電動汽車與充電機充電基礎設施發(fā)展現(xiàn)狀與展望
2017-8-2 10:18:39??????點擊：
近日，國網(wǎng)能源研究院何博博士在“2017第二屆電動汽車及充電機充電基礎設施建設運營高峰論壇”做了名為“電動汽車與充電機充電基礎設施發(fā)展現(xiàn)狀與展望”的演講，以下為演講全文：
何博：今天要為大家介紹的是國網(wǎng)能源研究院近期完成的有關于電動汽車與充電機充電基礎設施整體的現(xiàn)狀以及作為一個行業(yè)未來發(fā)展前景的展望。
電動汽車與充電機充電基礎設施發(fā)展現(xiàn)狀與規(guī)律分析
當今電動汽車發(fā)展大勢不可逆轉(zhuǎn)
在細致地去梳理現(xiàn)狀之前我們先從兩個更加宏觀的視角來看待電動汽車與充電機充電基礎設施這兩個事物。
首先是電動汽車，從歷史的視角來看，到現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)歷了“三起兩落”的歷程，也就是說電動汽車并不是近期才產(chǎn)生的新生事物，其發(fā)展歷史已經(jīng)超過百年，前兩次都以失敗告終，從內(nèi)因上來講是由于動力充電機充電蓄電池技術(shù)進展緩慢，不足以支撐電動汽車大規(guī)模的使用。從外因上來講可能各有不同，總體來看，從2008年以來這輪電動汽車的興起，無論是內(nèi)因，也就是動力鋰離子充電機充電電池的充電機充電技術(shù)進步，還是外因，包括一些產(chǎn)業(yè)政策等各個方面的制約，這些限制因素現(xiàn)在看來都得到了或多或少的重大突破，所以我們這次的判斷也就是2008年以來，這次電動汽車再次興起，應該是電動汽車真正登上世界舞臺，成為主流的這樣一種交通方式的絕佳機會。
讓我們換一個視角，從能源的視角來看，總體上判斷電能替代在各個領域，尤其是終端能源消費的領域，是避不可避的一個趨勢。非交通領域，過去幾十年來電力和石油占中國能源消費的比重呈現(xiàn)了此消彼漲的態(tài)勢，但是在交通領域中，由于長期沒有解決移動儲能也就是動力充電機充電電池方面的問題，導致電力在交通領域終端能源消費中的占比一直進展不大，從這樣一個趨勢來看，交通領域可以說是電能替代目前最后的主戰(zhàn)場，也是未來10年、20年內(nèi)我們認為電能替代在中國能源消費最重要的環(huán)節(jié)。
從以下幾個方面來詳細地描述一下電動汽車以及充電機充電基礎設施整體的狀況。
從政策方面，總體上來看，電動汽車在美、日、歐包括我國都成為了產(chǎn)業(yè)政策的重點，在政策推動下市場規(guī)模近幾年得到了快速增長，政策無非就是“胡蘿卜+大棒”兩個大方面，總體各國采用的政策制定方法方式基本都是相似的。
從充電機充電技術(shù)方面，之前制約電動汽車發(fā)展的動力充電機充電電池可以說從近年來，就是從2008年以來得到了非?？焖俚倪M步，無論是能量密度，還是單位能量價格，這些關鍵充電機充電技術(shù)指標都有了長足的進步。
從產(chǎn)業(yè)界方面，基本上汽車產(chǎn)業(yè)界已經(jīng)逐漸形成了共識：共同發(fā)力來推動電動汽車的進步。這里大概可以分為三類，首先，第一類就是稱之為領軍車企，舉兩個例子如特斯拉和比亞迪，這兩家車企為代表的電動汽車領軍企業(yè)不斷地推出明星產(chǎn)品，銷量與市場份額不斷提升，第二個，也是去年年底以來一個非常明顯的轉(zhuǎn)型，就是以德國大眾、日本豐田等為代表的傳統(tǒng)車企巨頭，也開始認識到電動汽車這一不可逆的產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢，轉(zhuǎn)向全力地聚焦電動汽車并且?guī)影ū捡Y、本田、斯巴魯?shù)纫淮笈膫鹘y(tǒng)車企加快轉(zhuǎn)型。最后，特別是我國有一批新興的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)也參與其中。
產(chǎn)品來看，我們一個研究的結(jié)論，總體呈現(xiàn)了兩頭熱、中間相對薄弱的這樣一個特點。兩頭熱，就是微型車、低端車，這實際就是我國廣大的縣城包括農(nóng)村地區(qū)隨處可見的低端電動汽車，還有兩輪、三輪的電動自行車，在低端的交通工具領域，電氣化在我國已經(jīng)有了很大的比重，高端優(yōu)質(zhì)的電動汽車，包括像特斯拉，有一個數(shù)據(jù)，在美國大型豪華轎車這樣一個細分領域，特斯拉Model S占比接近30%，遠遠超過我們傳統(tǒng)印象當中的奔馳S、奧迪A8等等，Model S排名第一而且搖搖領先。中間狀態(tài)，就是大部分基于燃油車改造的電動汽車，目前來看還是沒有能在全球范圍內(nèi)得到市場認可，總體上它的競爭力還是比較薄弱。
充電機充電行業(yè)標準制定是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關鍵
充電機充電基礎設施方面，首先，在政策扶持上逐漸的成了各國扶持的重點，包括美國、歐洲、日本、中國在內(nèi)，都出臺了詳細的扶持政策體系。
充電機充電行業(yè)標準的制定，一直是充電機充電行業(yè)發(fā)展的重中之重，也是規(guī)范發(fā)展的一個關鍵。目前我國的國標體系已經(jīng)跟美國的SAE標準體系、IEC、日本的CHAdeMO形成了世界上四大主流標準體系。從數(shù)量來看，全球范圍內(nèi)充電機充電基礎設施數(shù)量正在快速增長，這里的數(shù)據(jù)是截至去年年底的，我國公共充電機充電設施達到了14.1萬個，遠遠領先于美國、歐洲、日本。
從充電機充電基礎設施的市場參與主體來看，日趨多元化是全球范圍內(nèi)共同的發(fā)展趨勢，大致我們歸納分成四類，首先是新興的專業(yè)化的充電機充電運營商，包括美國的chargepoint，還有車企特斯拉、國內(nèi)的比亞迪等，這個專業(yè)的互聯(lián)網(wǎng)化的充電機充電設施的互聯(lián)網(wǎng)服務平臺為例子的就是美國有一個plugshare，沒有自己的充電機充電樁，只提供互聯(lián)網(wǎng)服務。最后是傳統(tǒng)的充電機充電企業(yè)，包括我們的國家電網(wǎng)公司，美國的EVGO等。
小結(jié)一下，本輪間同電氣化轉(zhuǎn)型的內(nèi)在驅(qū)動力源自鋰離子充電機充電蓄電池技術(shù)的突破，外部驅(qū)動力則源自各國能源轉(zhuǎn)型升級和搶占全球新一輪產(chǎn)業(yè)競爭制高點的訴求，近幾年有了實質(zhì)性突破，充電機充電基礎設施近年來在各各方面進展較快，形成了網(wǎng)絡化的總體發(fā)展趨勢，但是發(fā)展的程度與發(fā)達國家相比還有比較大的差距，各國對充電機充電設施的重視程度和投入力度雖然明顯加大，可還遠遠不夠，仍需加強。
電動汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景展望
五大因素影響電動汽車產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展
這里我們選擇了一個切入點，首先，研究電動汽車為代表的這樣一類新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展所具備的一個非線性特征，新興產(chǎn)業(yè)往往會在發(fā)展初期呈現(xiàn)出非常強烈的非線性的快速增長特質(zhì)，這一過渡階段往往也是產(chǎn)業(yè)格局塑造的關鍵。實際上我們研究的重點，就是電動汽車作為一個新興產(chǎn)業(yè)能否成功地突破幼年期、進入成長期、最終進入行業(yè)自主發(fā)展的成熟期。進入這樣一個轉(zhuǎn)折點的關鍵問題我們梳理形成了五大關鍵問題：第一，能否有效地突破動力充電機充電電池最大的充電機充電技術(shù)瓶頸。第二，能否有效突破市場接受程度的瓶頸。第三，能否有效突破充電機充電設施的瓶頸。第四，它與其他包括像氫燃料充電機充電電池汽車等充電機充電技術(shù)路線相比，其他的充電機充電技術(shù)路線是否會有顛覆電動汽車整體充電機充電技術(shù)路線風險。第五，電動汽車能不能夠?qū)崿F(xiàn)我們發(fā)展的初心，也就是能不能有顯著的資源與環(huán)境效率。
第一，能否有效突破動力充電機充電電池瓶頸。綜合全國內(nèi)外主流機構(gòu)的判斷，依托現(xiàn)有鋰離子充電機充電技術(shù)路線的改進和提升，到2020年，動力充電機充電電池系統(tǒng)能量密度提高1倍以上，價值下降一半以上，將有效突破動力充電機充電蓄電池技術(shù)瓶頸。
第二，能否有效突破市場的瓶頸。我們將從三個方面來論述這個問題，首先是用戶體驗，在乘用車和公交、出租等一些主流市場，從總體來看，電動汽車體驗顯著的優(yōu)于燃油車，當然也有目前行駛里程不長、充電機充電時間過長等一些制約的瓶頸，但是隨著動力充電機充電電池的充電機充電技術(shù)進步，這些制約的瓶頸將會逐漸消失，總體上電動汽車的用戶體驗，包括低噪音、高舒適等，要顯著優(yōu)于燃料汽車。當然也有相應的一些短板，比如大中型的載貨、載客汽車，以及在高寒地區(qū)電動汽車的用戶體驗可能相對要差一些。
政策力度方面，我們總體的判斷是，各國仍將保持比較強的扶持政策力度，從而確保電動汽車在政策方面能夠繼續(xù)享受一定的優(yōu)待，至少是在相當長的一段時間之內(nèi)。
經(jīng)濟性方面，經(jīng)過對比電動汽車與燃油車的全周期相對經(jīng)濟性比較模型，總體來看考慮到國家當前的政策補貼情景，以及未來發(fā)展的動力充電機充電電池以及電動汽車規(guī)模量產(chǎn)包括充電機充電技術(shù)比較成熟之后，電動汽車在全生命周期內(nèi)相對于燃油汽車是有比較顯著的經(jīng)濟性優(yōu)勢的。
第三，能否有效突破基礎設施的瓶頸。我們總體得出一個結(jié)論，充電機充電基礎設施由于大電網(wǎng)以及各類已有的停車基礎設施的存在，并沒有土地、充電機充電技術(shù)、能源資源等方面的硬性約束，并且去建設加油站、加氣站、加氫站相對而言它的難度實際上是更低的，只要在政策機制、商業(yè)模式上實現(xiàn)突破，完全可以實現(xiàn)快速發(fā)展。
第四，其他充電機充電技術(shù)路線能否顛覆電動汽車市場。通過對不同充電機充電技術(shù)路線之間從能源交通這樣一個大系統(tǒng)的對比，主要是選取了傳統(tǒng)燃油車常規(guī)的混合動力、電動汽車、氫燃料充電機充電電池汽車，可以發(fā)現(xiàn)在考慮未來可再生能源發(fā)電路徑的這樣一個情景下，電動汽車它整體的利用效率要比燃料充電機充電電池車、常規(guī)混合動力車高出近一倍，總體是最優(yōu)的選擇。
常規(guī)的混合動力汽車，主要是存在利用效率的“天花板”。氫燃料充電機充電電池汽車，由于氫氣只是一種三次氣體能源，整體轉(zhuǎn)化的環(huán)節(jié)更多、轉(zhuǎn)化的效率更低，從總體能源系統(tǒng)的綜合效率來看，僅僅能夠達到電動汽車的一半左右，電動汽車就是由于我們大電網(wǎng)的存在，能夠?qū)崟r高效的去對接發(fā)電側(cè)的可再生能源以及消費測我們的電動汽車資源，包括清潔等用電環(huán)節(jié)的新模式、新業(yè)態(tài)的資源，從而實現(xiàn)整體能源系統(tǒng)的效率最優(yōu)。
第五，電動汽車能否取得預期的資源和環(huán)境效益。這也是目前在網(wǎng)絡上、在社會各個方面還存在一定爭執(zhí)。我們總體分了三種不同的情景，純煤電情景、75%煤電情景，以及未來清潔能源為主發(fā)電和互動能源為主的情景，總體來看，純煤電情景下電動汽車確實資源與環(huán)境的友好性略低于柴油車，但是是要比汽油車好。75%的煤電情景下電動汽車展現(xiàn)出了一定優(yōu)勢，未來如果清潔能源加上智能互動為主的情景下，電動汽車的優(yōu)勢將會更加明顯。
最后是對電動汽車的發(fā)展前景做出一些量化的結(jié)論。這是其他的機構(gòu)對于電動汽車前景的一個總體的研判，基本都還是比較樂觀的。通過研究我國電動汽車市場未來總體的情況，將我國電動汽車市場分成了三類區(qū)域、八類市場，構(gòu)建了政策目標與政策修正情景兩類情景進行預測。
我們認為2020年能夠達到500萬輛的國家規(guī)劃目標，到2030年將有望突破5000萬輛。從市場結(jié)構(gòu)來看，公共服務市場，也就是公交車、出租車等這樣一些公共服務領域，電氣化率相對會更早達到一個比較高的水平。
區(qū)域分布預測，無論是政策目標情景下，還是在所謂政策修正情景下，都可以看到總體上我國還是會呈現(xiàn)不同區(qū)域之間發(fā)展不均衡的這樣一個總體態(tài)勢，更加集中在加快發(fā)展，就是京津冀、長三角等這樣一些經(jīng)濟比較發(fā)達更加注重環(huán)境、環(huán)保問題的省市。
最后也是對電動汽車“以電代油”的效益做了總體測算。從總體來講，能源安全角度，電動汽車的發(fā)展也有利于降低我國對石油依存度，降低碳排放，降低燃油的消耗量。
電動汽車產(chǎn)業(yè)到2020年有望孕育成熟，成功擺脫對政府補貼政策的依賴，進入產(chǎn)業(yè)成長期，到2020年保有量將突破500萬輛，2030年超過3000萬輛，公共服務領域電氣化提升最快，雖然數(shù)量占比少、但電量占比高，將成為“以電代油”過程中的關鍵少數(shù)。
充電機充電基礎設施產(chǎn)業(yè)特征與發(fā)展前景展望
從供給側(cè)、需求側(cè)方面看待充電機充電基礎設施需求
從充電機充電基礎設施需求側(cè)入手，總體一個結(jié)論，有沒有固定的停車條件是影響用戶對充電機充電設施需求的一個最關鍵因素。
通過預測我國充電機充電基礎設施總體發(fā)展需求的量化模型。這里給出了一些設施的典型參數(shù)。
在政策修正情景下，政策修正情景是我們認為可能更貼近于未來發(fā)展實際的一種情景，政策目標情景可能某種程度上更加理想化。政策修正情景我們認為2020年設施規(guī)模超過2萬座、507萬個樁，公共充電機充電網(wǎng)絡實現(xiàn)重點城市與高速公路的全面覆蓋。2030年，設施規(guī)模超過14萬座、5000萬個樁，實現(xiàn)對絕大部分城市高速公路的全面覆蓋。
這是對整個行業(yè)的投資收益水平做一個測算，首先給出了不同類型充電機充電基礎設施典型的投入產(chǎn)出的水平，總體來看，到2020年之前，專用的充電機充電設施由于有固定服務對象，設施收益水平相對更加穩(wěn)定。到2030年，隨著電動汽車的規(guī)模不斷增長，公共充電機充電設施的投資收益水平將顯著提高，逐漸的要高于專用設施水平。
綜合起來對整個行業(yè)我們做了一個投入產(chǎn)出初步的測算，2020年可以看到行業(yè)平均的回收期大概需要14年，還是一個比較低的，基本屬于公共服務這樣一個大類的投資收益水平。2030年，回收期縮短到10年，實際上不高，因為我們總體判斷電動汽車的充電機充電基礎設施屬于一類公共服務行業(yè)，如果純粹只做充電機充電，可能并不是一類能夠有高盈利、高回報的一種商業(yè)模式。
談到商業(yè)模式，我們也對于充電機充電基礎設施這個行業(yè)未來商業(yè)模式的演變做了簡單的定性判斷。2020年左右，隨著規(guī)模的快速增長，基于信息服務平臺和大數(shù)據(jù)的各類增值服務以及商業(yè)模式有望成為主流驅(qū)動力。隨后到2030年，隨著動力充電機充電電池、智能電網(wǎng)、V2G等等關鍵充電機充電技術(shù)的進步以及電力市場、碳市場等等交易機制的成熟，電動汽車與電網(wǎng)的智能互動將成為整個行業(yè)創(chuàng)新熱點。
對市場格局展望，由于充電機充電基礎設施具有一個典型的“網(wǎng)絡經(jīng)濟”的特征，將逐步的將形成贏家通吃的少數(shù)幾家大型運營商主導、大量中小型運營商依附大平臺的產(chǎn)業(yè)格局。
最后對幾個方面的不確定性進行了研究，充電機充電技術(shù)不確定性，首先，現(xiàn)在比較火熱的350KW級以上的直流快充充電機充電技術(shù)，就目前國內(nèi)外研究進展來看，進步非常迅速，一旦實用化將有可能對當前充電機充電基礎設施的格局產(chǎn)生顛覆性的影響。第二個，交流快充充電機充電技術(shù)，主要是我國比亞迪公司推的比較多，由于是高效的復用了車載的鎮(zhèn)流單元，所以成本比較低，可能在支持這類充電機充電技術(shù)車型的占比比較高的市場會有一定的生存空間。最后是無線充電機充電充電機充電技術(shù)和快速換電充電機充電技術(shù)，我們認為總體上這兩類充電機充電技術(shù)目前階段還處于并不適用于大規(guī)模開展運營的階段，隨著未來充電機充電技術(shù)的進步，可能在將來能夠?qū)φ麄€充電機充電基礎設施的行業(yè)形成一個有效補充。
其他行業(yè)發(fā)展不確定性，還包括政策的不確定性，車輛推廣應用的不確定性，以及智能電網(wǎng)與電力市場、碳市場建設的不確定性。
從供給側(cè)、需求側(cè)兩端來看，不同車輛用戶對充電機充電基礎設施的需求存在較大的差異，充電機充電基礎設施體系十分的豐富，應該結(jié)合用戶的需求，分類推進各類設施的建設，并配套有關的信息與增值服務?？傮w上，“十三五”期間全國充電機充電設施的投資在1000多億，2021到2030年增長到6000千多億，高度重視行業(yè)發(fā)展中的不確定因素，尤其是要注意超高功率直流快充和低成本交流快充充電機充電技術(shù)對于行業(yè)格局的影響，注重提高發(fā)展靈活性和適應性。
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