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充电桩:下一代能源互联网的重要入口

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充电桩:下一代能源互联网的重要入口

发布日期:2021-10-24 作者:转载于网络 点击:

能源结构变革,负荷侧调节重要性凸显

以可再生能源为主体的新型电力系统需要负荷侧配合。为构建清洁、低碳的现代能源体系, 国内大力发展可再生能源,新能源出力的波动性对电力系统调峰能力提出了更高要求,系 统调节需求凸显。

此外,我国用电负荷“尖峰化”特性显著,呈现夏/冬季较高,春/秋季较低的“两峰两谷”特点,据国网能源院能源电力规划实验室,截至 2020 年,各级电网高峰负荷持续时间较低,超过Z大用电负荷 95%的持续时间普遍低于 24 小时,对应电量不足全年用电量的 0.5%。短时高峰对电网调节提出了更多要求,调节压力凸显。从调节措施看, 单纯依靠电源侧/电网侧的灵活性资源/储能不足以保障电力系统安全运行,仍需负荷侧调节措施配合。

用户侧主动响应是新型电力系统区别于传统电力系统的重要内容。电力需求响应是指让用 户能更多地主动参与电力市场,减少或者推移某高峰时段的用电负荷,从而保障电网稳定 运行的行为。2022 年 1 月,《“十四五”现代能源体系规划》提出,力争到 2025 年,电力需求侧响应能力达到Z大负荷的 3%~5%,其中华东、华中、南方等地区达到Z大负荷的 5%左右。中国电机工程学会理事长舒印彪院士提出,我国应力争在 2030 年,需求侧响应 规模达到Z大用电负荷的 5%-10%,在 2060 年达到 15%-20%。2022 年 9 月,国际能源署 (IEA)在《清洁能源进展跟踪报告》中预测,根据 2050 年净零排放情景,到 2030 年电动汽车车队将超过 3 亿辆,电动汽车将占新车销量的 60%。长期看充电桩作为新能源车集聚负荷的接口,在用户侧响应领域重要性日益凸显。

能源互联网入口,兼具信息与调节能力

充电桩具备负荷信息和调节能力,终端覆盖率高,是理想的能源互联网接口。充电桩具备 有序充电功能,协助负荷侧需求响应,此外,后续 V2G 技术逐步成熟后,电动汽车作为可 移动的分布式储能单元,在用电低谷期低价给电动汽车充电并储存电量,在用电高峰期高 价把电力“卖给”电网的方式获取价差收益,协助电网削峰填谷。各地政策支持或试点充电桩参与需求响应。目前,江苏、福建、山东等省份在出台电力需 求相关政策时鼓励充电桩参与需求响应;上海、天津、江苏常州、浙江平湖等地试点充电 桩参与需求响应。根据 2020 年 6 月发布的《电动汽车与电网互动的商业前景—上海市需求 响应试点案例》数据,在每年响应 5 次的情况下,私人充电桩/专用充电桩/换电站参与需求 响应的内部收益率分别达到 9%/21%/101%,年均收益分别为 71/118/2520 元。

虚拟电厂技术加持,智能电网技术助力新能源汽车充放电调节。虚拟电厂是指借助信息技 术和软件系统,实现分布式电源、储能、可调负荷等多种分布式资源的聚合和协同优化的 协调管理系统。通过采用“互联网+5G+智能网关”先进通信技术,实现电网调度系统与用 户侧可调节资源的双向通信,满足电网调度对聚合商平台实时调节指令、在线实时监控等 技术要求。虚拟电厂增加区域的调节能力,为用户侧可调节资源参与市场交易、负荷侧响应、实现电网削峰填谷提供坚强技术保障。V2G(新能源汽车与电网能量互动)等分布式能源接入虚拟电厂集中管理后,智能电网技术将进一步助力新能源汽车充放电调节。

新能源汽车电量消耗占比提升,新能源汽车充放电调节创造价值蓝海。根据中国汽车工业 协会的统计数据,2022年1-8月,新能源汽车产销分别达到397万辆和386万辆,同比+119.0% 和 114.6%。新能源汽车产销的火热叠加动力电池持续扩容及充电速度持续提高,显著提高了新能源汽车电量消耗。2022 年 1-8 月全国充电总量达到 129.4 亿 kWh,同比+89.8%;2022 年 8 月全国充电总量占全社会用电量的比例达到 0.27%,同比+0.14pct,实现新能源 汽车充电量与用电占比的双提升。伴随新能源机组大量接入电网,调节能力亟待提升,调 节价值日益凸显;叠加新能源汽车电量消耗占比有望持续攀升,新能源汽车充放电调节技术将会在调节电网负荷、维持电网的电力电量平衡中发挥重要作用。

行业走向规范化,“新基建”迎来新机遇

政府主导逐步转为市场主导,行业内生动力增长强劲。我国充电桩行业发展大致分为三个 阶段,第一个阶段为 2006-2014 年的萌芽期,这一阶段的特征是政府主导项目建设,项目 自主盈利能力不足,行业发展极度依赖政府补贴。第二阶段为 2015-2019 年的快速增长期 和洗牌期,这一阶段的特征是民营资本在政策吸引下纷纷入局,形成国有、民营、混合所 有制并存的产业格局;但是低端无序的“野蛮生长”过后坏桩、“僵尸桩”、运维服务缺位 等问题不断凸显,在 2016 年新国标开始实施后行业迎来洗牌,行业发展愈加规范。第三个阶段为 2020 年至今的发展关键期,这一阶段的特征是政府补贴由充电桩制造端转向运营端, 整体补贴逻辑由“量”到“质”的变动带动了高附加值业务扩展,行业盈利引来拐点,内生增长动力增长强劲,在“新基建”背景下行业发展迎来新机遇。

“新基建”迎来新机遇,多地区明确充电桩远期发展目标。我国中央及地方政府出台了多 项保障政策,加快推进充电基础设施建设。2022 年 1 月,发改委出台《关于进一步提升电 动汽车充电基础设施保障能力的实施意见》,提出到 2025 年,部分地区高速公路服务区快充站覆盖率不低于 80%,形成能够满足超 2000 万电动汽车充电需求的充电基础设施体系。北京、上海、广东、山东等省份也提出“十四五”期间电动汽车充电桩建设发展目标,通过政策推动为充电桩覆盖率提升及充电桩行业未来发展提供重要动力。

充电桩可以按照充电方式、充电接口数、安装地点、安装方式四种方式分类。按照充电方 式分类,可以分为交流、直流、交直流一体充电桩;按照充电接口数分类,可以分为一桩 一充、一桩多充;按照安装地点分类,可以分为公用充电桩与专用充电桩;按照安装方式分类,可以分为落地式与挂壁式充电桩。公共充电桩面向社会车辆(全部或部分)提供充电服务,公共充电桩下属两个分支分别为公用 充电桩和专用充电桩,其中公共充电桩全部开放,快充桩居多;而专用桩面向部分特定的 社会车辆服务,一般安装到单位内部场合,仅供单位内部人员使用。而私人充电桩主要供 私家车使用,且一般为慢充。共享私桩的概念介于公共桩和私人桩之间,属于个人为满足私人车辆充电而进行自建,且可向其他车辆提供充电服务的充电桩。

设备端前期话语权较高,运营侧重要性逐步凸显。传统充电桩产业链的基本业务模式是上 游制造商加装配电设备和滤波器等器件后,组成充电桩销售给中游的运营商,然后由运营 商租赁或出售给终端用户,获取收入;前期运营端盈利较差,产业链的重心主要在设备供 应端。随着汽车保有量增加,充电桩作为能源互联网的重要入口,产业链的融合程度有所 提升,话语权呈现向运营端集中的态势,运营主体范围也相对扩大。支持端主要向运营端 提供信息技术支持,利用大数据相关技术向充电桩/站的精细化运营赋能,是产业链中的新生力量。

制造端:模块与信息升级,行业跃千亿市场

模块升级与信息升级助力能源互联网建设,充电模块价格下降利好制造端发展。与传统燃 油汽车相比,新能源汽车出行更加依赖电力输送、场地建设、充电桩投放等基础配套产业 的发展。高压直流充电桩由于具备充电时间短优势,逐渐成为市场主流选择,同时能够加 速新能源汽车的普及。伴随 5G、互联网、智能网关等先进通信技术的迅速发展,以及 V2G 技术瓶颈的不断突破,充电桩所具备的功能单元持续拓展,充电系统运营更加智能化,我 们认为充电桩是未来能源互联网的一大重要入口,伴随上游充电模块价格下降,以及充电 桩智能化、信息化升级,行业有望迎来新的发展机遇。

车桩比有提升空间,分布呈现长尾效应

车桩比紧张持续改善,充电桩需求依然强烈。根据中国充电联盟的统计数据,2022 年 1-8 月,中国充电基础设施增量为 169.8 万台,同比 2021 年 1-8 月增长 300.5%。截止 2022 年 8 月,全国充电基础设施累计数量为 431.5 万台,全国新能源汽车保有量达 1170 万辆, 2022 年 1-8 月车桩比达 2.7:1。2022 年 1-8 月,车桩增量比达到 2.3:1,“一桩难求”的局 面持续改善,但是距离发改委提出的到 2025 年中国新能源汽车与充电桩的车桩比达到 1:1 的目标仍然存在较大差距。伴随下游新能源汽车销量的持续增长,充电桩要完成车桩比目 标仍需扩大充电设施覆盖范围。

分省市来看,省市间充电桩保有量呈现长尾效应。截至 22 年 8 月,国内公共桩保有量Z多 的 TOP10 省份为广东、江苏、上海、浙江、北京、湖北、山东、安徽、河南、福建,占据 了全国公共桩总量的 71.4%。充电电量Z高的省份基本与之重合,22 年 8 月充电量Z高的省市为广东省,充电量达到了 5.5 亿 kWh,用电主体主要是公交车和乘用车,环卫物流车、出租车等其他类型车辆充电量占比较小。

充电时长仍为痛点,短时充电需求凸显

充电速度慢引发续航焦虑,充电时间长仍为新能源车行业痛点。当前水平下,车辆通过功 率为 3-7kW 的交流桩充电,需要 6-8 小时充满,通过功率为 30-200kW 的直流桩也要 1-2 小时才能充满,距离燃油车的加油速度还存在很大差距。因此,解决充电速度问题是新能 源车行业的关注重点。一二线城市里程焦虑尤甚,短时充电需求凸显。据汽车之家研究院联合 BCG 于 22 年 8 月 发布的《充电行为洞察与消费空间探索》报告中对近 3000 名新能源车车主线上问卷结果显 示, 一线、二线城市由于地域更广、出行范围更大,“里程焦虑”的情况更为显著。超过 一半的一线/新一线的用户在剩余里程 50 公里以上的时候就会选择充电,并且充电时间大部分集中在 2 小时以内。多数低线城市车主在剩余里程在 30-50 公里时、甚至在 30 公里以内才选择充电,且有 43%的四/五线城市用户单次充电时长超过 2 小时。

高压快充时代来临,直流占比快速提升

高压快充时代来临,充电慢问题有望迎来转机。电动车充电方式可分为交流慢充和直流快 充,要想实现快充需使用直流快充。根据 P(功率)=U(电压)*I(电流),提升充电功率 可分为提升电压与提升电流两种技术路线。高电压的优势在于在同样的功率下 :

1)有助于减少发热量(根据 Q(热量)=I(电流)2R(电阻)t(时间)),提升电池安全性能以及能量 转换效率;

2)能保持较长的高倍率充电区间。由于充电过程并非线性,高电流方案中,由 于发热问题,充电功率无法长时间保持峰值,因此即使峰值功率两种技术路线相同,但高 电压快充平均功率较高;

3)低倍率充电能减少电池材料损耗,延长电池循环寿命;

4)大 电流路线需要配套使用直径更粗线束以承载更大电流,提升成本且降低能量密度。但提升 电压需要对电驱系统、空调压缩机等元器件重新设计,以适应高压平台,杜绝高压失控风险。

以保时捷 Taycan 为例,为适配 800V 高电压,其内部三电系统做了较多改造。同时充电桩端的充电枪、接触器、线束等零部件也需要做相应升级。因此高电压快充前期普及成本相对较高,需要车企与充电桩基础设施的共同配合。

高压快充显著缩短充电时长,提升用户充电感受。高电压快充主要分为三类:纯 800V 电压 平台、800V 电池组搭载 DC/DC 转换器和两个 400V 低压电池组。目前 800V 高压已经成为 市场主流,国内外多家车企加速布局 800V 高压快充平台,高达 300-500kW 的充电功率仅需 6-10 分钟就能迅速补能,补能速度已经可以媲美燃油车。充电时间缩短将显著改善出行体验,助推新能源车普及。

直流充电桩有效提高充电效率,协助减少充电时间。充电桩按充电方式可以分为交流充电 桩、直流充电桩和交直流一体充电桩。与直流充电桩相比,交流充电桩需要车载充电机自己进行变压整流,要受限于车载充电机功率,一般功率较小,以 3.3 kW 和 7kW 居多。而 直流充电桩的充电功率更高,通常在 30kW-120kW,可以显著缩短充电时长。通常交流充电桩充满电需要 8-10 小时,常用于私人家用停车位;而直流充电桩充满电只需 20-90 分钟, 因此多用于公共停车场、商城等对充电效率有较高要求的场景。

直流充电桩占比快速提升。根据中国充电联盟数据,截止 2021 年底中国公共充电桩共 114.7 万台,其中直流充电桩 47.0 万台,占比 40.98%;截止 22 年 8 月中国公共充电桩共 162.3 万台,其中直流充电桩 70.2 万台(相比 21 年底增加 49.36%),占比 43.25%(相比 21 年 底提升 2.27pct)。

克服充电时空限制,新技术全方位革新

无线充电、智能机器人充电打破地理限制,未来值得关注。除了研发高压快充技术缩短充 电时间之外,部分厂商已经开始布局包括无线充电技术、智能充电机器人等在内的新兴智 能充电技术,引领新能源汽车充电方式变革。电动汽车无线充电技术通过埋于地面或道路 两侧下的供电导轨以高频交变磁场的形式将电能传输给运行在地面上一定范围内的车辆接收端电能拾取机构,进而实现车载储能设备供电。2022 年沃尔沃参与“哥德堡绿色城区” 战略计划,目前无线充电技术已经进入测试阶段,预计未来 3 年内可提供服务。智能充电 机器人的优势在于简化施工工艺,释放空间活力,便于统一管理,并且兼具成本优势。

休闲娱乐设施入局,全方位改善充电体验。除了致力于缩短充电时间、克服充电地理限制 之外,改善充电过程中的车主体验也是各充电桩运营商的努力方向。围绕充电站覆盖范围 建立娱乐和零售消费配套设施,通过提供便利店服务、小型娱乐设施、Wi-Fi 等配套服务, 可以在改善车主充电体验的同时提高充电桩利用率。例如,星星充电重庆充电站设置上下 两层休息室,包括餐饮区和休息区;星星充电西安充电站还开展了“星星全运会”活动, 并设置奖品吸引车主参与。

充电模块价格下降,普及速度有望加快

充电模块在直流充电桩成本中占比Z高。直流充电桩充电速度快、功率高,但由于技术比 较复杂,所以相比交流充电桩价格更高。目前直流充电桩主要应用于公交车、大巴车、出租车等专业化集中运维场景。2021 年,直流充电桩成本中充电模块占比Z高,达到 41%, 因此直流充电桩价格对充电模块成本波动表现较为敏感。充电器和线的成本占充电桩总成 本 21%,仅次于充电模块成本占比。

充电模块价格下行,进一步提升直流充电桩普及程度。随着中国充电桩行业生产技术不断 完善以及行业规模持续扩大带来的规模效应,自 2014 年起中国直流充电桩充电模块价格稳 步下行,直流充电模块价格由 2014 年的 2.1 元/W 下降到 2021 年的 0.37 元/W。充电模块是直流桩的重要组件,随着充电模块价格下降,直流充电桩成本同步降低,普及程度得到 进一步提升。根据充电桩联盟数据,2021 年我国共有公共直流充电桩 47 万台,同比增长 52.1%,预计 2022 年将增至 76.8 万台。

直流增加信息传输,实时监控保障安全

直流充电桩监测系统升级,智能充放电技术满足远程电量监测需求。为了保证充电桩的安 全运行,需要对其运行状态等进行实时监控及远程调节,实现智能化运维。同时,用户也能够借助此功能远程查看充电进程。伴随 5G 远程通信技术的迅速发展,借助充电桩的信息传输功能实现远程监测正在变得可行。通过内置的电量采集模块及电量监测模块,可以获 取充电桩输入的标准电量及生成的充电电量,再经由通讯模块将信息远程传输给监管平台,Z终由监管平台进行精准调控,为充电桩的安全运行保驾护航。例如,亚马逊云科技使用 Amazon IoT Core 和 MQTT 设计了下一代车辆通信系统,支持通 过远程互联时刻接收并查看车辆状态,完成车辆状态的云端呈现、脱机车辆的Z后已知状态查询、实时更改车辆状态、通过状态更改触发命令与控制等功能。

图像、视频信息采集技术兴起,周边信息监控保障车桩安全。分散建设的充电桩仍然存在 数量庞大管理困难、互联能力弱等问题。尤其对于在地下停车场、偏远地区等网络信号较 差的地区建设的充电桩,其设备管理、信息同步、数据传输等方面面临更大挑战。同时我 国公共充电桩由于缺乏有效的监控,燃油车占用充电车位的现象仍然普遍。根据 2021 年中 国充电联盟针对中国十个城市充电桩使用情况的调研数据显示,十个城市公共充电桩损坏 率高达 20%,严重降低了充电桩的使用效率。充电桩远程监控解决方案的出现,能够有效解决上述痛点,保障车桩安全,提高充电桩利用效率,4G 无线技术、无线数传模块及采集 模块等物联网设备需求有望随之快速增长。

充电国标或将生变,加速快充时代到来

直流充电国标或将统一,解决适配性不足问题。2022 年初工信部发文称正式启动对电动汽车传导充电连接装置国家标准的修订工作,进一步规范大功率充电。在 2022 年 4 月发布的 《电动汽车传导充电用连接装置 第 3 部分:直流充电接口》征求意见稿中,新国标出现两处明显变化,一处变化是针对额定电压不超过 1500V 的直流充电接口,对应的额定电流新 增了 10A、16A、25A、32A 和 50A,而 16A 和 32A 恰好是目前交流充电桩的充电额定电 流,这意味着新国标中,直流充电接口的功率可以兼容现有的交流充电接口功率,对于充 电桩来说,当直流桩的充电功率向下兼容了交流桩,结合电动车电池容量逐渐上升的趋势, 交流慢充或将被直流快充完全取代。虽然目前新国标并未正式发布,但车企以及充电桩企业深度参与标准制定过程,且有部分 车企提前做出布局,比如蔚来、小鹏的新车型已经将家用充电桩升级为了直流接口,整车 仅保留直流作为唯一充电口。此外新标准中还增加了 300A、400A、500A、600A 和 800A 的大功率直流充电要求,未来随着硬件的配套升级,可进一步缩短充电时间,提升电动车充电效率。

全球需求快速增长,出口业务迎来机遇

海外新能源车市场火热,拉动充电桩市场需求高增。目前全球主要经济体基本计划在 2050-2060 年实现零排放,政策推动下全球车辆电动化进程有望加速。根据 Marklines, 2022H1 全球新能源车销量 422.4 万辆,同比+66.9%,22H1 美国新能源车销量 47.17 万辆, 同比+67.2%;全球新能源车渗透率达到 6.7%,同/环比+3.4pct/+1.2pct,继续保持稳步上 升态势。随着新能源汽车销量快速增加,将会进一步拉动对充电基础设施的需求。

海外充电桩升级需求强烈,国内充电桩制造商迎来出口机遇。国外新能源车市场的火热拉 动了充电基础设施建设及升级的需求。根据 AFDC,截至 22 年 10 月 13 日,美国的公共及 私人充电桩中交流桩仍然占据主导地位,占比高达 86.7%,而直流快充桩在美国的覆盖率 仅为 13.3%,难以满足对充电时长的需求,充电桩升级需求强烈。根据欧洲汽车制造商协 会(ACEA)的测算,到 2030 年欧盟需要新增约 680 万个公共充电桩(即每周需安装 1.4 万个充电桩)才能完成《欧洲绿色协议》内的计划,而目前欧盟每周安装的公共充电桩不到 2000 个,海外充电桩市场的缺口为中国充电桩企业出海提供了重要机遇。伴随国内传统 车企及造车新势力纷纷加大对欧美市场的攻势,国内充电桩企业有望乘着政策支持及车企出海的东风实现海外快速布局。

充电桩出海机会与挑战并存,技术实力与配套服务是关键。目前世界范围内主要有四种充 电桩标准,分别为国标、欧标、美标及日标,我国充电桩出口企业主要面临的是欧标和美 标。与国标相比,出口产品在安规及电磁兼容等方面要求更加严格,汽车测试标准和法规 相对于中国市场而言更为苛刻,并且需要取得 CE 和 UL 等国际认证机构的认证。除此之外,中国桩企要想获得海外市场认可,还需妥善解决充电桩安装、零部件维护等售后服务工作, 因此我们认为能够获取国际认证的成熟技术积累以及完善的服务配套是抢占海外充电桩市 场的核心关键。

行业规模:千亿市场高速增长

新能源车渗透率提升,充电桩需求旺盛。我们认为技术进步和成本下降是行业的整体趋势, 续航里程增加及充电时间缩短提升了电动车对燃油车的可替代性,或将进一步激发下游需求。我们预计,22-25 年新能源乘用车销量增速将继续提升,22/25 年增速约为 2%/ 5%;25 年商用车中客车/货车的渗透率约为 20%/6.5%;对应 22/25 年全国新能源汽车销量为 639.2/1391.8 万辆,CAGR 达 21.5%,22-25 年新能源汽车总销量合计有望达 4080.2 万辆。

市场空间:22-25 年充电桩市场规模有望达到 2942 亿元

充电桩市场规模主要受车桩比、私人充电桩/公共充电桩比例、公共充电桩中交/直流占比, 和各类充电桩价格影响,我们结合 2021 年现有充电桩规模和行业发展趋势,预计 22-25 年 期间充电桩市场规模有望达到 2942 亿元,各类假设如下:

车桩比:从已有车桩比规划上看,15 年发布的《关于加快电动汽车充电基础设施建设的指 导意见》,规划到 2020 年全国车桩比近 1:1;根据中国充电桩联盟数据测算得出,至 20/21 年底我国存量充电桩的车桩比为 2.9/3.0,仍显著低于 15 年规划的数据。据我们测算 2021 年公共领域车桩比 6.84,仍处于较高水平,考虑到下游新能源车充电时间集中,等待时间影响到充电体验,我们预计公共领域车桩比仍将处于下降区间,预计 22-25 年平均车桩比 为 3:1。我们预计 22-25 年新能源车总销量为 4080.2 万辆,对应充电桩需求为 1360.1 万个。私人充电桩/公共充电桩比例:公共充电桩使用效率较高,随设备使用率提高,我们认为公共领域充电桩占比或稳步提升。2021 年私人充电桩 147 万个,占整体充电桩数量的 56%, 我们预计 22-25 年私人/公共充电桩占比分别为 55%和 45%。公共充电桩中交直流占比:我们认为充电便利性是设置公共充电桩的重要考量,直流充电 桩节约充电时间效果明显。从运营商角度看,高功率的直流电桩能够提高单位时间的充电 量,增加充电收入。2021 年存量充电桩中,直流占比为 41 %,我们预计随直流充电桩加 速普及,22-25 年公共充电桩中直流占比有望达到 60%。充电桩价格:由于 2021 年直流充电模块价格约为 0.37 元/W,我们测算,50kW 直流充电 桩总价约为 3.7 万元,450kW 直流充电桩价格约为 33.3 万元。考虑功率提升和模块成本下 降,单桩价格或将维持稳定,我们预计 22-25 年交流和直流充电桩平均价格分别为 0.6 万 元和 7 万元。

运营端:利用率仍需追逐,新模式创造蓝海

运营模式逐步由不同主体各自主导走向多方合作创新。从运营主体看,起初充电桩运营主 要是以政府、企业、用户各自主导的模式。混合模式是指企业主导的同时由政府提供扶持;众筹模式是指借助互联网思维,整合企业、社会、政府多方力量共同参与。由政府参与运 营的项目往往较为规范和有序,但也存在着增加财政压力和市场效率受限、抑制行业发展 活力的劣势。单纯由企业主导的模式易导致无序建设等问题,而凭借用户一己之力承担建 设成本及后续运维费用的压力也较大。混合模式和众筹模式作为多个主体间的结合,能改 善以上问题,尽管协调的成本要高于单一主体,但在经济性上更有保障。当前具有代表性 的混合模式企业为特锐德,主要是与目标地方政府签订合作协议,获得特殊授权,同时加 大政府对特锐德汽车群充电业务的社会资本投入,实现合作共赢;众筹模式下的代表性运营商是星星充电,推出了“众筹建桩”“私桩共享”新模式。

充电桩运营的收入来源主要为两大部分,包含原有模式下的充电服务费,以及新兴的增值 服务费。增值服务费是未来充电桩运营市场中的蓝海。从客户端来看,充电桩运营增值服务可以分为 To B(面向集团、机构)、To C(面向用户)。其中,运营商主要通过 SaaS 平台 服务 B 端客户,并为其提供一体化智能运维解决方案,如设备的监控、结算业务和车辆信 息管理的大数据分析服务等。To C 主要是面向单个车主,提供 App 的服务,提供找桩、移 动支付等服务。原有模式下,利用率是盈利源泉,布局点是胜负手;潜在模式下,数据服 务加速变现,有序充电 V2G 增加收益,为盈利带来新增长极。

原有模式:利用率是盈利源泉,布局点是胜负手

收入端:一般而言,充电桩盈利来源主要由三部分构成,包含电费差价、服务费以及其他 增值服务费用。由于车主对电费差异较为敏感,充电桩运营商直接将电费抬高的难度较大。因此,在传统单一的充电业务的运营模式下,服务费为充电桩盈利的主要来源。尽管当前 官方对服务费的限制逐渐放开,但客户对充电价格高度敏感、充电桩市场竞争激烈可能再 度拉低度电服务费用。因此,当前提升盈利水平的核心仍然在于提升利用率。

利用率:整体利用率不足 10%,地区间差距较大

利用率可以通过平均桩数利用率、单桩平均时间利用率和平均周转率三项指标来评估。平 均桩数利用率指充电站中提供服务的充电桩和站内充电桩总量的比值;单桩平均时间利用 率衡量的是一个充电桩向车辆供电的时间和其一天可供电时间上限的比值;充电站的平均 周转率为服务车辆数量与站内充电桩的比值。由于充电时长和功率决定了充电桩的充电量, 因此,我们一般以平均时间利用率来衡量单个充电桩以及整个充电站的利用率情况。

据中规院统计,2021 年全国 24 个主要城市公用充电桩的平均密度约为 17.3 台/平方公里。从整体利用率来看,尽管 2021 年国内 24 座城市公用桩的平均桩数利用率、平均时间利用 率、平均周转率分别提升 16.9、5.2 和 1.6 个百分点,但大部分城市公用桩的平均桩利用率 不到 50%,多数城市公用桩的平均时间利用率不足 10%,充电桩利用率仍处于较低水平, 长尾效应显著。从增长的幅度来看,厦门、广州、福州、长沙、济南等城市的公用桩效能 提升幅度较大,而海口、石家庄、南昌、深圳等城市的公用桩效能提升幅度较小,整体利用率的提升仍呈现出地区间不平衡状态。

成本端:充电设施的成本由两部分构成——建设成本和运营成本。据 2021 年中商产业研究院统计数据显示,从建设成本来看,充电模块和充电机分别为充电桩和充电站的核心,占充电设施总成本的 45%-55%。其中,充电模块/充电机占充电系统成本近 50%。据中商产 业研究院数据,一个普通桩的成本均价在 0.5-2 万元人民币,一个快充桩成本普遍在 10-15 万人民币;一座充电站的投资成本约为 250 万元,其中,配电设施成本在 160 万元左右。运营成本主要涉及到场站管理员的工资,日常的维修和充电桩的保险费等。

充电桩盈利分析

我们假设一个直流充电桩的充电功率为 50kW,假设单 W 价格为 0.65 元,其充电桩建设初始投资额为 7.25 万元(包含充电设备、土建施工和配电侧设备投资),其中 70%为银行贷款,贷款利率为 7%。

充电桩盈利的敏感性分析

当直流充电桩的利用率介于 5-17%之间,度电服务费介于 0.5-1.0 元时,单个直流桩净利率 处在 2-57%的范围内。当度电服务费为 0.5 元时,直流桩利用率在接近 5%时能够达到盈亏 平衡点;当度电服务费为 0.6 元时,直流桩利用率在 4%左右能够达到盈亏平衡点。随着利 用率提升,净利率对其敏感性逐渐降低。在其他条件相同的情况下,充电功率提升,净利率亦随之提高。

充电站盈利分析

我们假设一座具备 30 个 50kW 直流充电桩和 10 个 7kW 交流充电桩的充电站,其直流桩的 单 W 充电桩设备成本为 0.65 元/W,单桩土建支出为 1.5 万元,单桩配电侧设备支出为 2.5 万元;交流桩的单桩成本为 6000 元。其他基本假设情况如下:

直流桩占比、直流单瓦充电模块价格是影响充电站初始投资的两个重要因素,两者同投资 规模呈正相关关系。经我们测算,当直流桩占比为 40-80%,单 W 直流充电模块价格在 0.4-0.9 元的范围内时,投资额约为 102-278 万元。

假设该充电站中的直流充电桩的充电功率为 50kW,交流充电桩为 7kW,直流单 W 充电桩 设备价格为 0.65元,交流桩的单桩成本为 6000元,则充电站建设的初始投资规模约为 223.5 万元(包含充电设备、土建施工和配电侧设备投资),其中 70%为银行贷款,贷款利率为 7%。假设度电服务费为 0.5 元/kWh,利用率为 10%时,其净利率约为 19.2%,静态投资 回收期为 7.19 年。经测算得出,该充电站的盈亏平衡点处利用率约为 7.45%。

改进模式:光储充一体化,降成本赚价差

光储充一体化解决方案本质是由光伏、储能和充电桩三个子系统构成一个微电网。该系统 通过集成光伏发电、大容量储能电池和智能充电桩等多项技术,既可以为电动汽车提供绿 色能源,又可以实现电力削峰填谷的辅助功能。三者耦合的工作机制是通过光伏子系统实 现由太阳能到电能的转化,产出的电能可以储存在储能系统中,或直接输送至充电桩对电 动车充电或其他用电端。系统中的能量管理系统(EMS)对系统内各个单元起到监控调度作 用,旨在实现能量配置的Z优化。其主要的功能有设备监控、能量统计分析、能量管理、储能调度、事件告警、报表管理等。

峰谷价差下,赚取电价差额成为可能,价差扩大提振盈利。光储充一体化可以将光储套利 系统和充电桩进行结合,峰谷价差的扩大,也有利于充电桩运营商获取套利收益。22 年 9 月,多省已取消尖峰电价,但大部分省份的峰谷价差较 8 月份仍有上浮。根据北极星储能 网统计,9 月共有 21 省份的Z大峰谷电价差超过 0.7 元;16 个省份的峰谷电价差环比 8 月 扩大。其中上海的峰谷价差达 1.397 元/kWh,达到全国Z高水平。对于充电桩运营商而言, 该模式克服了传统盈利模式下难以获取电费差价的弊端。日间光照较强时,利用光伏发电 实现电价高峰段自发自用,余量上网,获取电费收益;低谷电价时段,调动电网容量向储能电池充电,实现自发自用,峰谷套利。

降低配网端增容成本,两部制电价下节省容量电价。电价按设备容量分为两类:一是单一 制电价;二是两部制电价。

单一制电价:是以用户安装的电能表每月示出的实际用电量为计费依据。实行单一制电价 的用户,每月应付电费与其设备容量和用电时间均不发生任何关系,单价保持恒定。

两部制电价:将电价分成容量(需量)电价和电度电价两个部分计算。其中,容量(需量) 电价体现了用户对“电力”的需求,供电企业需要按约定为用户配置专属的输变电容量, 通过容量电价回收相关投资产生的固定成本。另一部分称为电度电价,体现了用户对“电 量”的需求,反映电力工业企业成本中的电能成本,即流动费用部分。目前我国对变压器 容量在 31SkVA 及以上的大工业用电执行两部制电价,其他用电均执行单一制电价。

实现机制:电网用电高峰时,优先使用储能系统向充电桩供电,借此缓解充电桩对区域电 网的冲击,解决充电站配电容量不足难题。通过储能系统,充分发挥存储能量和优化配置 的功能,谷期充电、峰期放电,进一步降低充电成本,又可在电网故障停电时采用离网运 行模式对新能源车紧急充电。通过能量存储和优化配置实现本地能源生产与用能负荷基本 平衡,可根据需要与公共电网灵活互动且相对独立运行,尽可能的使用新能源,缓解了充电桩用电对电网的冲击。由于当前的盈利空间逐步扩大,企业纷纷加速布局光储充产业链,如中能电气的子公司能 够为客户提供光储充项目前期开发、设计、EPC、运维等服务,同时公司也已经在福清工厂 投建了光储充一体化示范项,科大国创的光储充一体化系统已在试点运行中,此外还有易 事特、星云股份、阳光电源等进行了光储冲一体化的布局。

潜在模式:数据服务加速变现,有序充电 V2G 增加收益

充电桩助力车网互通,加速数据变现。早在 2015 年,国务院就已经明确“互联网+充电基 础设施”产业,结合新能源车市场的发展潜力,将充电设施建设成为海量数据的入口。由 于充电桩运营商、制造商、用户高度分散,海量数据存在较大整合价值,行业内开始追求 充电桩和大数据的耦合联动。这种联动一方面旨在借助大数据分析车主的充电行为,分析 充电区位以实现更优的充电桩建设分布;另一方面,可以附带多项数据增值服务,助力形 成大数据和充电桩融合的创新商业模式。当前支付金融、数据服务、同电网互联互通等业 务同充电业务结合的经营模式层出不穷,为行业发展注入新鲜血液。

后市场大数据分析开发增值服务,助力盈利模式变革。后市场是指汽车销售完成后提供的 服务,包括电池评估、车辆检测等。借助后市场大数据分析技术,充电桩运营商未来可以 探索建立“充电+后市场服务”的运营模式,通过为客户、车企等提供各类增值服务拓展盈 利渠道,同时可以打通中下游产业链,打造差异化的竞争优势。例如,特来电与天猫养车 开展合作,推动新能源动力电池评估检测服务落地,利用车辆充电时充电桩的回传数据对车辆电池进行全面诊断评估,车主仅需在天猫养车门店充电 20 分钟即可获得一份电池检测 报告,未来二者生态进一步融合后车主还可以通过手机 APP 查看检测报告,进一步落实“新 能源汽车服务全价值链”战略及“售服一体化”全布局。

借助能源互联网平台运营切入 B2B2C 服务,打造利润新的增长极。借助支付宝等第三方通 用平台打造底层入口逻辑,通过切入B2B2C模式实现与其他运营商的数据共享与业务合作, 通过共享服务费创造新的优质商业模式与利润增长点。例如,特来电一方面与超过 500 家 企业合作,打造规模大覆盖广的互联互通平台,与百度地图合作为新能源汽车车主出行提 供更便捷的导航服务;另一方面与充电桩行业内 9406 家企业合作打造 SaaS 充电网,平台 支持 APP 扫码、车充识别等多种充电启动方式,通过大数据分析技术,为充电设施的运营 运维提供数据预测等服务。星星充电独创包含商家云、用户云、充电云、电商云等十二种 云平台在内的“星星十二云”平台,围绕能源+场景+生态,从家庭、楼宇、社区等多方面 打造“移动能源网”,在“云-管-端”(即软件+服务+硬件)的高度协同运作模式下,拓宽盈 利渠道。

目前充电模式正在由无序充电向有序充电转变。无序充电指充电时间和地点随机化,但大 量电动汽车在电网负荷高峰时段集中充电会给电网造成较大压力,根据国网能源研究院于 2021 年的预测数据,无序充电将导致电网峰值负荷在 2030 年和 2035 年增加 12%-13.1%。V2G(Vehicle-to-grid)即电动汽车给电网送电的技术,本质上是一种双向有序充电策略。V2G 建立在 V1G(单项有序充电策略)的基础之上,增加了在用电高峰反向放电的功能。该功能可将大基数的动力电池转变成一个虚拟调峰电厂,不仅进一步缓解电网压力,也可以通过反哺电网增加收益。由此,V2G 有序充电可通过三种方式调节电网负荷:1)通过设置峰谷电价激励电动车用户自发调整充电时间;2)结合配网变压器的负荷状态与开放容量 以及用户的出行需求对电动汽车充电时间以及充电功率进行智能化管理;3)智能控制与经 济杠杆调节相结合。

从电网的角度看,V2G 模式可以实现峰谷电的合理调配,达到“削峰填谷”的效果,还可以调节电网负荷,提高电网效率,Z大化的满足社会用电需求,使得整个系统更加协调。从 车主及消费者的角度看,在用电低谷时用较低的电价给汽车充电并储存电量,而在用电高 峰期用较高的电价向电网输送电力,电价差可以给车主带来一定的经济收益,从而进一步降低电动汽车车主的充电成本。符合 V2G 模式当前还存在一些弊端,参与“削峰填谷”意 味着动力电池充放电次数的增加,电池的循环次数是关注重点。

竞争格局:马太效应明显,“位置好+懂运营”是关键

我国充电桩运营端的集中度整体呈现高度集中的状态。据中国充电联盟的数据显示,2021 年,我国公共充电桩运营市场 CR4 已达 74.24%,公用充电桩运营市场 CR4 达到 68.26%, 专用充电桩运营市场 CR4 达 88.86%;直流充电桩运营市场 CR4 为 79.08%,交流充电桩 运营市场 CR4 为 71.24%。

充电桩行业呈现“马太效应”。由于充电桩运营行业前期投入较高,但后期需要付出的边际 成本往往很低,因此,行业的竞争格局容易呈现出“强者愈强,弱者愈弱”的“马太效应”。从充电桩的市占率来看,22 年 8 月,星星充电、特来电、云快充所提供的充电桩运营数量 占据前三,其市占率分别达到 22%、 18%、12%;国家电网和南方电网的市占率紧随其后, 其市占率分别为 11%、6%。充电站的市占率前三分别为特来电、国家电网和星星充电。

资金/技术/环保多重壁垒环绕,“位置好+懂运营”为关键。电动汽车充电桩属于新型基础设 施,是资金密集型产业,替代品威胁较小。现有竞争者数量不多,市场集中度较高,同时, 因行业资金、技术门槛及环保要求较高,潜在进入者威胁较小。上游供应商一般为原材料 和零部件供应企业,议价能力适中,而下游消费市场主要来自电动汽车消费者,对价格变 化相对较为敏感。由于后期付出的边际成本占比相对较低,当前盈利模式下充电桩利用率 对于项目 IRR 具有Z显著影响,地理位置的选择为影响利用率的核心关键。同时,随着新 兴盈利模式逐步开拓,充电桩数据价值逐步突显,借助能源互联网平台运营,打造入口优势,将会为企业带来新的增长活力。

整车端:快充提升用户体验,看好高电压快充普及

快充将显著缓解电动车续航焦虑

能量密度提升速度趋缓,提升补能效率的重要性逐渐体现。为解决续航焦虑问题这一电动 车普及的重要痛点,车企抑或提升单车带电量,抑或提升补能效率。过往通过提升能量密 度从而提升带电量为主要突破方向,随着材料体系升级以及结构创新,电池能量密度提升, 电动车续航里程普遍达到 400 公里以上。目前能量密度提升速度放缓,进一步提升的边际 难度逐渐提升,若要提升续航里程则不得不提升车身重量,将降低电动车的经济性与环保 性。因此提升补能效率的重要性逐渐体现。补能基础设备的普及以及补能效率的提升,将显著缓解续航焦虑,提升消费者体验。

我们预计换电模式更适合于商用电动车领域。提升补能效率分为快充与换电两大路线,换 电模式技术难度较低,补能速度快,且由换电站统一管理有利于电池的全生命周期利用。蔚来是国内换电模式的主要推广者,截止今年 9 月 25 日,蔚来已建成 1122 座换电站,宁德时代也已推出 EVOGO 换电品牌,首批换电站于厦门投入运营。然而换电模式要求电池 系统的高度标准化需要电池厂商和车企的共同配合、协调车企与电池厂商各方的商业利益, 因此标准化难度较大。我们认为,换电模式有望在商用电动车领域普及应用。1)商用车带 电量大,换电相较于快充的补能速度优势更加明显;2)商用车行驶里程高,电池损耗较快, 换电模式实现车电分离有助于降低车辆维护更换成本,能与电池回收业形成完整生态。我们预计快充或将成为乘用车补能主流路线。快充将大幅缩短补能时间,搭配充电桩或者 充电站配套建设逐步完善,我们认为对于主流的电动乘用车市场,快充模式是更优解决方 案。参考智能手机发展,2013 年推出的快充协议 QC1.0 充电功率仅为 10W,Z新的 QC5.0 充电功率已达到 100W,充电功率的提升大幅提升了用户提升。以宁德时代Z新推出的麒麟 电池为例,可以实现 10 分钟内充满 80%电量,对应续航里程 800 公里,大幅缩短了与传 统燃油车的补能效率差距。

快充车型密集推出,产业化进程加速

海内外车企密集推出快充新车型。大电流路线以特斯拉为代表,吉利与零跑等车企也于近 两年推出大电流快充车型,极氪 001 可实现 5 分钟充电续航 120 公里。更多车企选择高电压路线,海外以保时捷为代表,其 2019 年推出的 Taycan 车型可实现充电 5 分钟续航 100 公里;国内传统车企与造车新势力车型快充性能也不逊色,广汽埃安的 AION V Plus 70 超 级快充版可实现充电 5 分钟续航 200 公里。众多车企推出快充车型一方面反映消费者对于 快充性能的重视,另一方面也反映高电压快充技术已相对成熟,我们预计未来随着更多具 有竞争力的快充车型推出,将进一步加速快充,尤其是高电压快充的普及。

中国 Chaoji 快充方案兼容不同快充方案,技术更为先进。此前,中、美、欧、日各自采用 不同快充标准,但都存在技术方案不成熟;尺寸过大、机械强度不足、安全缺陷明显等问题,一定程度上制约了快充发展。而中国提出的 Chaoji 快充方案兼容现有各类标准可以在不改变现有车桩产品的前提下,解决现有充电标准问题,且可拓展性更强,具体而言,其优点包括,1)ChaoJi 解决了目前存在于 CCS、CHAdeMO、GB/T 等直流充电系统中的公差配合,IPXXB、电子锁可靠性等问题;2)ChaoJi 全面兼容国际主流充电系统,与 CCS、 CHAdeMO、GB/T2015 系统兼容;3)ChaoJi 预留未来发展空间,支持未来以太网、兆瓦 级超大功率,V2X 充电需求。

Chaoji 方案有望助推快充发展。按国家电网规划,今年将陆续有支持 Chaoji接口车型上市, 2025 年后国内将逐步停产老接口车辆,并在 2035 年前完成全部车辆接口替换。目前, CHAdeMO3.0 标准已宣布采用 ChaoJi 接口。我们认为未来 Chaoji 快充方案的推广普及有 望加速快充发展,统一标准也有助于国产电动车出海,促进国内电动车产业链成长,提升全球市占率。

电池端:结构与材料创新助推快充产业化

快充要求电池结构创新

结构层面,需要通过扩大散热面积、降低内阻等方式,缓解由快充带来的发热量大问题。虽然通过串联可以提升充电电压,但电芯本身的电压无法大幅提升,因此无论高电压抑或 大电流路线,快充都会带来电芯层面的电流提升,随之导致产热量的提升。而且由于电流 强度以及电阻的不均,电池内部升温不均匀。因此为了保证快充安全性能,电池厂需要调整散热系统,提升散热能力,优化电池热管理系统。

负极与电解液为快充关键

快充速度取决于锂离子在电解液中、相界面以及在电极材料中的迁移速度。其中,锂离子 在负极材料中嵌入速度较慢是主要制约因素。嵌锂速度较慢主要因为:



1)锂离子嵌入石墨负 极的扩散路径为从层状边缘至材料内部,扩散路径较长;



2)石墨层间距较小,造成锂离子 的扩散阻力较大。

嵌锂速度较慢会导致电极极化,降至析锂电位后会出现析锂刺穿隔膜从而引发安全问题。炭化包覆为提升负极材料快充性能的主要方式。石墨负极的层状结构降低嵌锂速度,目前 实践中主要通过包覆沥青等不定性碳,有助于提升各向同性,为锂离子嵌入创造更多通道。此外,还有蚀刻、掺混碳纳米管、磁场作用定向排列石墨片等多种改性方式以提升快充性能,其本质都在于通过增加扩散通道或者缩短扩散路径从而加速嵌锂。

FEC 等电解液添加剂生成的 SEI 膜阻抗较小,有助于提升锂离子扩散速度。另一限制锂离子迁移的因素在于锂离子在电解液与电极间的 SEI 膜迁移速度。通过调整添加剂配方,形成阻抗较低的 SEI 膜,有助于提升快充性能。以 FEC 作为添加剂的电解液,与负极反应生成的 SEI 膜含有较多的碳酸锂,锂离子更容易扩散,而天以 VC 为添加剂则会生成较多的长链物质,阻抗较高,降低锂离子扩散速度。

FEC 等电解液添加剂显著提升快充能力。由于 FEC 添加剂加速锂离子扩散速度,减少负极极化,能避免因快充导致的析锂问题,而 VC 添加剂在快充下,负极电位可能降到析锂电位以下,引发安全问题。添加了 FEC 的电池在 3C 充电条件下,容量保持率也显著好于 VC 与 EC。

电池厂相继推出快充产品

电池厂加速布局快充。以宁德时代为代表的电池厂商在过去两年陆续推出快充新品。宁德 时代今年 6 月发布麒麟电池,10 分钟可实现快充至 80%,首发车型极氪 009 将于明年一季度交付;欣旺达于今年 9 月发布的快充动力电池产品 SFC480,充电 10 分钟续航可达 400 公里,相关配套车型将于今年四季度上市。

结构设计层面,宁德时代的麒麟电池重构水冷系统,扩大将散热面积扩大了 4 倍。欣旺达 的 SFC480 快充电池采用了 3D 液冷方案,提升散热性能。材料端,欣旺达 SFC480 快充电池为例,其采用了高电压 6 系无钴中镍三元材料,搭配复合包覆、元素掺杂等改进,提升快充情境下的安全性能;其负极材料也采取了改性处理提升倍率性能。


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