特斯拉的电池储能战略

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1、特斯拉的电池储能战略不管你是否承认，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

2、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o

3、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

4、。“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

5、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

6、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/12

7、9MWh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

8、，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

9、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

10、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

11、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

12、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，

13、 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

14、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Wo

15、od 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

16、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，