德国新能源家庭正在普及：以后不用交电费了？

本文首发于耶鲁大学林业与环境研究学院刊发的线上杂志“耶鲁环境360”。因该杂志与《连线》等媒体合作开展探讨气候变化各方面影响的项目Climate Desk，《连线》之后对此文进行了转载。

 

Stefan Paris是一名放射科医生，现年55岁，住在柏林市远郊。他和妻子以及三岁的女儿住在一起，将要迎来第二个孩子。他们温馨的小家有两层楼，配有一个游泳池。这家人算不上富裕，也没有鼓吹大家追求环保，但还是选择花3.6万美元，买了一套家用太阳能系统，包括26块太阳能板和一个小冰箱大小的智能电池。他们这个月刚刚把太阳能板安装到屋顶，智能电池放在了地下室。

 

在出大太阳的日子里，太阳能光伏板吸收的能源能供应Paris全家的用电所需，还足够他们的油电混合车电池充电。只要满足了这些基本的生活需求，屋顶设施转化的电能就会输入停放在地下室的电池，直到充满为止，让这部分电能存下来，供给夜间和阴天时用电。然后，待这个电池充满了电，太阳能发电的数控系统会自动将富余的所有电能都送入柏林的电网。通过这种方式，Paris一家可以得到当地电网运营商的酬劳。

 

Paris解释说：

 

“他们让我相信，十年内我们出的钱就能回本了。而后，大部分我们的用电就要不了几个钱。”

 

这个“他们”指的是巴伐利亚一家提供太阳能系统和安装服务的零售商。Paris说，这笔投资可以抵消能源成本上升的影响。而且这套系统的只能软件可以为他全家监控电能的生产、消费和存储，并且实时追踪剩余电能输入电网的情况。

 

五年前市面上就有了附带电池存储的低成本太阳能发电系统，Paris一家自己出资购买这样的系统，作为投资。在德国，有12万以上的家庭和小企业主都是像他们这样的用户，在全球范围内，预计有百万这类用户。“没有人预料到增长得这么快。”西德亚琛大学的发电与储电系统专家Kai-Philipp Kairies这样评论。

 

目前，搭配电池存储系统的太阳能电池板占德国市场太阳能板总销量的一半。家居巨头宜家甚至提供包括存储容量在内的太阳能板产品组合，并且包安装。从2013年到2018年，德国的开发银行都为储能电池的买家提供相当比例的返利，返利额相当于电池成本的30%。直到最近，因为电池价格已经大跌，才取消了这种补贴。

 

事实上，12万家庭和小企业在总人口8100万的德国实在微不足道。但分析师认为，这种用户近来的增长速度反映出，无论是屋顶的太阳能板、车库的电动汽车，还是地下室的电池，绿色产业未来有很强的吸引力。分析师预计，低碳经济将依赖越来越去中心化、波动也越来越大的可再生能源供应，他们将用户接受家庭电池视为迈向这种未来的重要一步。到目前为止，电能储存的发展已经落后于太阳能，但由于电池越来越便宜，性能越来越强，它们会越来越用于存储相当多的风能和太阳能，让依靠天气的能源来源获得更多的灵活性。

 

得益于锂离子电池的售价下跌，太阳能板和电池系统开始越来越受欢迎，这让已经奄奄一息的德国太阳能产业得到了一线生机。部分由于中国低成本生产太阳能板的冲击，这个行业近些年每况愈下。另外，德国政府给予的上网电价补贴原本保障了消费者向电网供电能换取酬劳，可是这类补贴在逐步减少，这也促使德国人利用太阳能的发电需求急剧下滑。

 

但谁也没料到，Enerix、Sonnen和Solarwatt这样的公司又因为家用能源存储系统而逃过一劫。Enerix此前在德国和奥地利共设有15家经销店，2012年被迫关闭了八家。由于电池的热卖，该公司的一些老店重新开门，还开了新店，旗下已经拥有54家出售太阳能板、电池和能源优化系统的店。德国现有约44家家用能源村粗系统的制造商。国内100多万栋建筑上都安装了成排的太阳能板，但大部分缺少储能器。如今越来越多房屋的业主在购买电池。德国的电能存储器也在法国、英国、意大利、荷兰、西班牙、以及澳大利亚和韩国出售。

 

家用存储系统的价格取决于房屋或者说业务的规模、屋主的能源需求、建筑物的采光能力，以及太阳能板、电池和管理系统的质量。小屋子只能装20块太阳能板，所以可以预计，一排光伏面板的的售价约为8000到1.1万美元，电池和直流/交流电源转换器所需的费用也和它大致相当。最大号的家用电池买大概3.4万美元，另外还得花500美元，要买先进的设备把系统和家用电器联在一起，优化能源使用，并且监控多余电量送入电网的情况。据德累斯顿的智能科技制造商Solarwatt统计，如果家里采用了这样的一流技术，还有大量的阳光照射，房主可能节省多达80%的电费。

 

不过，Enerix驻柏林的董事总经理Matthias Schulnick称，电池存储带来的实惠还不是大多数人购买电池系统的唯一理由，甚至不是主要原因。他指出：

 

“越来越多人希望摆脱电力公司和电费上涨的影响，他们想留下绿色足迹，为了人类的未来做些事。”

 

在德国，短短几年时间，家用存储器就从仅面向科技迷和绿党选民的小众产品摇身变为颇有主流影响力的热销品。咨询业巨头麦肯锡预计，“归功于设计先进、经济效益规模化以及流程简化”，到2025年，能源存储系统的全球成本会降低50%到70%。

 

市场对这类产品的兴趣激增，相关迹象无处不在：本月早些时候，石油业巨头英荷皇家壳牌公司收购了德国家用电池首屈一指的制造商Sonnen。德国公用事业巨头E.ON抢在壳牌前面，2016年就与Solarwatt达成合作，组合出售太阳能板和电池。

 

美国贸易组织能源储存协会预计，2015年到2020年，能源存储能力将翻八倍，市场规模达到25亿美元。彭博新能源经济预计，在二十年内，全球能源存储市场将吸引6200亿美元投资，而家用能源存储只是其中的一部分。

 

美国加州规定，到2020年，所有新建的住宅必须配置太阳能电池板。这些住房的房主必然会认真考虑售价已经下跌的电池系统。而且，家用电池会对那些购买了电动汽车的消费者尤其有吸引力。Kairies解释说：

 

“电池补贴也会带来负面影响，那就是在今天的条件下，靠节省电费需要大概十年才能抵消电池的成本，但现今市面上大部分电池的使用寿命都没有比十年长多少，至多十五年，到期了就必须得买新的。”

 

这种电池市场的繁荣主要源于锂离子电池的性能迎来长足进步，它成为大多数电动汽车和手机上使用的标准电池。通过调整采用的电解质和化学物质，实验室技术人员提高了锂离子电池的容量密度，从而将电池的储存容量提高了一倍。这些技术员的用意本是致力于提升电动汽车电池，而不是家用存储器。其实这样的提升已经让以每瓦小时为计量单位的能源存储价格猛跌了一半。太阳能板的售价也比以前便宜，不过，它们价格几十年来跌跌不休，现在倒是跌幅平缓了。

 

对基于电池的存储技术未来会怎样，以及去中心化能源生产的影响，专家彼此的看法大相径庭。像布鲁塞尔监督机构运输与环境的清洁汽车经理Julia Poliscanova这样的专家认为，在可以预见的将来，锂离子电池将仍然是常用的类型。可回收的电动汽车电池虽然对汽车来说容量太小，但已经足以应付家庭需要。Poliscanova预计，这类电池的出现将进一步压低成本，同时让锂离子电池出现第二代和第三代。包括位于德国乌尔姆市的电池研究中心亥姆霍兹研究所的主管Stefano Passerini在内，另一些专家预计，小规模存储的下一代生力军将是钠离子电池。不同于锂电池，生产钠电池不需要矿物质钴，钴的发掘难度已经增加。Passerini 说：“家用电池的体积可能比电动汽车电池大，因此我们应该把钴留给汽车使用，在家庭存储方面选用不同的方式。” 清洁能源先驱企业EWS Schnau在开发环保型电池，如很大程度上可回收的盐水电池，它既不含致癌的重金属，也不需要采用稀有矿物质。

 

无论用哪类电池，家用能源存储器都可以帮助缓和发电的波动，这种功能就是人们所说的“均衡”。比如说，当电网拥有充裕电能的时候，运营商就可以付费给电池的主人，请他们代为存储剩余的电能，即使是太阳能板排没有和他们的电网联通的人。当电网需要电能的时候，家用电池和汽车电池就可以将存储的能源输送给电网。专家称，均衡是低碳社会大项目的关键。

 

但这种情形基本上还都是人们的想象。Passerini称：

 

“我们现在的（家用存储）无疑有帮助，但作用还非常小。”

 

他透露，接下来要让家用能源生产者向邻里和租客出售能源，也就是提供所谓点对点（P2P）电力交易的服务。而这将让消费者失去渠道，无法借助发电量超出自身所需的家用能源生产者，利用那些富余的清洁能源。

 

柏林应用科学大学的可再生能源系统教授Volker Quaschning这样解释当前面临多大的挑战：“我们（德国）有超过10万个家用发电和储能系统，但要达到Paris家那样的目标，光在德国就需要1000万个（这样的系统）。潜力是巨大的，但必须更便宜、更简易。”他说，为此，要让发电自用的家庭和企业能免除能耗税，并保持进口太阳能的关税不变，这样能鼓励投资。

 

“家用存储可以像我们对待太阳能那样扩大，”Quaschning这样说，他是指在投资和生产激励方面，“最终创造规模化的经济效应，大幅降低价格。”

 

最后，他充满信心地说道，这种方式曾经奏效过，所以也会再次见效。