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电能存储:马斯克的赌注经得住考验吗?

文森·肖邦&文森·沙克特 / 通用电气法国COO,智库OBSERVATOIRE DU LONG TERME联合主席 & 道达尔新能源,研发副总裁 / 2015-08-11

随着特斯拉Powerwall的出现,第一个规模化的个人电能存储商业方案诞生了。它的经济模式可靠吗?该方案真的能够体现出生态收益?两位专家就此展开了讨论。

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巴黎高科评论:从消费者角度看,投资Powerwall这样的电能存储装置真的有经济性可言吗?

文森·肖邦:现在没有明确答案。我们初步做了一些计算。

从理论上讲,拥有太阳能板的消费者会安装Powerwall来免除发电规划和连入电网的麻烦,作为发电和消费之间的衔接。但实际上,实现收支平衡很难。一套150平方米的房子每天大约消耗60千瓦时的电量。在缺少光照的时间里——就算一年三天吧,电池才能派上用场。考虑到电能损失,相当于225亿千瓦时的电量,即32个7千瓦时的电池,一个7千万瓦时的电池几乎不可能为一个冰箱提供三天的电量。

加上太阳能板购买和安装成本,整套设备至少要花费17万美元,平摊到10年来付清,每年需要支付接近2万美元——几倍于150平方米住房一年需要的电费!即使将使用时间减少到1天,意味着人们愿意在一年中缺少阳光的日子里接受多次停电,收益也远远无法覆盖成本。总的来说,只有在电网铺设极其昂贵的地区(比如孤岛),或用于移动用途(比如沙漠派对),使用太阳能电池才划得来。

文森·沙克特:我认为应该从两方面进行分析,一边是埃隆·马斯克模式的战略指向,另一边是当前技术和能源存储市场现状。特斯拉电池并不是革命性的技术,仅仅是将松下开发的锂电池科技和特斯拉的低成本制造进行了结合,其重点是为电动汽车提供能量,而不是住房。广告价格(7千瓦时电池套装-430美元/千瓦时,10千瓦时电池套装-350美元/千瓦时)既不包括用电功率,也不包括安装成本,到了用户那里,安装成本可能加倍。总之,Powerwall和Powerpack的价值尚不清晰,相比之下,住宅电能储备目前较便宜的仍是柴油发电机。现有的补贴机制也是鼓励再次销售太阳能发电而不是存储起来自用。

不管怎样,特斯拉电池价格明显比竞争者更具侵略性,并且充分利用了它的手机电池工厂(著名的gigafactory)的规划产能,是利用规模经济的明智之举。最重要的是,埃隆·马斯克以此向投资者表明:他的个人理想将可能极大地加速个人电能存储时代的到来。

巴黎高科评论:美国对待家庭储能给予了强大的补贴,就像对待页岩气开发那样。难道这还不能说明它的经济前景?

文森·沙克特:政府补贴与埃隆·马斯克的高调,目的是相同的:撬动市场,利用规模效应迅速压低价格。国家资本在早期就进入,希望从中获利。希望帮助主导企业,最终形成产业,来收获绿色经济就业岗位,或促进可再生能源技术的发展。这就是全球变暖解决方案法(亦称作AB32)或加州自发电激励计划的首要动机。在美国联邦层面,奥巴马经济刺激计划的能源政策以及可再生能源投资税收抵免都值得一提。

虽然在今天,如果没有补贴,住宅电能存储仍无利可图。但随着技术迅速进化,监管和价格机制将很快跟上。

目前锂电池技术已经相当成熟,成本得益于规模经济不断下降,特别是随着汽车电池的规模化生产。这是特斯拉的赌注。近年来人们也在努力研究其他电池,目标是电子能量密度更高、成本却比锂电池更低的技术,包括锂-硫、金属-空气、锂-空气、镁离子、金属溶液……从来不缺思路。但要取代今天主流的锂电池,仍困难重重,需要大量研发和营销投入:这正是政府、风险资本和企业在做的,从而不断推动产业的成熟。

巴黎高科评论:回到经济性上。是否有可能电池最终会彻底取代今天的电网?

文森·沙克特:不一定。上面的计算主要是为了给出一个数字的概念,但却是最为极端的情况,并非产业追求的目标。我们要做的不是完全放弃电网,而是在电网发生中断时拥有储备——这在美国某些州是很现实的问题。最重要的是为了备用或等待电网价格下降,通过存储光伏能源使用电更加经济。因此,更多是补充而非替代。模型改变了,计算就变成到:什么时候,电费降低将超过储电成本?或许今天在经济上不可行,5年后却有可能行得通。

文森·肖邦:除非两种情形。一是电池变成更加省钱的选择,然而目前火力和水力发电仍占上风。二是电能储存成本做到最低。相比安装、维护无数个费用昂贵的小型装置,在街区或地区规模上大量使用成本会更加低廉。换句话,如果电池能够替代电网,其使用应该是以社区或地区为单位,而不是Power Wall那样的家庭使用形式。

文森·沙克特:也许是这样的,但对于谁和何时,成本更低?我不相信在全局最优基础上进行的推算,这没有考虑主体间的相互作用和应用的变化。以信息技术为例:理论上一直都认为存储和计算能力的集中是最好的,但这没有阻止1980年代从大型的计算中心过渡到个人电脑。整整30年,人们才看到技术、基础设施和用户走向云。回到能源供给和需求,在我看来,电力经销商或消费者并不会必然将其推向到理论上以社区或国家为单位的效率最优状态。

巴黎高科评论:可以想象不同地区达到收支平衡速度也会不同。是什么原因造成这样的区别?

文森·肖邦:这的确是一个常被误解的关键点:太阳能发电和电池储能在一些特定地区是最好的解决方案(比如交通隔绝地区或是光照条件优越的地方),但并不是任何地方。在沙漠中太阳能发电成本非常低,只要6美分/千瓦时,根据道达尔公司的Philippe Boisseau 所说,全球多达几十个国家,即使没有财政补贴,光伏发电也是可行的。但这并不意味着这项技术对于法国北部具有足够的吸引力。要对一项技术进行论证或提出证据,不可脱离具体环境,还取决于能源可用性(风能或太阳能)、电网情况等。客观说,这也和煤炭价格和对碳氢能源或明或暗的财政补助有极大关系。

文森·沙克特:完全同意,经济性很大程度上要具体分析。但不管怎样,最终的趋势都将是光伏设备价格的下降和“系统平衡”的趋近,使太阳能成本进一步降低,存储成本也同样会降低。

之后,我们需要可行的商业模式来把太阳能产品市场化:光伏电能成本(包括电池)和电网电费价格之差促使用户进行选择以节约账单。用户会在储能和向电网再次销售电能之间做出选择:销售补贴越大,存储就越不具有吸引力。政策很关键:它既可以推动太阳能/储能的自我消费,也可以相反地通过简单禁止和消除其经济效益而抑制消费。

巴黎高科评论:电网成本似乎很重要。在欧洲,水价的昂贵就导致了用水量的降低,因为维护成本不变。假如埃隆·马斯克成功了,政府再补贴,加利福尼亚已有一些人在用PowerWall,那么加州的发电厂将面对什么?

文森·肖邦:埃隆·马斯克把赌注下在“灵活性”成本会降低上,有两个原因。首先,电池的价格会下降,然而要真正有竞争力,价格仍需减少二分之一到三分之二。第二,他认为电池市场真实存在(必将有人购买电动车或Powerwall),会促使价格持续降低。这让提供灵活性的产能方式(太阳能、风能)变得更加有吸引力,成本变得更低,相反地,其他供能方式(涡轮蒸汽等)将在这场竞赛中落败。任何竞争都会有赢家和输家,每当更有效率的新技术取代老技术这都会发生。

然而目前的经济条件还远未达到可以实现这种转变的拐点。但我们不能对此视而不见。另外,人们总是害怕变化带来的转型成本,既放弃老技术采用新技术的成本。但我们可以设计良好的补贴政策来使这些成本得以分担,从而拉拢现有玩家称为变革同盟者而非反对者。这样也可以防止两极分化局面的产生,即有能力投资新技术的人付出的成本反而最小,那些不得不依靠电网的人最终成为唯一的买单者。

巴黎高科评论:电池技术的进步和特斯拉模式推广会发生什么样的成本?比如集中式太阳能发电技术会被淘汰?研发和投资者是否已经感觉到了这种影响?

文森·沙克特:如今,是光伏发电在推动着电池的发展,直到某天时机真正成熟。太阳能发电技术对电池储能技术的推动效果是相当惊人的。光伏发电成本从2010年开始显著降低,今天在全球超过30多个国家中,光伏发电都可以脱离政府补贴而独自参与市场竞争,仅从单位生产成本(LCOE)来看是这样的。但集中式太阳能发电却没有显示出这样的趋势。

光伏发电正经历快速增长(2014年新装功率超过了40GW),并在向电网迅速渗透。它所提供的灵活性能够应对太阳能和风能发电的间歇性缺陷。出于条件反射,发电商们对分布式可再生能源发电表现出保守的排斥态度,他们声称非主流发电方式的不稳定性会导致为集中式发电而设计的电网的瘫痪。并且如果电网用户减少消费,谁来为现有基础设施买单?然而,在适当的时机和地点,分布式可再生能源发电同样可以有利于电网稳定,或者避免新的投资。灵活性是可再生能源的优势,存储是其灵活性的基石之一,另外一个是对需求的调节:最典型的案例NEST温控器和工厂中对机器的优化使用。此外,利用灵活性的必要条件是提高电网的智能性——即智能电网的使用。

大多数电厂和电网运营商已经采取了改变的措施,他们反思并表明立场,拥抱新科技或成为先行者。

巴黎高科评论:特斯拉故事中最引人注意的是它所宣扬的个体能源自主性。如果我们需要找出集中式能源供给的替代方案,现在难道不应该大力发展共享式能源吗?

文森·沙克特:这是肯定的,从环保和温室气体排放角度来看,集体存储要比个人存储更加清洁。但如果从经济角度看待这些技术革新,就是另一回事了。消费者购买NEST最初可能是因为看上去很酷,并不是它的经济或环境价值。我们也可以说,硅谷的出发点就是销售产品和服务。

文森·肖邦:这个普及过程正如Jeremy Rifkin所说,看上去并非一种经济方式(通常来说就是提供最优方案),而是以“不切实际”的方式,给人一种美妙的愿景,可能并不实际,且代价不菲。此外,还有经济和平等问题,有些人能负担的起,另外一些人,由于能源支出占其预算比重很大,就不会有兴趣去采纳。所以,为了整体的利益,要让负担得起的人去试验新技术,同时留给穷困家庭以成本最低的解决方案。

能源自主的观念很美,问题是,几年后分布式能源供给可能普及,却不会变成所有人的现实。事实上,就算电能存储成本大幅降低,可能也只能停留在社区或国家层面,而不是家庭。

巴黎高科评论:总之,一位实用的环保分子在今天会更倾向于连接电网?

文森·沙克特:我还是不能确定环保甚至经济性是否是今天那些决定购买特斯拉电池或 Nest产品的消费者们的决定性动机。未来的消费者或许有更加理性客观的标准,但是电能供给和需求的共享必然会比今天更发达,因为发电、存储,电流的集成和优化都将基于实时算法。

这些电流将经过电网传输,但由谁来管理和获利,是今天的电厂还是大的数字企业?所有这些主体都将在未来的价值链中占有一席:超越简单的竞争关系,最终答案将存在于一个合作和重构的博弈当中。

文森·肖邦:我同意沙克特关于早期消费者的观点,从环保角度看,他们的行为就是浪费。说得刻薄一点,还不如啥也不买去亚马逊丛林中去栽树,这样更能减少二氧化碳排放……而且还更便宜!

然而,从更长远角度来思考,我们就不会这么刻薄。很难想象在10年、20年甚至50年里,科技会将我们带往何处。唯一方法是探索所有可能,简单说,对长期进行投注的人只能是那些愿意承担损失和改变行为模式的高级用户,他们愿意以此来推动科学的发展。我们应对此心怀感激,同时对那些无法承担这些风险的人们进行提醒。(宁博豪/译)

 

 



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