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特斯拉的棋局:从电动车到虚拟电厂

作者:何祥兴 来源:南方能源观察 发布时间:2022-01-15 浏览:

中国储能网讯:特斯拉以电动汽车起家,逐步在全球开启棋盘式的能源布局,从电动汽车到超级充电桩,从光伏到储能,从超级工厂到星链计划,搭建起了分布式能源生态系统。

根据公开资料,按照源-网-荷-储分类,特斯拉公司的系列产品梳理如下:

负荷侧——电动汽车组合布局

自2003年成立以来,特斯拉长期处于亏损状态,随着电动汽车概念的普及和市场的进一步扩大,从2019年第三季度起,特斯拉电动汽车进入持续盈利阶段。EV Sales的数据显示,在2021年1月至9月全球新能源乘用车企销量排名中,特斯拉以62万辆的绝对优势继续领跑。

特斯拉汽车的商业模式为整车+积分+软件。随着碳排放法规日益趋严,销售碳积分也成为特斯拉的收入来源之一。

除了Model系列的乘用车,特斯拉还推出Semi卡车和Cybertruck皮卡等商用车,进一步巩固自身在电动车领域的领先地位。

有分析认为,特斯拉布局纯电动卡车,是为了补强连接城市-城际的超级充电网络,减少低人口密度地区的充电服务运营成本。这一点在国内也有类似情况,例如特来电、星星充电与各大电动汽车公司战略合作加速布局多元化充电网络。

网络端——全球铺建充电网

特斯拉的充电网包括家庭充电桩、目的地充电桩和超级充电桩。在家用充电方式为主的基础之上,外出的特斯拉车主还能选择超级充电和目的地充电。

从充电速度使用特征看,电车用户更加青睐省时的快充,尤其是对充电时间高度敏感的营运车辆用户。《2021年中国电动汽车用户充电行为白皮书》的统计数据显示,99.3%的国内用户在公用场站充电选择快充桩,超87%的用户选择120千瓦及以上的大功率充电桩。

2012年,特斯拉发布了第一代超级充电桩V1 Supercharger,现在特斯拉已经推出第三代V3 Supercharger,最高功率可达250千瓦,能够在5分钟内为Model 3提供120公里的续航里程。截至目前,特斯拉的全球超充桩数量达到3万个,主要分布在中国、美国(共占比66%),其中中国的超级充电桩数量超过8000个,覆盖国内360多个城市。

特斯拉超级充电桩在全球各国分布情况

来源:https://supercharge.info/

特斯拉超级充电桩在国内各省分布情况

来源:https://supercharge.info/

家庭充电桩不仅能够为电动汽车提供慢充服务,更是实现电动汽车作为家庭移动电源的重要工具。以标准续航版Model 3为例,其搭载的磷酸铁锂电池容量为55千瓦时,Model Y的电池容量为60千瓦时。

由于双向充放电会影响电芯的使用寿命,特斯拉在早期并没有激活车辆的对外供电功能。随着特斯拉推出寿命超过百万公里的动力电池,双向充放电不再成为制约因素,马斯克开始重新审视V2G(Vehicle-to-grid)技术的价值。据Electrek了解,特斯拉已经为Model 3、Model Y做好了双向充电功能的准备。

电源侧——自研太阳能逆变器

家庭储能Powerwall是特斯拉屋顶光伏解决方案的重要组成部分,截至2021年11月,Powerwall的全球安装量已经超过25万。

2016年6月,特斯拉收购了SolarCity,正式开启布局光伏之路。2019年10月,特斯拉推出了第三代太阳能屋顶(Solar Roof V3),相比前两代产品,Solar Roof V3优化了设计和性能,降低了成本,结合Powerwall实现了光储一体化应用。加上当地对BIPV(Building Integrated PV)的支持,Solar Roof V3的安装量大幅增加。

光伏逆变器被称为太阳能光伏发电系统的心脏。2021年初,特斯拉推出了首款自研的“太阳能逆变器”。这款逆变器转换效率可达97.5%,代替原先的Delta、SolarEdge逆变器。

一般来说,一块光伏板发电量=装机量X光照辐照量X综合效率。光伏逆变器的转换效率则是指逆变器将太阳能面板发出的电转换成电力的综合效率。

外界认为,自研逆变器让特斯拉对屋顶光伏系统设计和光伏发电数据拥有了更大的主动权,这也有利于为虚拟电厂平台积累用户数据。

储能系统——储能全家桶

目前,特斯拉共推出了三款储能产品。Powerwall主要面向家庭用户,加大容量版Powepack应用于商业设施,超高容量版的Megapack则主要针对工业用户。近几年来,市场对特斯拉的各类储能产品需求快速增长。

Powewall除了搭配屋顶光伏辅助储能,还可以结合特斯拉软件推出的风暴预警功能,收到自然灾害预警后及时提醒用户存在停电风险,并自动充满电池。

Powerpack聚焦商业和小型公用事业储能,每套设备配置了16个电池仓、数据采集模块、监控、温控等模块,210千瓦时的容量是Powerwall的16倍,连续功率达到50千瓦。

2017年,为应对加州天然气电厂泄漏后出现电力短缺的状况,特斯拉联合南加州爱迪生公司推出了储能项目Powerpack(该储能项目总容量80MWh)。目前特斯拉的大型储能项目已逐步打开全球市场,例如应用于比利时18.2MW Powerpack项目、澳大利亚100MW/129MWh等多个储能项目。

Megapack主要面向公用事业级的储能市场。2019年7月,Megapack是特斯拉目前最大的电池存储产品,每个单元的最大能量容量为3MWh,与同类产品相比,其占用空间减少40%,部件数量减少90%。如果将大量Megapack串联在一起,可组成超过1GWh的超级储能设备。2021年8月,特斯拉获得日本首个Megapack电池储能系统订单,是日本首个并网的独立电池储能系统,此外还在英国、澳大利亚相继建设超1.5GWh储能设施。

特斯拉推出的全家桶储能,直接渗透到源、荷两端的各类场景。分布式储能可以应用于负荷端场景,改善用户侧的综合能效、助力用户侧参与电网需求侧响应等;集中式储能则服务于电源端场景,改善电源侧的调节性能,组合新能源机组的发电平稳,参与电网的辅助服务市场等。

通信系统——星链计划

虚拟电厂技术的核心在于通信与聚合。虚拟电厂将分布式光伏、储能、充电桩、电动汽车等不同类型的分布式资源聚合管理、信息交换,实现分布式资源的优化互补。

2015年,美国Space X公司CEO马斯克发起“星链计划”,在近地轨道构建卫星网络。目前SpaceX在低地球轨道上运营着大约1800颗Starlink卫星,为全球超过10万名客户提供互联网服务。

Starlink天线及Wifi路由器(该产品的价格为499美元)

马斯克曾表示当前由于Starlink接收终端太大,因此无法将特斯拉汽车与Starlink连接起来,现在通信接收主要针对飞机、轮船、大型卡车,但是未来几年将可能实现特斯拉乘用车配备Starlink终端。

负荷侧资源如光储车参与电能响应控制的通信需求是低时延、高可靠、高安全。一定程度上,马斯克推动星链卫星网络,也是在为自家的分布式能源聚合管理奠定基础。

制造工厂——上游产业链

特斯拉在中国、美国和欧洲三个主要市场建造了工厂,生产电池、太阳能面板以及Model系列电动汽车。

2020年9月,特斯拉官网上线了电池回收服务,所回收的动力电池组将由指定工厂进行处理,并承诺废弃电池不做填埋处理。

早在2017年,特斯拉的联合创始人斯特劳贝尔就成立了Redwood Materials公司,主打电池回收,包括超级工厂产生的废料。2020年,Redwood Materials从特斯拉超级工厂回收的电池废料超过1兆瓦时,将回收的锂、钴等金属用于生产新的动力电池。

特斯拉的布局包括光伏组件、储能生产和动力电池回收,实现了产能端到用能端上下游的高效运转。早期特斯拉认为动力电池梯次利用会影响超级工厂的盈利,会挤压超级工厂的储能产能。相反从退役电池中提出关键的原料而非梯次利用,则可以大大节约电车成本,减轻上游电池原材料的制约。

虚拟电厂——分布式能源计划

过去几年,特斯拉开始推出分布式能源计划,并提供屋顶光储一体的虚拟电厂服务。2020年,特斯拉发布了全新产品AutoBidder。Autobidder是一套能源资产实时交易和控制平台,能够向用户提供虚拟电厂服务,聚合负荷资源参与能量交互响应,该产品具备价格预测、负荷预测、发电量预测、智能竞价及优化调度等功能。

Autobidder平台架构

目前,特斯拉在澳大利亚Hornsdale Power Reserve、法国Neoen的PowerPack、美国Green Mountain Power的Powerwall项目引入部署了Autobidder。接下来,特斯拉还打算在曼彻斯特、南威尔士等地方部署储能系统引入Autobidder ,加快推动虚拟电厂服务的商业化进程。

启示

分布式能源管理的潜力受到用户侧调节意愿和调节能力约束,调节能力可以随着技术迭代不断提升,而调节意愿更取决于用户参与市场的积极性。在分布式能源管理上,特斯拉从产能端到用能端展开布局,建立起上下游产业链闭环系统;从数据监控到平台管理实现连通,建立了能量管理架构系统;从分布式用户光储充到集中式光储、车桩网等不同商业应用场景,不断延伸对用户对象行为感知的深度和广度。具体可以四方面带给我们思考:

1. 以优质的分布式资源作为切入点

盘点用户侧的用能产品,电动汽车、空调负荷是分布式资源中调节意愿、调节能力、可聚合性“三高”的优质资源。特斯拉依托自家的大型储能系统(Megapack、Powerpack)、家庭光储一体(Powerwall、Solar Roof)、电动汽车充电网络等优势,作为分布式能源管理的切入点,可以为特斯拉拿下分布式能源管理的基本盘。

2. 以一站式服务采集沉淀数据

特斯拉高度垂直整合软硬件产品、支持软硬件的远程升级功能,提高了产品的功能性、兼容性和一致性。随着接入特斯拉软件的用户规模增加,通过一站式服务采集用户的用能数据,可以借助海量数据对用户行为画像,从而实现分布式能源应用场景的效益最大化。

3. 以统一软件规范聚合标准

目前虚拟电厂工程以局部区域为主,各项目单位开发不同的能量管理平台,容易拘泥于局部市场的示范应用,难以形成高层级的跨区域市场。特斯拉在全球范围内建设大型储能项目、推出家庭产品的同时,统一部署分布式管理平台Autobidder,有利于建设统一的能量管理标准,实现统一管理。Autobidder采用开源协议架构,而不是传统电力系统的IEC协议或者工业自动化协议,降低了准入门槛和成本,能够吸引更多市场主体参与分布式能源。

4. 以持续激励引导用户接入

补贴能够在短时间内吸引市场主体,但是难以激发用户持续、主动参与分布式能源市场。特斯拉通过与当地政府或能源公司深度合作,建立长期的激励机制引导用户参与分布式能源市场。例如特斯拉和英国章鱼能源公司合作,以优惠电价激励用户安装特斯拉光伏屋顶、储能墙或购买特斯拉电车;与澳大利亚政府合作,通过用电优惠、光伏上网价格补贴吸引用户使用特斯拉的家用光储产品等。

参考资料

https://www.tesla.com

https://www.ev-volumes.com/

https://supercharge.info/

https://electrek.co/2020/05/19/tesla-bidirectional-charging-ready-game-changing-features/

https://www.investopedia.com/terms/v/v2x-vehicletovehicle-or-vehicletoinfrastructure.asp

《2021年中国电动汽车用户充电行为白皮书》

(作者供职于南网总调,本文仅代表个人观点)

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关键字:虚拟电厂

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