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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,