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    新能源汽車補能方式進入發展新階段 換電賽道風口將至
    2022-03-16 10:03
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      換電模式是指通過集中型充電站對大量電池集中存儲、集中充電、統一配送,并在電池配送站內對電動汽車進行電池更換服務或者集電池的充電、物流調配以及換電服務于一體的快速補電模式。根據頭豹數據,按換電站年收入計算的中國新能源汽車換電服務市場2022年規模預計將達669億元,2030年將達1萬億元。
     
    資料來源:頭豹(注:該估計尚未包括二輪電動車換電市場規模)
     
      一、發展歷程
      2007年,世界首家換電運營公司Better Place成立,但由于電池技術不成熟,運營成本過高且銷量過低(與雷諾的Fluence ZE車型合作)等原因,該公司于2013年宣布破產。2013年,特斯拉提出快速換電技術,但由于政策以及無法實現商業盈利等原因,轉向快充技術。
      在中國,國家電網首先在新能源乘用車領域開展了換電技術應用研究,提出了“換電為主、插充為輔、集中充電、統一配送”的商業運營模式,2010年在杭州基于高箱體標準箱技術完成500臺純電動出租車換電試點,驗證了“車電分離,里程計費”的商業模式的可行性。 
      2014年起分箱換電、底盤換電等技術方案的探索改善了換電站運營成本和能源補充效率的問題,車輛的穩定性和安全性得到提升。但在2020年之前,由于換電站投入成本高、換電車輛少、標準不完善等因素,換電模式僅以公交示范項目為主,而充電模式才是市場主流。
      2020年以來,新能源汽車補貼逐步退坡,整車購買成本成為新能源汽車制約因素之一,隨著國家新能源戰略明確、示范項目的成功探索、電池技術的進步、新能源汽車行業爆發確立下游B端和C端需求,市場進入快速擴容期,中國新能源汽車補能方式進入充換電并行發展的階段。
     
      二、產業鏈
      換電產業鏈中,上游環節為換電設備及其基礎零部件,中游為換電運營商,下游為商用車、乘用車、兩輪車等應用場景。
     
    換電產業鏈
    資料來源:樂晴智庫,華鑫證券研究
     
      上游的換電站軟硬件包括換電機器人、取送電池設備、充電艙、連接器、溫控模塊、定位模塊、監控模塊以及控制模塊等。國內換電設備供應商主要包括山東威達、博眾精工、瀚川智能、科大智能等。其中,山東威達與蔚來深度綁定,二者合資建立子公司昆山斯沃普,為蔚來二代換電站獨家供應換電設備;博眾精工、瀚川智能、科大智能擁有豐富換電設備技術儲備,產品已經過多代更迭,為東風、北汽、吉利等傳統車企提供換電設備。
     
    換電設備供應商
    資料來源:各公司官網,華鑫證券研究
     
      中游的換電運營商與電池銀行(電池資產公司)、整車企業、消費者、電網等共同構成車電分離產業生態,并通過電池梯次利用與回收形成商業模式的閉環。當前,乘用車換電運營商主要玩家有蔚來、奧動、伯坦,截至2021年底,三者分別建有換電站789座、402座、107座。商用車換電主要參與者則為玖行能源。
     
    換電運營商及電池資產公司連接產業鏈上下游
    資料來源:蓋世汽車,華鑫證券研究
     
      主流運營商中,蔚來換電站為車企自主建設,規劃至2025年全球共建成4000座換電站,其中海外市場1000余座。奧動與北汽、上汽等老牌車企共同建設運營換電站、研發換電車型,規劃至2025年建成10000座換電站。北汽的擎天柱計劃在2022年底將累計建成3000座光儲換電站;吉利與力帆聯手設立合資企業,計劃推出全新車系,至2025年底建成5000座換電站。協鑫能科計劃到2025年至少建成5000座換電站。國家電網計劃到2025年建成1000座公用及商用換電站。國家電投計劃到2025年新增投資持有換電站4000座。中石化計劃2025年之前建設5000座智能充換電站。
      換電站運營為重資產行業,前期投入高。根據協鑫能科公告,乘用車換電站單站建設成本約為260萬元,重卡換電站建設成本則需420萬元。除換電站建設費用外,運營商還需承擔電池投資、線路投資等,單乘用車、重卡換電站所需投資額可分別達到500萬元、1000萬元。
      換電產業鏈的下游已在重卡、公交、出租車和網約車、私家車、兩輪電動車等領域擁有豐富應用場景。從車輛用途看,傳統車企的換電車型以營運車為主,私家車為輔;新勢力則主攻私家車市場。相對于私家車,營運車輛充電頻次高、對充電時長更為敏感,可能成為換電模式最先引爆的場景。
     
      重卡:換電重卡需求迎來爆發
      目前,國內重卡保有量超過850萬輛,由于較大的燃油消耗量和碳排放量,是電動化的重點對象。據電車資源統計,2021年新能源重卡共銷售10513輛,年銷量沖破萬輛大關,大大超過市場預期。其中,換電重卡銷售3228輛(占比30.70%)。換電重卡相對于充電重卡的優勢首先在于補能速度快,充電重卡即使采用雙槍快充方式補能也要一個小時以上,而換電一般只要五分鐘,可解決電動重卡補能痛點。其次,在換電模式下,因采用車電分離的形式購買換電重卡,可使購車成本大幅下降。再則,在使用成本上,換電重卡電費加上電池租賃費用合計約1.2元/kwh,相同條件下,換電重卡對比燃油重卡的單車年運營成本要低10萬元左右。根據商用車保險數據,2022年1月份全國電動重卡銷量2263臺,電動化滲透率持續攀升至7.07%,其中換電重卡銷量接近100%。換電重卡正在憑借時效性和經濟性加速商用車領域的電動化進程,并可能成為新能源換電模式最先普及的子賽道。
     
      乘用車:營運車換電初具規模,私家車正逐步滲透 
      國內老牌車企紛紛入局換電行業,新勢力亦漸有試水。其中,東風、吉利近兩年分別推出4款、3款換電車型,對換電模式布局積極;北汽對換電行業布局最早,以EU5作為主要換電車型;上汽于2021年3月推出榮威Ei5,正式進軍換電行業;新勢力中,除蔚來全系車型支持換電外,威馬、哪吒也各自推出換電車型,作為對換電行業的試水。
     
      三、業務模式
      換電技術主要解決電池卸下和裝載時保持電池與汽車連接穩定性的問題。目前市場上乘用車換電技術路線主要有分箱換電(又稱分包換電)、底盤換電(又稱整包換電)兩種類型。底盤換電不改變車體前后軸重量,可實現全自動換電,大幅縮短換電時間,蔚來、奧動、北汽新能源均采用底盤換電;分箱換電通用性好,易實現標準化,力帆、伯坦科技采取此技術路線。
     
    乘用車換電技術路線的比較
    資料來源:GGII
     
      商用車(如重卡、礦卡)換電技術路線分為整體單側、整體雙側、頂吊式換電三種。
      頂吊式換電采用鋼索吊裝電池包,由于鋼索具有一定柔性,可以兼容特定的停車誤差。因此頂吊式換電技術簡單、成本低、可行性較好,為最早商用化的手段。
      整體單側換電智能化程度較高,對司機專業性要求低。但由于電池抓取機構為剛性,若車輛停放位置與既定位置產生偏差,容易對導向機構造成損傷,同時由于對控制精度要求高,需要配套激光雷達及視覺傳感器等設備,導致成本相比頂吊式換電也更高。
      整體雙側換電優勢為電池不占貨箱空間,更適用于電池存儲位置有限的礦卡,并契合特定需要雙側布置電池的車型。但由于其需要同時配備兩套機器人及電池存儲充電倉,造價也相對較高。
     
    商用車換電技術路線的比較
     
      依據服務對象的不同,換電站通??梢苑殖扇悾菏紫仁巧逃密嚀Q電站,通常適用于(半)封閉區域內、線路相對固定的重型電動商用車。其次是主要服務于電動出租車、網約車的集中式換電站,這類模式對網點數量要求不高,通常不會涉及高速公路等特殊場合,代表企業有北汽、奧動新能源等。再則是適用于私人乘用車換電站,由于私家車行駛軌跡的隨機性,這類服務對網點數量要求極高,且須兼顧市區、高速公路等各類場合,典型企業如蔚來。近期,動力電池巨頭寧德時代也推出了乘用車換電業務,并計劃將該換電服務同時面向不同車企開放,贏得了業界的普遍關注。
      換電關鍵技術包括機械連接技術、電連接技術、液冷連接技術、監控技術等,目前均已較為成熟。隨著換電車型不斷應用,新能源汽車換電關鍵技術的焦點開始集中在換電快速性和安全性、電連接的可靠性和耐久性、換電電池安全性及長壽命要求。
     
    新能源汽車換電技術進展
     
      四、市場空間
      2021年新能源汽車銷量為352萬輛,同比增長157%,占汽車總銷量的比重由2017年的2.7%增長至13.4%。新能源汽車保有量于2021年達到784萬輛,同比增長59%,占比由17年的0.7%升至2.6%。
      根據中汽協預測及《新能源汽車產業發展規劃》指引,2025年全國汽車年銷量有望達到3000萬輛,其中新能源汽車占比將達到20%,年銷量為600萬輛。根據銷量預測與當前保有量的核算,2025年新能源汽車保有量將超過2770萬輛,四年的CAGR為37.1%。屆時新能源汽車保有量占比將由2021年的2.6%提升至2025年的6.7%。隨著新能源汽車高速發展,相關配套設施也將迎來重大機遇。
      當前充電模式為市場主流。根據中國充電聯盟統計數據,截至2021年底,我國共擁有充電站7.5萬座,換電站1298座。歷經10年發展,充電樁已在全國范圍內形成一定規模。但相比充電,換電模式減少補能時間可提升運營車輛司機收益、集中規范充電和維護保養可減少電池安全隱患并延長電池使用壽命、車電分離可降低用戶初次購車成本、錯峰集中充電可降低電網負荷,因此越來越受到關注。
     
    三種補能方式比較
    資料來源:國際新能源網,京能新能源,太平洋汽車,前瞻產業研究院,EVCIPA
     
      五、經濟可行性
      營運車如出租車、網約車看重盈利能力,在僅考慮月收入和補能費用后,換電模式下司機月收入有所提高。假設出租車司機每日工作總12小時(包含補能時間),平均每小時行駛40公里,參考北京市出租車收費標準,超出起步價后每公里收取2元,出租車電池容量為60kwh(參考北汽EU5車型),剩余電量20%時進行補能。經測算,除補能費用后,使用快充單日收入為843元,使用換電單日收入可達876元,換電可使司機月收入增加約1000元。
     
    快充和換電模式下司機日收入比較
    資料來源:天風證券研究所
     
      商用車如服務于沿海港口、大型物流園、礦區等地的重卡、礦卡耗電量高,單日補能次數更多;同時電池容量大,充電時間較長。采用換電后可有效提升運營時間,實現連續運營。重卡電池普遍容量為282kwh,續航里程150-200公里,按單日行駛里程300-500公里計算,單日需補能2次??斐溲a能時間為1-1.5小時/次,換電相比快充可為司機節省出2-3小時的工作時長,提升了盈利能力。
     
    國內純電動重卡車型及參數
    資料來源:天風證券研究所
     
      六、政策鼓勵
      換電模式政策暖風頻吹。2020年4月在《關于完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》中為鼓勵“換電”新型商業模式的發展,加快新能源汽車的推廣,明確“換電模式”車輛不受新能源乘用車補貼前售價須在30萬元以下(含30萬元)補貼政策的限制。2020年5月國務院在《2020年政府工作報告》中首次將充電樁與換電站進行分別表述,并作為“新基建”的一項內容。自2021年5月起重慶、海南、遼寧省大連市相繼頒布換電站補貼標準,參考乘用車換電站單站投入500萬元,最高可獲得150萬元的一次性建設補貼,以加快換電站建設速度。隨著換電站未來迎來快速增長,各省市或將陸續出臺補貼標準。同年11月《新能源汽車產業發展規劃(2021-2035年)的通知》明確鼓勵開展換電模式應用。
      換電技術標準走向統一。2021年4月《電動汽車換電安全要求》換電領域首個基礎通用國家標準的發布,并與11月起開始實施,文件中對換電汽車設計、換電接口連接、電池包功能及相關監測要求做出了明確規定,從機械強度、電氣安全以及環境適應性三個角度保障了換電汽車的使用安全,為換電模式的發展提供了標準支撐,引導了行業合理規范的發展。2021年12月,由電池供應商寧德時代、欣旺達,整車廠廣汽集團、蔚來、北汽新能源,第三方運營商伯坦科技、協鑫能科、奧動新能源等各方企業共同參與制定的《電動乘用車共享換電站建設規范》正式發布,在電池包、換電機構、換電站布局規劃等12個方面對換電站的標準進行規定,其中《建設規范》第5部分專門對電池包技術進行要求,規定了底盤式換電乘用車的電池包的尺寸、電量以及電壓等因素。出于不同換電站的兼容性要求考慮,電池包包容尺寸被限制在長度不大于2100毫米、寬度不高于1540毫米、高度不超過280厘米的范圍內,并且根據兩種形狀重點推薦了四種典型換電電池包,為將來電池包尺寸的統一提出了參考標準。2022年2月24日,上海市印發《關于本市進一步推動充換電基礎設施建設的實施意見》,意見提出,探索優勢領域換電服務共享模式。加快制定換電車型、換電設備、換電場站建設等地方標準,打破換電技術跨品牌、跨車型應用壁壘,推動在專用車輛和乘用車等主要應用領域形成統一的換電標準。
      試點工作正式展開。2021年10月,工信部發布《關于啟動新能源汽車換電模式應用試點工作的通知》,根據政策力度及換電經驗等因素選取11個試點城市,包括綜合應用類城市8個(北京、南京、武漢、三亞、重慶、長春、合肥、濟南)、重卡特色類城市3個(宜賓、唐山、包頭),目標為推廣換電車輛超10萬輛,新建換電站超1000座。試點城市作為換電在全國范圍推廣的第一階段,將加快換電產業形成可復制的經驗。
      目前換電行業仍在發展初期,參考充電樁發展歷史,隨著未來換電行業標準逐漸統一以及各省市的補貼政策逐漸完善,換電模式將迎來風口,未來有望實現爆發式增長。
     
    作者:誠通基金管理有限公司 張金鑫博士
    組稿:左子晗
     
     
     
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