特斯拉能源生态系统专题研究

特斯拉能源生态系统，十年“戎马”绘“宏图”十年“戎马”绘“宏图”，特斯拉能源生态系统是等待爆发的第二增长曲线业务模式：Tesla布局完整的、深度垂直整合的能源和运输生态系统运输生态布局：以汽车产销为主业务；上游布局零件和电池自制；下游布局二手车销售和租赁；覆盖充电、维保、FSD等服务模式，额外获得积分盈利。能源生态布局：布局光伏和储能业务，上游参与电网竞价，下游与车的使用形成闭环。盈利模式：短期以售车和车服务盈利；中长期布局光伏、储能、电动车一体化；长期布局FSD及软件。产品：进军家用光伏市场，推出Megapack丰富产品矩阵户储产品持续创新驱动高销量。公司自15年4月推出户储系统Powerwall，16年10月推出第二代Powerwall，并于21年4月推出最新一代产品，注重产品研发；其安装量也在20年4月至21年5月约1年时间实现了10万台，技术创新保障产品竞争力。收购SolarCity，公司于16年8月宣布收购家用太阳能公司SolarCity以拓宽业务条线。建设Megapack储能工厂，加码大型储能业务。于19年推出应用于大型储能场景的Megapack，为消化旺盛需求又于21年9月开始建设40GWh/年Megapack储能工厂。远景：规划到2050年全球储能规模达240TWh，对应10万亿美元投资特斯拉宏图第三篇章提出加快可持续能源经济的建设，总目标为240TWh储能电池，30TW绿色发电能力（光伏+风电），对应10万亿美金的建设投资，能源需求减少50%，土地需求小于0.2%，投资占22年全球GDP的10%。预计2023年特斯拉还将继续推出新的储能产品，来应对下游强劲需求。市场：依靠汽车品牌优势建立口碑，储能需求高增之下供不应求早期借助汽车品牌优势，逐步建立光储口碑。特斯拉将储能业务植入汽车门店与服务中心，能源业务初步放量，但由于公司重心仍放在车端的产能扩张和品牌推广，光储装机量在2016-2019年保持平稳小幅增长。下游储能需求高增，供不应求之下加速扩产。2020年起美国储能需求快速增长，叠加新产品Megapack开始贡献量，特斯拉储能装机量同比+83%达3GWh。2021年中受供给端逆变器、IGBT紧缺，及需求端持续强劲影响，公司长期处于订单积压状态。加速建设Megafactory、拓宽供应链后，在22年装机量创新高达6.5GWh。预计随Megafactory投产放量，能源业务规模继续同比高增。盈利：毛利率受原料涨价和组件紧缺有所波动，当前受益规模效应平稳上行能源业务毛利率波动较大，主要系原材料涨价、供应链趋紧等问题导致成本端承压。22年随储能产品涨价和规模效应拉动，成本下降，盈利能力有所改善。光伏业务：拓宽供应链应对成本上涨。受美国反倾销政策对光伏组件进口限制的影响，公司光伏业务供应链紧张、生产受限、成本上涨，但22年随公司拓宽供应链该现象有所好转。储能业务：22年快速放量，售价上调叠加规模效应增强盈利。2021Q3起受上游碳酸锂等原材料价格大幅上涨影响，储能电池端成本上涨，毛利率下行；随着22年4月储能产品端售价上升，原材料涨价向下传导，毛利率回调，并在规模效应下保持平稳向上。能源短缺、电价上涨叠加政策驱动，储能需求空间广阔需求端：能源紧缩局面下欧美电价持续飙升高通胀、能源危机下的高昂电力价格形成天然需求。美国通胀已于22年年中达到40年来最高峰，电价处于高位，欧洲也面临用电成本高昂的困扰，德国电价于22年7月初达到328欧元/MW，法国电价更是高达366欧元/MW；无论是家庭储能/发电还是公用事业储能业务的蓬勃发展，电力价格都是首要驱动因素。一方面各国居民将光伏+储能产品视为长期投资以节约用电成本，并在恶劣天气下保障稳定的能源供应；另一方面欧洲、澳洲等地方电网和政府的公用事业同样需要大型储能项目实现错峰供电，同时降低发电成本和稳定供应。需求端：家用电价持续上涨利好户储需求，预计户用新增容量成倍增长高通胀叠加自然灾害侵扰不断，户储需求空间将进一步扩大。根据EIA（美国能源信息署），美国户用电价整体呈持续增长态势，叠加美国多地频繁发生的暴风雪等自然灾害，电力供应不稳，利好户储需求；17年美国家庭电力装机量约为13MW，至20年该数字经历高速发展达到了235MW，约18倍的扩张；2021年美国新增户用储能装机量10.1万个，新增容量0.4GWh，预计2022年新增24.9万个，新增容量1.62GWh。预计全球户用全球户用储能新增装机2021-2025复合增速112%。政策端：税收抵免政策到期或将带动户储抢装潮美国政府出台多项政策，其中对22年底前安装的家用太阳能系统提供26%的税收抵免，23年全年提供22%的税收抵免；各州颁布了不同国家/本地公共事业的奖励，以此激励各州居民选择清洁能源。清洁能源/储能设备安装符合国家发展大势，各项费用减免/激励政策进一步降低用户获取成本，由于23年后税收抵免的大幅减弱，预计22、23年或将出现户储抢装潮，进一步推动太阳能、户储系统安装量。结构端：可再生能源占发电比重增长带动储能需求量储能设备保障可再生能源的平滑供应。储能电池除了应用于电网辅助服务、电网输配电等场景外，主要有助于可再生能源并网，特斯拉Megapack能够与可再生资源配对，同时可以平滑资源的输出；光伏、风力、水力等发电方式均难以实现峰、谷时电力的稳定供应，配备储能产品后无需在峰时依赖相对高昂的电网电力；传统发电方式下，往往需要配备高峰发电厂，而储能项目建设后则无需高峰发电厂的建设，降低单位能源生产成本与碳排放量，用户侧同样能够有效调峰消谷。预计欧美储能装机需求将迎来高速增长时期，美国以大储为主，欧洲以户储为主政策与需求共振，美国储能市场广阔，大型储能占据主导地位。美国拥有全球最大的储能市场，2021年新增储能容量/功率需求分别为8.7GWh/4.0GW，同比增加325%/434%。从应用场景上看，2021年表前新增储能容量需求占总需求的76%。在美国完善的电力现货交易制度与新能源需求的驱动下，美国储能需求不断高增，2025年表前/工商业/户用新增储能容量需求有望达98.3/10.4/43.4GWh。欧洲市场户储占比高，预计2025年新增容量需求达36.59GWh。2021年欧洲表前/工商业/户用新增储能容量需求分别为2.5/0.27/3.09GWh，同比增长262%/93%/155%,其中用户侧为欧洲储能新增的主要动力，2021年占比达52%。随着户用储能技术走向成熟，光储平均度电成本迅速下降，据SPE数据，2021年德国光储平均度电成本为14.7欧分/kWh,只有户用电价的一半。因此相比老旧的电力系统，户用光储更具经济性与稳定性，我们预测2021-2025年户储新增容量需求CAGR有望达到86%。Solar&Powerwall：产品迭代性能领先，拓宽供应链多重调整适应市场光伏产品SolarRoof&Panels：SolarRoof一体化程度更高，持续更新迭代SolarRoof较SolarPanel一体化程度更高。SolarPanel为太阳能板，是加装于传统屋顶的BAPV形式；SolarRoof是太阳能组件与屋顶一体化的BIPV（光伏建筑一体化）形式。与SolarPanel相比，SolarRoof与建筑的一体化程度更高，更加美观，采用强化玻璃材质，耐用度比一般屋顶高3倍，使用寿命更长，并提供25年保修。SolarRoof持续更新迭代，将推出SolarRoofV3.5。目前SolarRoof已升级至第三代，SolarRoofV3通过升级单位组件的尺寸，降低安装复杂性（零件和组件数量减少50%+）、增加产品发电量。预计未来将推出SolarRoofV3.5，与家用储能产品PowerWall、虚拟电厂等有机结合，以新房项目合作等形式推广。SolarRoof&Panels：拓宽供应链多重调整适应市场经历产能爬坡与技术降本，较市场更具经济性：特斯拉于2017Q4起在纽约布法罗工厂开始生产太阳能屋顶，并循序渐进提高产量，2020Q1单周产量超4MW，规模效应下实现降本，2020Q2公司太阳能系统平均1.49美元/W，较行业平均优惠1/3。供应链趋紧之下规模进入平稳阶段：2021Q1公司光伏业务进入稳定发展阶段，2022Q1受到光伏组件进口延期影响，装机量短期波动，特斯拉拓宽供应链后恢复单季度100+MW的装机水平。Powerwall：产品力行业领先，20年市占率高达73%Powerwall在价格和产品力上均具备优势。与Enphase和LGChem的产品相比，Powerwall+的每kWh价格以及额定功率等性能方面具备明显优势；同时根据EcoExperts对热门电池评估，受益于特斯拉数年来的实际安装经验及设计过程中的产品集成，Powerwall具有易于安装的优势。Powerwall在美市占率常年第一。目前美国户储第一品牌为特斯拉，第二、三分别为Enphase和LGChem，2020年Powerwall全美市占率高达73%，2021年特斯拉与Enphase占据70%以上的市场份额，特斯拉头部优势显著。Megapack：打响大储项目战役，工厂投建订单充足迎放量工商业&大储产品Megapack：光伏电站电网连接点，降低大规模储能复杂性Megapack架构大幅降低大规模储能的复杂性，对光伏项目的支持将促使其成为更优选。Megapack是专门用于公用事业规模项目的新型电池产品，提供了一种简单的安装和连接程序，大大降低了大规模电池存储的复杂性。通过消除单独的光伏逆变器，特斯拉直流电集成解决方案降低系统级别成本，并最大限度减少了电力转换步骤，以提高整体站点级别效率。特斯拉将整个工厂与单一控制系统的集成为太阳能光伏斜度控制和可再生能源调度提供快速全面的平台。Megapack：较Powerpack实现优化，单位容量提升、单位成本降低Megapack单位容量较Powerpack大幅提升，单位成本下降。单个Megapack容量目前已升级至3.9MWh左右（此前为2.5-3MWh），超过14个Powerpack之和，但单位成本更低，与Powerpack同样采用锂离子电池技术、并适应相同的工作温度。Megapack系统完全集成驱动安装效率提升，并实现安全性能提升：在电池层集成加热与冷却，并且在产品内部建造专门的危险气体排气装置；预安装双向逆变器、热管理系统、主要交流断路器，到项目现场后只仅需锚定与连接交流导体和通信电缆即可快速实现安装。Megapack：备受好评，需求旺盛的大型储能业务南澳大利亚Powerpack项目打开大型储能市场，Megapack顺势而生。公司17Q4使用Powerpack完成安装的南澳大利亚100MW/129MWh项目是彼时世界最大的锂电储能项目，有效解决了南澳大利亚电力短缺、供应间歇性和夏季高峰负荷等问题，并首年就为当地项目节省近4000万美元。该项目使得全世界范围内的电力公司与政府认识到大型电池储能项目的前景，为顺应储能发展大势，公司于19Q3推出单个容量可达3MWh的Megapack产品。Autobidder：整合全球储能资源，奠定长期市场地位Autobidder采用虚拟电厂概念，可以实现各参与主体的投资回报和增值虚拟电厂（VirtualPowerPlant，VPP）是利用先进的通信、量测、控制技术和软件系统构成的虚拟联合体，实现对分布式电源、储能、可控负荷、电动汽车等资源的集群聚合与优化控制，并作为整体参与电网调度运行与电力市场交易。其内部资源在空间上分散分布而非一个集中的物理实体，故称之为“虚拟”；在整体上协同一致实现与电厂相同的功能，故称之为“电厂”。通过虚拟电厂统一运营，实现了削峰填谷的作用，同时获得了辅助服务收益。典型日内各类主体参与虚拟电厂后其收益均增加，虚拟电厂运营商也可获得相应收益，因此虚拟电厂运营模式可以实现各参与主体的投资回报和增值。虚拟电厂关键技术包括感知、预测、交易、结算四大类，对应四大类关键技术虚拟电厂关键技术包括感知、预测、交易、结算四大类，对应四大类关键技术，相关的设备、平台主要包括：1）状态感知与灵活聚合：传感器、表计等，相关公司有炬华科技、安科瑞、海兴电力、林洋能源等；2）信息预测与容量估计：负荷预测、电价预测等，相关公司有国能日新等；3）市场交易与优化决策：投标报价系统，现货交易平台等，相关公司有恒实科技、国电南瑞等；4）补偿结算与效益评估：电力财务系统等，相关公司有朗新科技、远光软件等。Autobidder：特斯拉分布式能源的核心与枢纽Autobidder是特斯拉分布式能源的核心与枢纽，实现垂直一体化整合。Autobidder是特斯拉2017年推出的智慧能源管理平台，特斯拉的新能源汽车、充电桩以及光储产品均可以搭载Autobidder，实现从“发电-储能-用电-交易”的闭环，完成“车+桩+光+储+荷+智”电力生态系统的一体化整合。Autobidder是系统+平台+算法库，实现资源高效分配和收益最大化。Autobidder不仅是电力实时交易与控制平台，还能够通过算法预测和优化再生能源发电负荷曲线、稳定电网波动、储存多余电能等，实现虚拟电厂的自动调度功能，帮助所有者和运营商实现能源产品投资组合的最优化。据特斯拉测算，通过使用光储系统+Autobidde