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【原创研究】换电模式or充电模式 ——新能源汽车的“新基建”之争

日期: 2020-05-14
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【原创研究】换电模式or充电模式 ——新能源汽车的“新基建”之争


新能源汽车是必然趋势



杰弗里·韦斯特曾在《规模:复杂世界的简单法则》通过一个篇幅提到:一切都是能源。传统的化石燃料将让我们陷入封闭系统范式,而可再生能源将使我们回归真正可持续的开放系统范式。


对于一个主权国家来说,能源即是国家经济发展的命脉,也是国家发展战略的重要支柱。石油作为最重要的化石燃料之一,包括中国在内的大部分亚欧美国家都严重依赖OPEC+国家的石油进口,其中中国的石油进口依赖超过了70%,其他国家也居高不下,故在能源供应方面取代石油已经成为全球大部分国家的共识。而汽车作为石油最重要的应用领域,应用占比超过了50%,在可持续发展和能源安全的倒逼下,这部分国家都开始在汽车以新能源替代石油。


随着电机、电池技术的不断突破,电动汽车已成为最有望替代燃油车的新能源汽车被寄予厚望。虽然目前的电动汽车尚未突破燃油汽车里程和能源供应的限制,但是已经基本能满足日常需求,新能源汽车(以下无特殊说明特指电动汽车)的发展已经提上了各国的战略层面。



市场化下的新能源汽车现状



我国新能源汽车行业经历了近10年的政府补贴,培育了一批企业,随着政府补贴逐渐退坡,产业从政策主导逐渐向市场主导转变,产业的发展更依赖市场化的选择。


但在市场化的驱动下,新能源汽车的供求矛盾日益加深。一方面受到政策的刺激和约束各车企都需要生产新能源汽车,无论是全球大型车企集团,还是国内自主品牌,都为其未来5-10年内的新能源汽车生产制定了明确的规划;另一方面新能源汽车由于成本高昂和使用不便捷使得少有用户愿为其买单。“激进”的生产供应计划和乏力的市场需求之间的矛盾使得新能源汽车行业发展陷入了僵局。此外,新能源汽车在发展过程中也衍生出一系列问题制约了行业的普及。


1、新能源汽车较燃油车更高的成本


一般而言,新能源汽车比燃油车的购买成本能高出30%以上。虽然政策在过去赋予了电动汽车减免税、无牌照限制、补贴等特殊权利,但是在补贴退坡、牌照限量发放的环境下,电动汽车曾经的特殊权利优势已基本消失殆尽,高成本使得更多的购买者“望而却步”


2、续航里程较短且充电时间过长,使用效率低。


目前的电动车续航里程普遍在300km上下(除去部分高端车型),而燃油车的续航一般能达到700km以上。电动车除了续航里程低出一倍以上,充电时间长也是制约其普及的重要因素。慢充一般需要8-10小时,即便快充一般也需要2小时才能充满,大大降低了使用效率。


为了追求高续航里程,再加之2017年新能源汽车国补对于纯电汽车的电芯与电池组能量密度进行了高指标的明确倾向性,导致整车企业加速采用高能量密度的电池,纯电汽车频频出现电池燃烧高风险事故。就目前的技术而言,安全和续航里程的关系如同“鱼和熊掌”,故行业健康的发展只能通过“牺牲”续航里程才能得以实现。


3、纯电动汽车几大核心零部件生命周期错配


目前电池的寿命为1.5-3年,而车身一般为8年,电机、电控等核心零部件甚至能长达20年。当前电池技术还不足以匹配其余纯电汽车其余核心零部件的有效生命周期,故在一辆电动汽车的生命周期里,必然会进行电池的更换。而电池成本占整车成本的约40%,将带来更高的成本支出。


【原创研究】换电模式or充电模式 ——新能源汽车的“新基建”之争


新能源汽车行业矛盾的日益加深,已经使得近年来新能源汽车的产销量增长加速放缓,2019年甚至出现了下滑,与政府的目标背道而驰。目前新能源汽车除了成本高企以外,电池技术的发展也陷入了一定的瓶颈,在电池技术无法突破的时候,要实现新能源汽车的大幅推广,需要有可行的技术和模式以解决目前行业中的矛盾。

 

任何一个产业的发展都离不开强大的“基建”的支撑,对于新能源汽车而言,其能源供应网络就是“基建”,只有解决了不同技术阶段的能源供应问题,新能源汽车才有可能得以大幅推广。



换电or充电?



从2014年开始充电模式被当作能源补充的主流选择,但趋势正在发生变化,工信部等部委自2019年开始陆续出台政策鼓励换电模式。2019年6月发改委等三部委发布《推动重点消费品更新升级畅通资源循环利用实施方案(2019~2020年)》,明确“推广新能源汽车电池租赁等车电分离消费方式,降低购车成本”;尤其是2020年4月工信部联合其他部委发布的《关于完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》,约定“支持‘车电分离’等新型商业模式发展”、“新能源乘用车补贴前售价须在30万元以下,但支持‘换电’模式的车辆除外”,将对换电模式的支持提升态度跃然纸上。


换电模式之所以得到纳入顶层设计,主要是在新能源汽车高速发展的几年内,国家和企业对充电桩都进行了大量投入,但是由于受制于充电桩地段,回报周期长出现了充电桩企业全面亏损状态;后期维修成本高,导致众多充电桩报废闲置;再加上部分无人看管的充电车位经常被燃油车占据,使得充电桩利用效率大大降低。


充电桩的建设和使用似乎无法支撑新能源汽车的大规模发展,而换电模式的出现却能够有效解决目前制约新能源汽车行业快速发展的几大核心痛点。


首先,在换电模式下,车主在购买新能源汽车时无需支付电池的成本,能为车主节省约40%的购车成本。


其次,车主无需再为充电付出漫长的等待时间,只需在换电站花费3-5分钟更换电池即可。不改变用户在使用燃油车时养成的能量补充习惯,换电效率提升至与燃油车加油时间近似。


无论是网约车司机还是私家车车主,成本、便利都是其是否选择电动车的主要因素。尤其对于网约车而言,其使用频率极高,每天平均会进行两次充电,其中至少一次会在白天进行,即便限制的快充技术也需要约2小时充满,大大降低了效率,对于以时间为生的网约车司机而言无疑是雪上加霜。而且目前深圳、佛山等地已出台“新增网约车必须为纯电动车”的政策,大有在全国推广的趋势,网约车将逐渐由电动车主动。而用脚投票的网约车公司和网约车司机已经完成换电方案的市场教育阶段。


从十年前国家电网在杭州试点出租车换电服务到近期几大换电服务企业的情况看,除了节约成本和高效换电以外,换电模式相比充电模式还有以下优势:


1)  电池寿命长。由于对充电时间的需求,用户对新能源汽车充电时一般都使用快充的方式,对电池寿命造成较大的损害。而换电后的电池一般采用慢充方式补电,可以有效保护电池,延长使用寿命。


2)  电池利用率和回收率高。充电模式下的电池归属于各个车主,每个人对电池的使用和处理不同,容易造成资源浪费和环境破坏。而换电模式下的电池归属于换电站,进行电池包统一管理,换电站可根据电池的性能情况进行梯次利用,使得电池资产价值最大化;在电池寿命终止时实现电池包集中回收,大幅提高回收率,形成循环经济;


3)  便于电网配网工程建设。由于充电桩遍布于各小区、园区、楼宇之间,纯电汽车快充模式对电网冲击较大,额外的电网负荷使得电网公司需要大面积进行增量配电网;而换电站较为集中,只需集中几个区域进行增量配电网即可,方便配网,有效缓解电网压力。


4)  节约土地空间资源。充电桩的建设一般需要占用专属停车位,在土地成本昂贵的城市里,利用停车位大量从事充电服务将导致充电服务费高企,在本就成本高昂的购车成本下“雪上加霜”,影响纯电动汽车的进一步普及。但换电站的建设只需要换电车位,电池取出后充电占用空间也很小,更适合土地成本高昂的中国一二线城市。


5)  节省家用充电桩支出。与美国多为城郊别墅的住宅结构不同的是,中国城市内住宅多为高楼公寓,并不方便安装充电桩,而用户要完成充电需要到其他有充电桩的地方花费较长时间充电,影响了私家车新能源汽车普及。而换电站的普及,用户可以仅花费几分钟时间就实现换电,可以完全起到替代家用充电桩的作用,再一次降低了使用成本。


6)  实现真正的新能源。虽然新能源汽车是靠电力驱动,但是目前电力是以消耗化石燃料的煤炭为主,没能真正的实现新能源。在充电模式下,需要稳定的电网才能够保障充电过程的顺利,而目前只有煤炭发电能够保障该稳定性。而目前考虑到社会的可持续发展,未来政府会逐渐减少煤电供应,提升新能源发电的比例,从而推动可再生能源的推广和生产使用。换电模式下,换电站区位集中,电池的蓄能是由换电站统一管理,可以通过便捷的分布式储能方式,实现与可再生能源进行联动,降低对煤电能源的依赖。


换电模式展现出的优势能够有效解决行业中现存的矛盾与问题。目前,换电模式已经得到市场验证,更多的车厂也开始加入到这个行列,将共同为新能源汽车行业的发展与普及谱写新篇章。

 


总结



现阶段的换电网络对于新能源汽车,就如同“石油之于燃油车、移动网络之于智能手机”,前者将是后者大规模发展的基石。在充电模式局限性日渐暴露、换电模式技术基本成熟的环境下,哪种模式能够打破目前行业发展僵局,成为新能源汽车长远发展的强有力的“新基建”,答案似乎已经很明显了。


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