掉中间转换环节。

引用jqk6的发言:

每个家庭能量自给自足,这样会不会造成国家政府对人民的统治有所不利?美国人现在人人手里有枪,如果家家能量都自给自足,那人民会不会想要脱离政府的统治呢?政治家会允许Musk把这件事儿做起来吗?

美国政府就是给美国人打工的,谈什么统治
河这边才是统治

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引用按时的发言:

计算机资源放到云端集中处理
反而把发电能力放到用户家里放大电池损耗,呵呵,有意思。

一下子就戳中了痛处,一针见血!

在牧区风力发电,然后电瓶储电,成本低还方便,能带动整个家庭的用电。

引用elseJun的发言:

感觉买了个定时炸弹。。手机电池爆炸都不得了 这个爆炸的话不能想象。确保安全的话 将来会考虑

确实是

没啥感觉,都是隐藏的好处。没有一项是直接的感动。

看了你的文章,我又明白了一点,非常感谢!

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