北极星智能电网在线讯:特斯拉推出的光伏屋顶给了人们无限遐想，仿佛电网很快将成为多余的存在。事实真的如此吗？
美国时间5月10日，特斯拉电动汽车公司首席执行官埃隆˙马斯克宣布，特斯拉首批光伏屋顶瓦片产品正式接受预定。据特斯拉宣传，光伏屋顶将与家用式储能电池Powerwall2相结合可形成一套完整的家用电力系统。该套系统能够在完全“脱离电网”的条件下，满足一个四居室房屋一天的用电需求。
针对这个消息，我国有媒体宣称“有了特斯拉光伏屋顶，未来就不需要电网了”。这个设想听上去很美好，仿佛能够摆脱电网支撑、实现“自给自足”的生活近在眼前，但事实是否如此呢？
特斯拉的光伏屋顶瓦片和Powerwall2
此次发售的特斯拉光伏屋顶瓦片包括黑色光滑玻璃瓦和纹路玻璃瓦两个版本，定价均为21.85美元/平方英尺（折合人民币1600元/平方米）。光伏屋顶瓦是由玻璃瓦片内部嵌入光伏电池构成，光线可以通过上层玻璃射入光伏电池板。由于电池布局需要贴合瓦片边缘设计，特斯拉光伏屋顶的单位面积的发电功率不如传统光伏电池板。因此，为达到同样的功率，采用特斯拉光伏屋顶需要的电池数量更多。彭博新能源金融（BNEF）分析师Bromley表示，基于特斯拉光伏屋顶外观漂亮，本体拥有终生质保，尽管较普通屋顶安装光伏电板总成本或许高出30%，但仍可以接受。
Powerwall是特斯拉2015年推出的家用储能电池系统，可用于存储光伏所发电量或在非用电高峰充电，用电高峰时向用户供电。Powerwall2是2016年10月特斯拉在光伏屋顶发布会上推出的第二代储能产品，单个电池储能容量相比第一代提升了一倍，达到14千瓦时，最大功率7千瓦，每个电池售价5500美元。此外，配套硬件700美元，安装费800至2000美元。
什么是“脱网”，成本有多高？
用户利用“光伏+储能”系统自发电，形成独立的家庭小电网，从而断开与传统电网的联系，出现“用户脱网”现象。这种“脱网”是指电力用户完全断开与大电网的电气连接，实现交换“电力”为零，任何时刻和大电网没有电能传输，而并非“净用电量”小于等于零，即用电量小于等于上网电量。
安装2块Powerwall2电池可满足一个日用电量约为30千瓦时的美国4居室房屋一天的用电需求。但这只能说明Powerwall2的电池容量足够使家庭可以在正常天气下不间断使用自发光伏电或应对暂时性极端天气，与脱网是两回事。
要想真正做到长期的“用户脱网”，需要安装足够的储能，平衡全年的用电负荷与光伏发电的最大正负差值。一般居民的用电负荷具有明显的季节效应，而光伏发电的季节性效应并不明显，这就需要足够大容量的储能设备来进行电力电量平衡。此外还要考虑天气因素。
根据美国德州电力可靠性委员会工程师程云志的测算结果，基于德州某居民用户全年用电负荷和光照小时级数据，用户年用电量10388千瓦时，最高用电功率8.4千瓦，光伏7.2千瓦，年利用小时数1521小时。“电源—负荷”差额分析显示，需要电池容量为3600千瓦时，换算成14千瓦时的Powewall2，需要257个，成本高达141万美元（折合人民币960万元），而且家庭用户也根本没有空间安装。
国外“脱网”能赚钱吗？
用户要完全依靠自身“光伏+储能”系统脱离大电网，什么时候才具有经济性呢？美国落基山研究所（RMI）的《负荷脱网的经济性分析》报告中测算表明：对于居民用户，假定电价持续上涨和光伏、储能成本大幅下降的前提下，在夏威夷这种电价较高地区（美国平均居民电价为12美分，夏威夷为38美分），2022年可实现自用电和电网平价，加州大概在2037年，纽约州2049年。并且这是按照一般光伏电池板和锂离子电池的价格预测的理论计算，并非特斯拉产品。
谈“脱网”的经济性现在还为时尚早，不过，居民用户利用“光伏+电网”或“光伏+储能+电网”的模式，依托大电网的支撑备用，还是能够减少电费支出并提高绿色电能利用率的。
在依托大电网对光伏发电和用户进行电量调剂余缺的情况下，基于近年光伏组件的成本大幅下降以及全球多个国家对光伏系统的激励政策，目前在电价较高地区单独采用屋顶光伏是能够帮助用户节省电费开支的。例如，某典型美国加州居民用户，每年可用光资源1895小时，用户每月电费为80美元，安装3千瓦的光伏屋顶，考虑美国联邦政府投资税收抵减（ITC）政策，享受投资免税3836美元后，前期投资成本为9000美元，投资回报期为10年，与电网购电20年相比，可节约12000美元。
在储能成本降低到足够低时，联网的光伏用户加装储能系统能够进一步提升光伏电量自用率，减少电费支出。根据RMI的《负荷脱网的经济性分析》报告中测算表明：在电价较高的夏威夷地区，“光伏+储能+电网”的模式已经比单纯依靠电网以及“光伏+电网”更为经济，但对于加州、纽约州和得克萨斯等地区，最短在未来10~15年可能达到这一水平。
我国光储系统前景如何？
光储在我国发展前景又如何？笔者研究团队也做过粗略分析。根据国家能源局、中国光伏行业协会等预测，2020年中东部地区分布式光伏发电成本将比2015年下降30%，多数可低于0.8元/千瓦时，实现用户侧平价上网；2030年实现发电侧平价上网。根据彭博新能源金融和中关村储能产业联盟等机构的预测，储能成本到2020年降至1500~1800元/千瓦时，2030年降至700~1000元/千瓦时。选择近中期储能典型应用场景和中东部工商业用户电价进行测算，在“低充高放”应用场景下，2018年之后储能系统度电净收益大于零，但仍小于光伏系统度电净收益，电力用户安装储能可初步盈利，但盈利水平不如安装光伏；在“光储混合”应用场景下，2025年之后光储系统度电净收益大于仅安装光伏系统的度电净收益，分布式光伏业主安装储能可盈利。我国居民电价用户安装光储在近中期还不具备经济性。
总之，在目前储能成本还相对较高的情况下，一般居民用户，如果用电方式和习惯保持不变的情况下，想要做到利用“光伏+储能”完全脱离电网，就必须花费高昂的成本安装大量储能设备。就像一杯水倒进水盆中会引起很大波动，而倒进大海中不会产生任何影响一样，相比于自己安装储能进行调节，大电网拥有容量庞大的稳定电源接入和考虑足够安全裕度的电力设施，实时保持电力电量平衡，更像是一个公用的“超级大电池”，能够承受千家万户的负荷波动，提供可靠、优质且相对廉价的电能。（国网能源研究院新能源与统计研究所 胡静 黄碧斌）
