充电桩:乘新基建东风迈向高质量发展(二)

发布日期:2020-06-24  来源:申港电新

核心提示:5充电桩的技术发展方向是什么?充电桩产业尚处于起步阶段,不仅产业运作模式处在不断探索中,技术水平也有待提升,并在一定程度
 5充电桩的技术发展方向是什么?
 
充电桩产业尚处于起步阶段,不仅产业运作模式处在不断探索中,技术水平也有待提升,并在一定程度上限制了产业模式的完善。我们认为直流快充从使用便捷性、 新能源车推广角度,都是未来公用充电桩的重要发展方向,但从技术角度,充电桩 本身并不是限制因素,动力电池的快充性能提升决定了未来快充桩普及天花板。
 
5.1 直流超大功率快充:公共桩的必然选择
 
大功率直流快充的公共充电桩将成为未来主要增量和必然选择。目从各地公共充电设施建设运营实践看,电动汽车车主特别是出租、网约车车主更青睐短时快速充电,同时结合新能源车发展环境、技术发展水平,大功率直流快充增速及占比都将继续 提升。部分企业正在将大功率充电桩作为重点研发方向之一,顺应现阶段高效率、 规模化的发展方向。
 
现阶段公共桩中交、直流比为 6:4,交流桩占比较高,但这只是暂时的过渡状态, 原因在于:
 
快充桩技术和成本当前不具备优势,但正在快速发展。快充直流桩功率高,单桩成本也相应较高,且现阶段充电模块与动力电池快充技术不成熟,可量产的产品功率普遍尚低,不足以满足市场需求,后期硬件设备迭代升级成本高。
 
慢充桩只是技术和市场不够成熟时的选择。慢充交流桩结构相对简单、技术成熟, 且设备成本较低,在行业发展初期,运营商往往采取广泛投放以抢占市场的策略。
 
私人桩提升配建率对公共慢充桩有极强挤出效应。目前私人桩配建率低,建设阻碍多,用户对于公共慢充桩有实际需求,随着社区改造、私桩共享等措施的推进, 以及新建小区将充电桩设备纳入建造规划,私人桩配建率将会逐渐提升,公共慢充需求相应下降,大功率快充成为公共桩领域的主流。
 
直流桩单桩价值量大,可大幅拉动投资规模,未来市场空间广阔。目前新增快充直流桩的平均功率在 100~120kW,根据彭博统计全球此功率区间商用直流充电设备单桩价格为 22930~45000 美元,平均 283 美元/kW,约合 2000 元/kW,而更高功率的充电桩不仅单桩价格大幅增加,每 kW 的单位价格亦同步上涨。
 
5.1.1 现状:快充功率仍有待提高
 
当下全球各地实行的充电设备标准覆盖的最高功率,皆远远高于目前商业化量产设备的功率水平(100~120kW)。其中欧洲联合充电标准(CCS)、日本电动汽车用快速充电器协会(CHAdeMO)可支持功率水平最高,均为 400kW。CHAdeMO 充电功率覆盖 6~400kW,并在为 900kW 做准备。我国自 2017 年起开始使用的 GB / T 标准,充电桩可以提供 950V 电压和 250A 电流,最大功率为 237.5 kW。
 
日前,中国电力企业联合会(CEC,China Electricity Council)与 CHAdeMO 联 合发布了全新的快充标准 CHAdeMO 3.0,可兼容现行版 CHAdeMO,GB/T,以 及存在兼容 CCS 的可能性。双方就该标准协议已于 2018 年 8 月签订合作意向, 按照规划,新标准将从 2021 年开始率先对商用车展开适配,随后乘用车也会逐 步跟上,而兼容国内 GB/T 标准的版本也将于 2021 年发布。
 
新标准下,直流充电功率超过 500kW,理论最高可达 900kW,可提供最大电流 600A、最高电压 1500V,充电功率是特斯拉 V3 快充桩功率的两倍。在此标准下, 电动车 5min 即可补充 200km 以上的续航里程,基本满足城市短途出行的需求。
 
星星充电自主研发为公交和 4C 倍率的电池配套的大功率快充,已与保时捷产品 完成对口测验,可以实现功率 500kW、电压 1000V、电流 500A 的快速充电。
 
特来电在城市公交领域应用的充电弓可以提供最高 900kW 的充电功率,是目前 全球单个最大输出的汽车充电设备,充电 40 秒可满足 10 公里里程,在成都、上 海等地已上线运行 300 多台。
 
2020 年 3 月,美国第一大充电设备运营商 ChargePoint 宣布将推出 Express Plus 模块化平台,可为纯电动车提供高达 500kW 的充电输出功率。
 
特斯拉已商业化应用的超级充电桩 V3 能够提供高达 250kW 的峰值充电功率, Model 3 长续航版只需 5 分钟即可满足连续行驶 75 英里(约 120km),等同于每小时 1000 英里(1600km)的充电效率。特斯拉目前仍在积极进行功率提升, 未来短期内充电桩输出功率有望可达 350kW。
 
 
5.1.2 难点:需与动力电池协同发展
 
大功率充电桩面临诸多技术难题,其中散热系统和密封技术是可靠性与安全性的关键。目前液冷技术是可见范围内散热问题最实际的解决方案,而液冷技术的应用关键要解决系统设计散热管道排布、冷却液选择以及密封性等问题。其中密封技术需 要被格外重视,此前特斯拉的大功率充电桩曾被曝有冷却液泄露的隐患,当管路发生泄露时,容易导致冷却系统失效,需要进行实时监控,因此被各厂商视为需重点攻克的技术难点之一。
 
与大功率充电模块相配套的 IGBT 元器件国产化率依然很低,技术瓶颈的突破受到限制。虽然星星充电、特来电等头部企业均表示 IGBT 已实现自主研发,但多数企业的相关零部件还是依赖于进口。
 
除充电桩自身技术问题外,与快充动力电池的适配是另一大难题,目前市面上的电动车大多难以承受超大功率充电对电池的损害。充电桩功率应与电池厂商和车企规划相匹配,保证电池寿命与安全,不能一昧追求充电速度。大功率充电对电芯的发 热、散热、安全、寿命都会提出新的挑战,需对整个 PACK 做出重新设计,才有适应超大功率(如第四代 IonITY 充电桩功率 350kW 及以上)充电的可能性。
 
适用大电流充电,电池包、电芯、模组、高压系统等必须具有足够的耐受大电流能 力,BMS 也需要做适应性的调整,因此提高电压平台(至少达到 700V 以上)是可行方法之一,而目前大部分电动车电压平台为 400V,与技术目标相差较远。
 
第 4 代 IonITY 可提供 350kW 充电功率,处于目前商业化直流快充桩的领先水平, 但公司在官网上明确表示,350kW 的峰值充电功率是充电桩在理想状态下可达到的最高水平,需注意:1)最终实际功率取决于汽车电池性能;2)温度会对充电实际 功率造成影响;3)仅可快充至总电流的 80%。
 
 
单从循环寿命角度来看,虽然大功率充电会对锂电池循环次数造成损伤,但实际上 在日常使用中影响微乎其微。目前市场上主流三元动力锂电池循环寿命为 2000 次 左右,续航里程 500km 以上,若仅为满足城市内日常短途旅程,可按照每周完全 充放电两次计算,若不考虑外部损伤,使用寿命可达 20 年,从消费习惯考虑,远高于 5 年的平均换车周期,目前动力电池需攻克的技术难点主要在于充电安全。
 
5.2 负极材料是突破电池快充的关键
 
目前直流快充电桩的瓶颈在于动力电池的负极材料。在充放电过程中,负极会产生 浓差极化和电化学极化,而且随着充电速率增加,极化会进一步加重,从而导致负极材料表面形成锂镀层和锂结晶。快充由于增大电流,形成的固体电解质界面膜 (SEI 膜)会变厚,同时阻塞电极上的孔,影响动力电池安全及电池寿命。
 
美国阿贡国家实验室的研究表明,在充电速度倍率为 0.7C 到 4C 之间时,电池性能的衰减主要与 SEI 膜的厚度增加有关,而 SEI 的成分没有发生明显的变化。但是在 6C 的倍率下进行充电,SEI 膜的成分发生的显著的改变,这也导致了锂离子电池的 内阻急剧增加。目前一些上市车型快充时间从 9 分钟到 1 小时不等,对应充电速度为 1C 到 7C,在这个充电速度范围内,动力电池的寿命衰减不可避免。因此,直流快充会加剧降低车辆续航和保值率。
 
由于快充需求不断增长,负极材料技术进步也在不断加速,目前能够适应快充的负极材料技术方向主要有人造石墨二次造粒、硅碳负极、石墨烯电池。
 
人造石墨进行二次造粒及炭化:目前应用最广的快充负极材料制备方法。在原有人造石墨基础上,增加二次造粒工序,使得颗粒更小,有利于锂离子从各个方向 快速地嵌入,相当于在材料内部修建了一条高速公路,保证电解液充分浸润,有效缩短锂离子扩散距离,从而提高电池快充性能。根据东莞凯金的专利,可以将原料粉碎后经过石墨化得到人造石墨,之后将人造石墨与含碳源粘接剂一起进行机械融合处理,并在惰性气体保护下烧结处理(炭化),即得到高倍率快充石墨负极材料。该工艺已经非常成熟,国内主流人造石墨制造企业均已掌握,自从 2016 年华为在手机上首次应用以来,逐步从消费电池扩展到动力电池,未来占比将继 续提升。
 
石墨烯:下一代快充负极材料选择。石墨烯由于相对于石墨,导电性和耐用性大幅提升,众多研究机构开展了将石墨烯作为导电剂的研究工作。我国自主研发石墨烯添加负极材料的进程正在加快,2020 年 5 月 13 日,广汽新能源宣布,由其研发的石墨烯电池进入商业化生产阶段,将率先搭载于 Aion 车型。基于广汽三维结构石墨烯(3DG)材料而研发的“超级快充电池”已经完成电芯、模组、电池包样件的测试工作,并搭载整车进行了装车大功率充电测试,电池寿命和安全性均已达到使用标准。该款“超级快充电池”在实车搭载测试中仅需 8 分钟就 可以将电池充电至 85%,充电时间与传统燃油车的加油时间相当。未来随着技术成熟度的提升,石墨烯应用于动力电池领域将会越来越多。
 
5.3 低温影响充电实际功率
 
直流快充桩的充电效率从 2015 年的 45kW 提升至如今的 120kW 以上,但这是充电桩在理想环境中可达到的设计功率,实际上随着功率提高,功率折损的绝对值也在增加,尤其在低温环境下,电阻增高使得充电桩实际功率进一步变小。电动汽车主 要通过以下两种途径来解决这个问题:
 
配置专门为电池单独加热的 PTC。主要面向寒冷地区,PTC 功率一般在 2~4kW 之间,通过 BMS 进行控制。由于当电池温度低于-5℃时,电阻会迅速增大,因此电池专用 PTC 会在环境温度低于-5℃时自动开启,高于 15℃时关闭,此时电芯的功率提升至 45kW 以上,可以靠自发热带动快充功率提升。
 
使用整车上共有的一套加热系统提供换热。在南方等温度比较高的区域,不需要电池专用 PTC,通过系统整体换热便可以实现电池加热。比如利用空调 PTC 加热座舱冷却液,再通过热交换器,将座舱回路冷却液中的热量转移到电池包中。
 
 
特斯拉的电池管理系统(BMS)热管理水平遥遥领先于全行业。特斯拉电动车具备 On-Route Battery Warmup 沿路电池预热功能,当车主设定充电站目的地之后,系 统可根据路况、距离等自动提前将电池预热,以保证在到达充电站时,电池达到最 合适温度,平均可将充电时间缩短 25%。大部分车型会选择在电芯温度达到 15℃ 时停止加热,但为了更快的充电,特斯拉会继续加热至 40℃以上,将内阻降到更低 的水平。
 
随着车桩智能化的提高,充电桩可以与电动车相配合提高低温充电效率。电动车的智能模块根据 SOC、电芯温度、到达充电桩的里程等指标合理地提前将电池温度调节到高效充电水平,直接进行快充模式,缩短充电时间。
 
6未来市场格局走向何方?
 
充电桩行业拥有政策与市场需求的双向驱动,未来市场空间巨大,同时保有量可持续盈利的运营模式,使得进入成熟阶段后企业资金压力大幅减弱,因此长期趋势拥有极强确定性。然而现阶段充电桩行业仍处于前期投资,利润微薄甚至亏损,除了 需要运营商企业拥有庞大的资金支持外,还需要开辟新的相关业务盈利增长点,缓和资金压力,平稳进入稳定收益期。我们认为未来充电桩的运营商格局和行业生态, 将会不断发生变化,直到进入真正的市场成熟期。
 
6.1 谁将主导充电桩市场格局?
 
设备是基础,运营是动力。纵观充电桩产业链,设备商数量众多,在交流桩占据产品市场主要成分的阶段下,竞争状态分散,但超大功率快充作为未来技术发展方向, 掌握其关键技术的优质厂商头部集中明显。在目前民营优质设备商向下游扩展、开发运营业务的链条模式下,运营商的经营策略将影响整个行业的规模和发展模式。
 
运营商是充电设备行业主体,整合上游资源,对接下游用户。目前我国充电桩运营商已形成头部占比较高的长尾市场格局,特来电、星星充电、国家电网从充电桩保有量、技术水平、资金实力等各方面都处于行业领先位置。截至 2020 年 4 月,特 来电、星星充电、国家电网充电桩保有量分别为 15.5 万台、13.1 万台、8.8 万台, 三家合计市占率达到 68.4%。
 
 
不同客户主体需求存在差异性,2019 年充电运营商开始分领域精细化经营充电场站,各领域的市场格局也基本形成。
 
交流慢充桩建设成本相对较低,直流快充桩充电功率大、使用便捷,但建设成本较高。国家电网主要布局大功率直流快充,布局高速快充网络,逐渐向城市用桩覆盖, 其他运营商多以交流桩为主,多布局于城市,特来电则两者基本平衡,在民营充电 设施运营商中直流桩占比突出。
 
 
以特来电、星星充电为代表的民营企业,除了受益于母公司在充电设备方面积累的市场和技术经验外,更重要的是依靠其庞大的资金支持。由于市场特性、行业发展阶段,以及管理模式、经营模式存在差异,民营龙头企业相关业务板块目前仍处于 前期投入阶段,长期处于维持状态,但增长势头良好,盈利不断改善。从 2019 年 起,特来电开始减缓充电桩建设速度,侧重于软件建设,缓解利用率不足的困境, 盈利情况如期出现好转。3 月 5 日,特来电完成 13.5 亿增资,成功完成 A 轮融资 计划,有力缓解资金压力。
 
国家电网资金雄厚,盈利压力相对较小,打造以“十纵十横两环”高速公路为骨干网架的高速公路快充网络。截止 2018 年底,共建成 1914 个充电服务站,广泛覆盖高速公路公共充电桩市场。
 
龙头企业采取硬件先行的策略以求占据充足的市场空间,然而基础充电网络的全面布局还远没有完成,未来市场需求带来的巨大投资空间仍待填满。我们预计 2025 年之后充电桩建设速度会整体放缓,车桩比开启下行通道,运营商进入稳定的盈利 增长模式。届时运营商业务领域会出现进一步分化,国家电网更加全面的高速充电网络基础上,参与部分城市交流桩市场。成功度过寒冬期的民营企业的业务重心放在城市用桩,交流比例逐渐下降,形成更加完备的智能充电网络,不断提升利用效 率。
 
6.1.1 电网企业重心再度转向充电桩
 
新能源车充电设备本质上作为城市基础建设的一环,遵循自上而下的发展原则,发展过程中高度依赖国家政策方向。在民营充电设备运营商缩减基建投资、重心转向运营服务的时点上,只有资金实力雄厚、具备央企背景的电网企业继续大幅增加充 电桩领域投资力度,以国家电网、南方电网为代表,积极响应国家“新基建”政策。
 
从国家电网、南方电网的规划措施来看,新基建东风下充电桩产业的发展思路是设备基础设施和运营模式完善“双通道先行”,一方面加大公共桩投资,规划引导合理布局,使车流密度与充电桩密度相匹配,并发挥电网优势推动私人桩进小区,另 一方面完善平台运营,提高充电桩利用率。
 
电网企业具有电力服务商和充电设施建设商的双重角色,在充电桩市场具有巨大的潜在规模优势,并几乎垄断高速公路快充桩市场。2019 年底,国家电网建成充电桩保有量 8.78 万台,覆盖 19 省份、170 多个城市,自营智慧车联网平台接入充电 桩 31.1 万台,除自建自营充电桩外,社会运营商接入 22 万台,全社会覆盖率 57%。
 
高速充电领域已形成 “十纵十横两环”快充网络,目前在运营高速公路直流充电桩 6402 台,其中“十纵十横两环”快充网络包含已建成 3724 台(充电站 526 座), 在建 1096 台(充电站 138 座),电站间(运营中+在建)平均间隔 45.25km,平均 每百公里建有 16.04 台充电桩。
 
 
4 月 14 日,国家电网会议宣布,公司计划 2020 年在充电桩建设领域投资 27 亿元, 新建充电桩 7.8 万台,相当于此前累计建设量的 89%,几乎将存量翻倍。到年底累计建成充电桩数量将接近 17 万台,按照发改委 2020 年全社会新增公共桩 20 万台 的规划,保有量市占率将达到 25%。
 
国网对 2020 年充电桩业务规划具有重基建、重运营、重技术的三重特点,并发挥电网优势提升电力接入端清洁化、智能化水平,从点到面地完善充电网络。主要包 含以下四点:1)发挥央企专业性优势,编制充电设施发展规划、加快大功率技术 研发、推动地方政府出台充电设施建设运营补贴政策;2)将优化高速公路充电网络、充电桩智能化改造、充电设施电网接入等基础设施建设作为重点;3)在运营方面注重智能化提升,从公共桩服务模式入手提高充电效率、完善车联网平台,并着 重强调 2B 端专用车充电市场;4)完善公司各层级管理模式和基础设施管理细则。
 
在基础设施建设方面:国网规划将在北京、天津、河北、上海、江苏、浙江、湖 南、青海等 18 个省级地区建设合计 126 个项目,涵盖公共、专用、社区、港口 岸电等多种类型充电基础设施,将现有的高速公路充电网络进一步升级,建成“十 三纵十三横三环”新型快充网络,并使充电桩可用率达到 97%以上。
 
在充电网络建设方面:3 月 12 日,国网电动“寻找合伙人”活动正式在 e 充电 APP 平台上线,私人桩用户、桩群用户、场地所有人、充电桩厂商均可加入国网 管理平台。此外,国网规划通过充电网络平台的完善,2020 年使居民区有序充电 覆盖新增电动私家车规模超过 10%。
 
 
2019 年 10 月,国网与北京汽车、广汽新能源、比亚迪、威马汽车四家车企合作 推出“车电服务包”业务,与新车绑定销售,用户一次付费购买“车电服务包” 并绑定车辆后,即可在国网充电桩上享受充电优惠,以及即插即充、自动扣费等相关便捷服务。2020 年 3 月,国网与比亚迪汽车、上汽乘用车、奇瑞新能源等 6 家车企签约超过 4 万个“车电服务包”的销售意向协议,目前已签约充电量累计达到 2.9 亿 kWh。公共桩与新能源车绑定的运营模式可以极大提高用户粘性,对 维持相对稳定的服务费收入有所保障。
 
此前南方电网并未将太多精力放在充电桩领域,2019 年底南方电网公共桩累计建成 2118 台,市占率仅为 0.4%。随着新基建启航,南方电网亦加大对其投资建设力度,计划 2020 年投资 12 亿元建设充电基础设施,并在未来四年在充电桩领域投资 251 亿元,建成大规模集中充电站 150 座,充电桩 38 万台,将有望跻身行业前列。
 
除充电桩建设与运营外,电力接入网也是国家电网、南方电网作为电力运营商的投资重点领域,具有自然垄断的先天优势。国家电网和南方电网分别是其经营区域内所有充换电运营企业的供电服务商,在公共充电桩布局方面统筹规划,并负责以电 量为基准的运营考核,从而核定补贴标准。
 
6.1.2 石油公司:布局多年,等待时机
 
面对电动车对汽车市场的冲击,传统石油公司早在多年前便居安思危,利用网点广布,尤其是高速公路沿线,以及用户消费习惯等优势,布局电动车充电设备领域:
 
2015 年 7 月,中国石化和北汽新能源展开合作,利用加油站为北京北汽电动出 租车提供充换电服务。
 
2016 年 1 月 7 日,中国石油与一汽集团签署战略合作协议,双方将在互联网汽 车及新能源汽车领域开展合作,包括新能源汽车研发制造以及充电业务在加油站 的试点和推广等项目,主要覆盖领域为重点城区和高速公路沿线,在现有加油站基础上增设电动车充电桩。国有传统能源巨头正式入住电动化阵营。
 
2018 年,中石油、中石化高调混改,中国资源交通集团与中石油签订协议,取得 超过840 家石油加油站的充电站建设与经营权。
 
目前我国传统能源公司在充电设备领域参与度较低,在加油站安装充电桩仍停留在试点阶段,但不可否认的是,中石油、中石化等国资背景的大型能源企业在资金运转方面具有无法忽视的领先条件,同时对汽车市场以及消费者的熟悉程度等方面具 备先天优势,而传统能源向新能源的转型也是石油企业的必经之路。
 
6.1.3 新玩家入场冲击行业模式
 
充电桩行业目前虽然处于建设进度超前的状态,但由于存在车桩比较高、分布不均衡、早期存量桩功率较低等硬件问题,以及管理方法有待改进、智能化程度有待提高等软件问题,市场空间依然广阔,同时亦对新进入的企业带来很大压力。
 
充电桩行业集中度较高,龙头企业引领行业大方向的同时,相关领域翘楚作为新玩家的加入,或将为行业带来更多可能性。2019 年底特来电、星星充电、国家电网 “三巨头”市占率为 69%,充电桩虽然属于典型高集中度行业,市占率持续维持较 高水平,但近几年市占率出现小幅下行趋势,除了公司有意放缓新桩建设速度、提高存量设备利用率外,众多新玩家的加入也是原因之一。
 
 
3 月 6 日,宁德时代发布公告,与百城新能源科技公司合资成立上海快卜新能源, 主营新能源汽车充换电设施建设。4 月 9 日,首批 10 个网点在上海投入运营,接 下来在四川、福建、山西等省市均有建设计划。
 
宁德时代在电池技术方面的领先优势,为快卜在直流快充领域提供技术保障。快卜 首批投入运营的示范站配置 15 个充电车位,站点充电功率 1260kW,单枪峰值充 电功率 360kW,并具备 V2G 双向四通道电能转换能力。快卜后发先至,将有望带领公共快充市场步入更高功率水平的新发展阶段。
 
3 月 31 日,蚂蚁金服旗下上海云鑫入股简单充,持股比例 33.33%,成为公司第 二大股东,这是蚂蚁金服首次涉足充电桩投资领域。简单充是成立于 2019 年的充电桩成套设备商和运营商,主要业务领域是停车场配套公共桩。同日,阿里巴巴旗下高德地图发布公告,宣布推出新能源车充电服务解决方案,并正式上线充电地图,与阿里巴巴支付生态协同整合。
 
阿里巴巴一方面具备强大的融资能力,为充电桩前期大量的资金投入提供支持,另 一方面在 IOT 互联互通领域拥有丰富的技术储备,匹配当下信息化、智能化管理的行业趋势。2016 年上线的阿里能源云平台,为能源行业提供云计算、大数据支持, 其中涵盖电动车租赁、充电服务等第三方服务平台。基于阿里的云技术服务,平台构建统一的能源数据中心,以及开放的能源物联网,实现数据和业务互联互通,在用电信息采集、远程实时控费等具体应用有不错表现。此次互联网巨头凭借其在信息智能化领域的先发技术和规模优势,或将为充电桩行业运营模式带来改变,并对行业格局带来冲击。
 
4 月 23 日,华为发布 HUAWEI HiCharger 直流快充模块,新产品面向全球共发布两个版本,国内版本为 30kW(最高效率 96.4%),海外版本为 20kW(最高效 率 96.55%),采取与充电桩运营商合作的模式,正式加入充电桩市场。
 
华为自身不持有充电桩资产,而是作为设备供应商为充电桩生产企业提供功率转换模块和通信单元。直流充电模块是华为传统业务之一,技术积淀深厚,同时长期聚 焦 5G 和信息通信技术,在模块智能化、延长充电桩寿命、降低安全隐患等技术方 面具有优势。目前已与国家电网、星星充电、南网电动、华商三优等多家运营商达成合作协议。5 月 20 日,华为与特锐德子公司特来电达成战略性全面合作协议,有效期为 3 年,意在发挥各自在网络通信和充电领域的技术优势,推动桩联网建设和智能充电业务发展。
 
4 月 8 日,大众汽车集团零部件公司与上海度普新能源科技有限公司已签署合作协议,计划在国内生产移动充电桩。按照双方签订的协议规划,该合作将于今年下半年启动,各自持有合资公司 50%股份。
 
6.2 运营商多种对策应对盈利压力
 
服务费是运营商收入主要来源,现阶段影响企业盈利的主要原因在于充电桩利用率较低,以及部分地区服务费过低。除了运营商之间横向互联互通,协同合作,避免价格恶性竞争外,从业务层面,主要通过增强 2B 端客户粘性、智能化充电缩短设 施空闲期、提供增值服务开辟新的盈利通道、私人桩公有化等方面来改善收益水平。
 
6.2.1 与 2B 端企业合作形成稳定收益源
 
2B 端车辆对公共桩充电量的贡献度超过 80%,运营商与 2B 端合作的运营模式已成为其主要模式之一,为充电需求、收益来源提供稳定保障。主流运营商与公交集团、网约车集团成立合资公司,共同运营公交充电场站,实现利益共享,其他运营 商也纷纷与公交公司、出租车公司、市政单位、事业单位等合作建设专用充电桩, 并为公交集团提供充电解决方案增值服务,降低公交车充电成本。此外运营商也与物流公司合作建桩,为物流车提供集散中心充电、形式中途补电的充电整体解决方 案。
 
截至 2018 年 5 月,全国已有 76 家公交公司与充电桩运营商有所合作,预计这个数值将继续增长。特来电与 27 家政府平台、9 家地方公交公司、以及汽新能源、金龙集团等 6 家整车厂成立合资子公司。科士达的充电桩业务已与普天、比亚迪、苏宁、 顺丰以及地方公交集团等建立合作。
 
 
6.2.2 智能化充电网络改善利用率
 
行业发展初期,2B 端用户可以为运营商提供相对稳定的充电量和收益保障,但从长期角度,2C 端用户数量规模巨大,具有更加广阔的市场潜力。因此运营商纷纷在加强与企业、政府平台合作的同时致力于提高公共桩的利用率。
 
智能充电网络是解决公共充电桩利用率的有效途径。尽管 2019 年新能源车市场经历了补贴退坡带来的低谷期,但总保有量已达到较高规模,全国新能源车充电量快速增长,且显著高于充电桩建设速度,充电桩利用率有所提高,但依然处于较低水平。随着补贴退坡带来的冲击被消化,行业整体向市场化转型,未来新能源车即将重回快速增长通道,公共充电桩将面临大规模无序充电的困扰,智能化充电网络是 化无序为有序的必要途径。
 
车桩信息交互水平显著提升。车桩信息交换数据边界和交换机制正在形成,相关技术和标准的研究编制也正在进行。通过车桩数据共享,建立起电动汽车充电全链条的信息,对充电安全事故作出预警。
 
特锐德自主研发的新能源车充电网络云平台,通过构建整体生态体系中互联互通的大数据平台,创造充电运营指标分析、平台修车、智能调度有序充电等新型服务和商业模式,并实现削峰填谷。2019H1 特来电大数据平台每天接入的数据量平均约 6TB/天,累计数据总量达到 3PB。
 
据特来电大数据云平台统计,2019 年特来电防护体系共防范了 16.3 万次的不安全充电,避免烧车事故避免 28 起,降低事故发生率约 70%。
 
 
6.2.3 增值服务创造新业务利润增长点
 
我国电动汽车产业进入调整期,充电基础设施产业加快了与其他产业融合的步伐, 充电运营商开始转变市场角色,由单纯充电设施运营向综合能源服务商和出行服务商,市场基础扩大。除上述转变经营模式、提升技术水平等主流方向外,为用户提 供充电附加的增值服务也是增厚收益的重要途径。
 
通过对电池及其管理系统进行维护检测,面向车企和消费者提供双向服务。运营商 对车辆数据、行驶数据、充电行为数据、环境数据进行统计分析,一方面可为车主提供用户数据分析、车辆诊断、维修保养等数据增值服务,另一方面可为整车以及 电池厂商等产业链上下游企业提供产品设计优化建议等综合服务。这部分内容属于针对新能源车的存量业务,且随着时间推移市场需求会更加旺盛。按照每辆新能源车花费 1000 元/辆进行检测服务,充预计2020 年新能源车保有量将突破 540 万辆, 将提供超过 50 亿元的市场空间,假设电桩运营商在该领域的市场份额将提升至 30%,营收增量将达到 15 亿元。
 
基于公共充电桩分布广泛以及受众特性,广告收益有望成为新的盈利点。通过在充电桩上安装液晶广告屏,以及在 app 投放广告,运营商从中收取平台费用,成本较低,收益可观。假设公共桩单桩广告收入为 50 元/年,2020 年公共桩保有量有望达 到 100 万台,则广告年收入可达到 5000 万元。
 
借鉴传统加油站的运营思路,生活类服务积少成多改善盈利。在充电场站搭建休息室、自动售货机、餐厅、洗车等增值服务设施,满足网约车司机除充电外的其他需 求,提升场站的综合盈利能力。
 
将互联网云充电思维纳入服务体系中,部分运营商为用户提供上门充电服务,通过移动充电车或者派专人驾驶用户车辆完成充电过程。
 
6.2.4 共享经济引入私人桩
 
私人桩共享可有效提高利用率,缓解大城市的停车位困难。私人桩有 75%时间处于闲置状态,共享一个私桩能够满足 2-3 个固定车主的使用需求,以及少量流动车主的临时补电需求,共享使用率高。星星充电、挚达、华商三优等企业有参与私桩共 享市场,充电桩使用率增加了 1-2 倍。
 
私桩共享的业务模式介于私人桩和公共桩之间,具有半公共充电桩属性,可分为将客户的私桩共享给其他车主,以及建设社区内的共享桩替代私桩两种模式。不仅充电价格低于公共桩,还可节省停车费,对桩主和车主具有双重利好属性。运营商一 般先承担充电桩采购、安装的费用,通过与桩主或物业进行收益分成来回收投资。
 
电力企业带头开展居民区有序充电项目试点工作,预计在 2020 年在可行性和经济性论证的基础上将启动大规模推广应用。
 
6.3 快充网络是未来公共桩主要运营模式
 
私人桩覆盖率不断提高,公共桩中直流快充将逐渐成为主流,对快充技术,尤其是超大功率、转换效率等方面,提出了更高的要求。目前市场上的直流桩功率大多在 60~100kW,对于满足用户的快速充电需求来说仍显贫薄。近几年车企、电力设备 企业以及各研究机构在这方面的研究有不少突破,虽然目前应用场景有限,但直流桩超大功率的发展方向毋庸置疑。
 
特斯拉于 2019 年将 SuperCharger 升级到 V3 版,功率由 V1 的 75kW、V2 的 125kW 提升至 250kW,相当于每小时快充可满足 1,000 英里续航。V3 改进了之前版本的 Charging Pod 在两个用户之间分配充电功率、影响充电速度的问题, 可以为每个用户提供稳定的 250kW 峰值充电功率。
 
大众旗下保时捷与宝马、西门子合作研发的 FastCharge 项目,推出功率可达 450kW 的直流快速充电桩,充电器原型可在 15 分钟内为宝马 i3 的电池从 10% 电量充至 80%。虽然目前尚未商业化推广,但仍为快充技术的未来提供了可能性 空间。
 
ABB 与美国北卡罗纳州立大学(NCSU)合作研发快速充电技术,并于 2018 年 推出 350kW 功率的公共快充直流设备。除单纯地提高功率外,NCSU 在转换效 率方面也有所突破,NCSU 开发的 MVFC(Medium-Voltage Fast Charger)直流快充设备功率为 50kW,转换效率达 97.5%,兼具变压器和快充功能,模块非常紧凑,可以安装到墙壁或电线杆上,重量仅为 100kg。
 
IonITY 是一家由宝马、戴姆勒、福特、大众和现代共同参与的合资公司,最近启动了首个 350kW 系统,可实现 10 分钟内充电 350km。大众规划到 2020 年将 在欧洲主要高速公路上安装 400 个快充站,作为 IonITY 网络的一部分,其中 100 个在德国,每 120km 会有一个充电站。
 
7充电桩未来十年市场规模有多大?
 
7.1 充电桩:未来 10 年增量可达 5000 万台
 
充电桩未来市场空间与新能源车的需求息息相关。2019 年我国新能源车保有量达到 381 万辆,预计 2020 年将新能源车销量为 120~140 万辆,保有量达到 520 万 辆。根据新能源车渗透率 2025 年达到 18%、2030 年达到 30%的假设,我们推测 新能源车保有量将在 2025 年达到 1600 万辆,2030 年达到 5200 万辆。
 
根据新能源车行业发展现状及对未来的预测,我们预计车桩比将在未来短期内基本维持在 3~3.5:1 的水平,并在 2023 年后开启下行通道。预计 2020 年充电桩保有量将达到 182 万台,假设将车桩比 1:1 的目标推迟至 2030 年,充电桩增速将在 2025 年前后达到高峰,并在未来十年的增量空间超过 5000 万台。
 
 
7.2 投资空间:未来 10 年近万亿
 
以目前的技术水平,快充直流桩更适合于日常补充应急性的充电需要,私人桩将成为提升车桩比主力。以目前纯电动车平均单车带电量 50kWh、每次至少充满 80% 进行计算,若想达到类似燃油车 5min 可完成充电的效率水平,则需要直流桩功率达到 480kW。即使以 2020 年新增快充直流桩的平均功率可达到 120kW 的预期来看,仍与之相差甚远,目前市面上的大部分保有直流充电桩功率仅为 60kW。因此车桩比的提升,仍会以私人桩贡献为主。
 
在未来短期内以私人交流桩为主的发展阶段中,充电设备企业以及电网公司将成为充电桩产业链中,乘新基建东风而上的主要受益者。根据日前发改委规划,预计 2020 年全年新增充电桩超过 60 万台,其中公共桩 20 万台,私人桩超过 40 万台,公共充电站达到 4.8 万座,预计总共完成投资 100 亿元左右。
 
2019 年新增直流、交流桩平均功率已分别达到 115.8kW、8.65kW,但早期低功率保有量较大。经测算,目前在运直流、交流充电桩的平均功率分布为 96.6kW 和 7.6kW。2019 年直流充电桩充电模块成本价已降至 0.4 元/W,充电模块在充电桩单桩总成本的占比约为 50%,参考国网直流桩招标价格,经计算得到直流、交流桩的单价分别为 12 万元/台、2000 元/台。
 
基于上述对于充电桩建设增量的预测,并综合考虑充电桩功率提升以及生产成本长期下降的趋势,在不考虑土地、扩容费用的情况下,预计 2020~25 年交流桩投资总额将达到 200 亿元,直流桩将达到 2700 亿元,2020~30 年预计交流桩投资额可达 900 亿,直流桩可达 9000 亿,市场总投资额近万亿元。
 
 
 
 
7.3 国网系设备商值得关注
 
与民营充电桩运营商自产自建充电设备不同,电网企业多采用企业招标形式。2019 年国家电网三次充换电设备招标的总规模为 306MW,投资规模 3.55 亿元,从企业中报情况来看,国网系设备商稳居前列,国网系公司国电南瑞、国网智能、许继电 气位居前三甲,占比达 28.2%。根据国网 2020 年投资 27 亿元、未来四年共投资 251 亿元的规划,极大利好与其供给关系良好的设备商。
 
 
 
由于国家电网主要覆盖高速公路快充网络,招标设备大多为快充直流桩,设备平均功率较高,未来将继续往更大功率方向发展,2019 年达到 96.7kW/台,预计 2020 年将达到 105kW/台。
 
 
从直流充电设备功率占比情况来看,300kW 以上超大功率快充占比极小,60kW 以下的直流桩已被淘汰,60kW 仍是市场主流,预计 2020 年 110~200kW 占比将有所提升,超大功率快充大多处于实验室阶段,离大规模商业化建设还有相当距离。
 

 
7.4 服务费收入空间
 
服务费水平、利用率是影响服务费收入的最核心因素。我们认为充电桩利用率将在未来短期内维持目前较低的水平,在 2025 年建设增长高峰过后,随着新能源车保有量快速增长,利用率开始逐渐上涨,并在 2030 年达到 15%以上。
 
综合考虑直流、交流桩功率提升,以及服务费存在进一步下降的可能性,我们认为 2020 年运营商服务费收入将达到 80 亿元,同比增长 41%,2025 年、2030 年的年服务费收入规模分别达到 760 亿元、5000 亿元。
 
 
 
 

 
 
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