| 通过智能电表，读取了德州某户居民每隔15分钟的全年用电数据，如图二所示。对全年35040个用电数据分析表明：此户居民全年用电量共10388kWh（度），最高用电功率8.4kW（千瓦），年用电高峰在炎热的夏季（6月、7月、8月和9月）。 当地全年每小时日照信息（TMY3数据）显示，屋顶太阳能电板的毛年利用小时数约为1901小时，在扣除太阳能电板及变频器约20%损耗后，实际年利用小时数约为1521小时。这个数字与美国能源部下属国家实验室NREL的PVWatts软件对当地的分析结果十分接近。由于每天日照时间有限，光照强度高的时间更有限，所以太阳能发电的年利用小时数远远低于一年的总时数(8760)。注:太阳能电板的年利用小时数=年发电量/额度功率。 根据特斯拉官网Powerwall的产品介绍，目前在售的Powerwall只有一个版本：6.4度容量的日循环版（DailyCycle），售价3000美元，充电/放电效率为92%。特斯拉还曾推出可循环充放500次10度容量的周循环版（WeeklyCycle）Powerwall，售价3750美元，但由于不满足加州自发电激励计划（SGIP）每周循环充放5次的要求及与其他非锂电池相比在价格上的劣势，需求不足，特斯拉近期悄然停产了周循环版本的Powerwall。不过特斯拉宣布将在今年夏天推出更大容量更便宜的新版本Powerwall。 计算出来的太阳能电板容量是这样的： 安装7.2千瓦的屋顶太阳能电板，全年发电量约为10938度，扣除电池的550度电能损耗后，可满足用户的全年用电需求。太阳能电板的月输出电量见上面的图二。 据保守估计，1平方米面积的屋顶太阳能电板输出功率在130瓦以上，7.2千瓦的太阳能电板占屋顶面积不到60平方米。考虑到德州独栋屋的屋顶面积，安装这个尺寸的太阳能电板绰绰有余。 计算出来的电池容量让人大跌眼镜： 跟电网说拜拜之后，太阳能发电和居民用电的不匹配就必须完全由电池来平衡。如上面的图二所示，相比居民用电明显的季节效应（夏季四个月用电量占全年用电量的65%），太阳能发电的季节效应十分微弱，这意味着需要极大容量的年循环版电池来进行长期的电力电量平衡。这个结果也否定了业界原本很流行的一个假设：“太阳能+电池”脱网供电系统的瓶颈在遇到多个连续的阴雨天。 基于每小时的“电源－负荷”差额分析显示，电池累计充放电的年高峰、低谷分别为1970度（充电）和-700度（放电），这意味着在理想电池充电深度（SOC，0%～100%）的情况下，需要2670（1970+700）度容量的电池才能实现长期脱网运行。据了解，在现实工况下一般电池的充电深度区间约在15%～90%，考虑这个约束后，电池的容量要求将上升到3600度。如果换算成特斯拉6.4度容量的日循环版Powerwall，需要花费约170万美元安装562个Powerwall才能满足长期脱网运行的要求。根据官网公布的尺寸：86厘米（宽）×130厘米（高），562个Powerwall占墙面积为628平方米，估计要装满十个房间墙壁。 电池的年充电深度曲线见图三，在夏季高峰前，电池的储能达到最高峰3220度（89.5%充电深度），在夏季结束后，电池储能降为550度（15.3%充电深度），等待秋、冬、春的三个充电季节的来临。 在特斯拉的眼里，电网好比固话、电池好比手机，用电池替代电网，实现固话时代从移动时代的跨越，是一次很自然的产业升级。但现实不一定如设想的那么浪漫，这很可能是特斯拉的一厢情愿。在美国德州，如果不大幅度改变家庭用电方式，依靠“太阳能+电池”来脱离电网几乎是不可能完成的任务。从另一个角度看，电网能满足几千万个甚至几亿个家庭变化无常的用电需求，也可以称之为一个超级“大电池”。 本文只针对极端的脱网情况，并无意对“太阳能＋电池”这一黄金搭档做任何的批评。作为一个电网工程师，我欢迎更多的太阳能和电池出现在电网里。目前电网是按照全年最高用电功率设计的，往往为了那持续不到一小时的最高负荷额外配置大量电网设备、浪费了大量的资金。太阳能和电池都可以大大降低对电网设计容量的要求，不管从电网规划还是运行来说，都是一件大好事！更不用说环保的益处。当然，一旦太阳能容量在电网的渗透率过高，会引起某些技术问题，但这些都可以通过技术和市场手段解决。还有一个个人意见：没有新能源，电力系统会很无趣。 |
