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木虫 (职业作家)

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[交流] 马斯克的大计划：用电池驱动美国已有4人参与

美国传奇企业家艾伦·马斯克旗下的电动汽车公司“特斯拉”(Tesla)发布的一款新产品：家庭用电池“Powerwall”是一台家庭用的电池组，它能让你在能源上具有更高的独立性。如果使用太阳能电池板或者风能发电的方式，你是难以确保能够得到稳定产能量的。而如果使用电池，你就可以在白天储存电力，并留到晚上再使用。

　　一台家庭电池还将让你能够在晚上，当电力公司的供电负荷处于低位时从电力公司处获得电力并将其储存起来放到白天再用。不管是对于家庭用户还是供电公司而言，这样做都是双赢的——你减少了电费支出，而电力公司则降低了白天用电高峰期的负荷压力。

　　当然家用电池是一直以来都有的，其中最常见的就是铅酸蓄电池，就像你的汽车里使用的那种。然而这样做可一点都不简单，你将需要购买很多台这样的蓄电池组并将它们连接成为一个整体。而当其中的任意一台蓄电池损坏，你就需要停下来对其进行更换。并且这类传统电池通常都很贵并且很占地方。

　　而Powerwall似乎将家用电池变成了一件很普通的家电产品。它采用挂壁式安装方法，你也不必去对单个电池组进行维护，这样一整台设备的价格大约是在3000~3500美元之间。

　　那么，直接用这样一台电池就能驱动整个家庭用电了吗？答案是否定的。因为家电使用的是交流电，而这台电池组输出的是直流电。这就意味着你需要首先将直流电转为交流电。事实上在你的汽车里可能就有这样的转换装置，如此你才能将其他耗电设备——如计算机或是咖啡壶连接到你的汽车上使用。这种转换器能够从你的电池中汲取直流电并将其转换为交流电，之后再转换为直流电。这听上去很愚蠢，但却是事实。

　　特斯拉此次推出了7千瓦时和10千瓦时的两款产品。按照一般家庭2千瓦时的耗电水平，一台10千瓦时的电池组将能够连续维持一个家庭长达5小时的电力消耗。5小时听上去似乎并不很长，但实际上已经足够解决夜晚用电的问题，因为一般在夜间的用电量要小于白天。当然这里考虑的是100%的效率水平，实际上真实的电池组效率一般只能达到92%左右，而且在交流电/直流电转换时也会有所损耗。因此如果你的家庭耗电水平是2千瓦时，那么假设3小时的使用时间才是更加符合实际的情况。

　　另外一个概念是能量密度。说到密度，你可能会立刻想到质量与体积相除。但这属于质量密度，能量密度的含义是指单位体积内储藏的能量。这个概念很重要，因为能量密度越高，你储存一定数量的能量所需要的空间就越小，越紧凑。

　　那么Powerwall的能量密度是多少？从其产品介绍看，其体积大小是130 cm x 86 cm x 18 cm，那么其体积大小就是0.201cm3，这样一来其能量密度就是179 MJ/m3或0.179 MJ/L。

　　那么相比之下的情况如何呢？根据维基百科上列出的资料，Powerwall电池的能量密度似乎并不高，因为铅酸电池的能量密度可以达到0.56 MJ/L。这可能是特斯拉电池内部的额外空间导致的结果。我们可以考察另外一个概念，即所谓“质量能量密度”(即单位质量对应的能量)。Powerwall电池的质量约为100kg，这样计算得到的“质量能量密度”约为0.36 MJ/kg，这一水平与锂离子电池的水平相当。

　　在马斯克所做的介绍中，他展示了一个雄心勃勃的设想：将美国本土的一小部分面积用于太阳能发电。具体的面积大小可以通过美国的全国用电量以及太阳能发电效率来进行估算。马斯克宣称可供全国用电的电池将仅仅占据非常小的面积，这样很小的空间内便可以储存足够全国一天使用的电量。

　　特斯拉同时还发布了“Powerpack”，这基本上就是工业级的Powerwall，其可以储存100 kWh的电力。马斯克宣称，如果使用1.6亿台Powerpack电池组，就将可以实现让整个美国完全依赖储存的太阳能电力供电

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