純電動汽車充換電技術(shù)創(chuàng)新與商業(yè)模式淺析

劉尚達

摘 要：隨著新能源汽車技術(shù)的不斷升級和充換電服務(wù)相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施和行業(yè)標準的逐步完善，我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)進入了高速發(fā)展期，多種新商業(yè)模式隨之產(chǎn)生，通過介紹和分析新能源汽車充換電領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀和主要矛盾，針對不同發(fā)展階段的主要特點預測了可能產(chǎn)生的新商業(yè)模式和該商業(yè)模式的主要特征，并預測了未來的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：純電動汽車 充換電 充電樁

1 引言

隨著國際地緣政治危機的加劇，傳統(tǒng)化石能源成為了制約工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素，這也加速了世界各工業(yè)發(fā)達國家去化石能源行動的進程，具體到汽車工業(yè)領(lǐng)域，電氣化成為了各汽車大國不約而同的選擇，這導致逐年遞增的電力需求對電力系統(tǒng)的“穩(wěn)定性”和“恢復力”都提出了更高的要求，發(fā)展新能源汽車是我國從汽車大國走向汽車強國的必由之路，構(gòu)建以新能源汽車為主體的新型電力系統(tǒng)，規(guī)?；碾妱悠嚹茉磻?yīng)用，既是新的挑戰(zhàn)也是新的機遇。目前大多數(shù)人只看到了新能源汽車對于傳統(tǒng)車企和汽車服務(wù)企業(yè)的沖擊，而忽視了電力系統(tǒng)容量這一基礎(chǔ)因素對于新能源汽車普及和發(fā)展的限制，以及由此衍生出的全新商業(yè)模式。

2 推動純電動汽車充換電技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)動力

2.1 雙碳目標與交通電氣化

2020年9月，習近平總書記在第七十五屆聯(lián)合國大會上宣布，“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和?！卑殡S而來的是中國交通將實現(xiàn)全面電氣化。目前中國的發(fā)展速度世界矚目，工業(yè)發(fā)展是推動綜合國力的重要動力，在不影響發(fā)展速度的前提下，大力推進電氣化，必將帶來一場能源消費的變革。

2.2 電力全面市場化

我國提出“構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系，控制化石能源總量，著力提高利用效能，實施可再生能源替代行動，深化電力體制改革，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)”。工商業(yè)用戶全量入市交易，深圳等地開展直供電改革，大量新增主體涌入電力市場。純電動汽車因本身所具有的大容量電存儲能力，它的能量富余如果可以并入電網(wǎng)，將在電價平衡中起到關(guān)鍵作用[1]。

2.3 電動汽車拉動效應(yīng)

實現(xiàn)碳中和目標要在滿足經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展需求的前提下，以新能源為供給主體，優(yōu)先考慮風、光、太陽能等綠色能量來源（在電力行業(yè)被稱之為綠電），同時要滿足應(yīng)急保障需求。實現(xiàn)這一目標需要結(jié)合信息網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)等多種技術(shù)手段來解決風光波動等技術(shù)問題，這也會催生出更多的新興產(chǎn)業(yè)和與之配到的服務(wù)業(yè)。

3 充換電行業(yè)所面臨的實際困難

3.1 用戶方面

充換電時間長、充電場所少、充電樁故障率高、充電安全無保障等問題突出。尤其在二三線及以下城市更加明顯[2]。對于大多數(shù)非一線城市居民來說，純電動汽車只能是作為家庭用車的補充，而不能作為唯一的交通工具，即使是在一線城市，部分消費者購買純電動車的目的也可能只是因為想要享受國家為了鼓勵新能源汽車推廣而暫時給與的優(yōu)先上牌、現(xiàn)金補貼和稅費減免等政策紅利。自2023年起這部分政策紅利都已經(jīng)確定了終止日期，這部分用戶也就自然而然的流失了。

3.2 電網(wǎng)方面

新能源汽車充換電對電網(wǎng)的負荷要求隨機性大、無序、單向不可調(diào)。新能源發(fā)電“密度低”與用電負荷“高度集中”之間的矛盾導致新能源車用不上新能源電，根據(jù)國家智慧車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有限公司車網(wǎng)互動中心預測，到2030年新能源日內(nèi)最大功率波動接近5億千瓦，超過當年常規(guī)總裝機容量的23%。如果仍然依靠常規(guī)的電源進行調(diào)節(jié)的話，從技術(shù)角度講已經(jīng)很難達到平衡。急需大規(guī)模的儲能技術(shù)和多種形式的需求側(cè)資源來輔助達到電網(wǎng)平衡的目的。而電動汽車是目前可預見的需求側(cè)增長最快的用電單元。目前新能源車的用電負荷與居民生活用電的負荷波動在時間上是高度一致的，結(jié)果將導致電網(wǎng)峰谷有最大負荷35%加劇至55%，“峰上加峰”的現(xiàn)象會更加嚴重，配電網(wǎng)運行壓力不斷加大。“儲能”是目前已知解決這一問題的最直接且有效辦法，但會帶來高昂的成本，需要有長期穩(wěn)定的盈利來平衡這一成本，無奈新能源汽車領(lǐng)域技術(shù)革新速度太快，存在太多的不確定性，很難保證有一個長期穩(wěn)定的盈利。

3.3 運營商方面

審批困難、利用率低、營業(yè)模式單一、投資回報期長、技術(shù)更新迭代快。在換電運營體系里，電池投資占總投資的三分之二以上，但目前技術(shù)路線多樣化，產(chǎn)業(yè)初期，技術(shù)創(chuàng)新活躍，如何在實現(xiàn)互聯(lián)互通的前提下留下技術(shù)創(chuàng)新的空間；同時減少社會資源的重復投入；向后兼容，滿足不同車型的充電需求。盡快完成電池資產(chǎn)的標準化和可流通體系建設(shè)，甚至完全的車電分離是未來提高資產(chǎn)流轉(zhuǎn)效率，引進金融投資最重要的基礎(chǔ)。

4 困難中所蘊含的商機

4.1 峰谷電差達60%

電網(wǎng)的總發(fā)電和總用電在同一時間必須相等，在無法儲存的前提下，多余的電必須放棄掉，導致電網(wǎng)的發(fā)電資產(chǎn)閑置率達到了40%-50%，但在高峰期電量又不夠用，所以近年間部分地區(qū)經(jīng)常有“限電”的現(xiàn)象。為側(cè)面解決這一問題，國家把電價分為峰、谷、平三擋，最高價差可達4倍 。在電價的低谷期充電，在電價的高峰期把富余的電能回饋給電網(wǎng)，有豐富的商業(yè)價值可以發(fā)掘，不僅是電動汽車可以完成這一資源流轉(zhuǎn)，報廢的回收動力電池也可以作為梯次儲能的能量載體。

4.2 商用車獲利潛力大

在商用車領(lǐng)域，首先是公交及重卡、其次是物流輕卡最后是網(wǎng)約車和公務(wù)車，此類車輛具有工作時間和使用場景固定的共同特點，更加符合電動汽車的使用特點，因此在電動化的普及上會優(yōu)先于家庭用車，但這一市場并沒有得到足夠的重視，即使是在傳統(tǒng)汽車領(lǐng)域，商用車也常常受到忽視，很多比較容易解決的問題仍然無人解決，比如重卡換電產(chǎn)業(yè)缺乏互換性標準體系，導致?lián)Q電安全性無保障、電池接口不通用、通信協(xié)議不兼容等問題，始終無法形成互聯(lián)互通的換電網(wǎng)絡(luò)。而在充電站領(lǐng)域商用車對于空間和時間成本的要求更高，雖然需求穩(wěn)定但增產(chǎn)空間比不上民用領(lǐng)域，少有資本愿意進入，反而使這一領(lǐng)域存在了比較大的市場空白和發(fā)展空間，競爭也相對較小。

4.3 私家車的主要活力方向為車網(wǎng)互動

國網(wǎng)智慧車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有限公司副總經(jīng)理王文在2022中國國際社區(qū)充電產(chǎn)業(yè)大會期間提到“通過社區(qū)有序充電參與電網(wǎng)互動，是目前最經(jīng)濟最具規(guī)模化推廣條件的技術(shù)方案。電動汽車可通過社區(qū)有序充電、雙向互動（V2G）方式實現(xiàn)與電網(wǎng)的互動，幫助電網(wǎng)削峰填谷，消納清潔能源，讓電動汽車成為真正的新能源車?！痹谶@一過程中車主可以享受到電價差帶來的收益，運營方可以通過保險、養(yǎng)護、網(wǎng)約車等服務(wù)產(chǎn)品線盈利。

5 電動汽車在電網(wǎng)系統(tǒng)中的重要作用

截止到2020年6月中國新能源汽車保有量已經(jīng)突破1000萬輛，根據(jù)中國汽車工程學會預測。2030年中國的新能源汽車保有量將達到8500萬輛，2040年將突破3億輛，2040年新能源汽車用電量增加2.68萬億千瓦時，占社會總用電量的17%，日充電功率可達5.87千瓦。這就意味著，新能源汽車用電將成為電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展過程中不得不重點考慮的關(guān)鍵因素。

5.1 電動汽車可成為新型電力系統(tǒng)最經(jīng)濟的可調(diào)資源

隨著電動汽車續(xù)航能力不斷增加，將是一類非常好的移動儲能資源，可以在電源側(cè)和負載側(cè)充分發(fā)揮“電力海綿”的作用。在電源側(cè)如果把比例控制在10%-20%的住宅小區(qū)電動車參與雙向充放電，則本地配電就不需要增容。在負荷側(cè)響應(yīng)方面，如果在2030年50%的電動汽車參與電網(wǎng)互動，可形成調(diào)峰時段1億千瓦的調(diào)節(jié)能力[3]。從充電特性分析，電動汽車用戶在居住區(qū)或者工作地一般停留時間較長，平均達到3小時以上，可控比達到30%，呈現(xiàn)出“充電時間有彈性、充電行為可引導”的特征，通過市場和技術(shù)手段，可實現(xiàn)電動汽車與電網(wǎng)互動。

5.2 電動汽車助力新型電力系統(tǒng)建設(shè)的創(chuàng)新實踐

2020年以來國家電網(wǎng)智慧車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有限公司通過智慧車聯(lián)網(wǎng)平臺運營系統(tǒng)聚合電動汽車資源，實現(xiàn)了錯峰能力最大化，電量影響最小化。通過平臺聚合充電樁27.6萬個，可調(diào)容量520萬千瓦，累計削峰響應(yīng)91次。2022年入夏以來以江蘇省為例，組織電動汽車充電樁參與實時需求響應(yīng)削峰功率1.5萬千瓦，解決江蘇省用電負荷缺口0.5%。雖然占比不大，但新能源汽車還處于發(fā)展初期，按目前發(fā)展速度可以預測2030年，全社會充電樁參與迎峰度夏，預計削峰能力可以達到3000萬千瓦。

6 新型商業(yè)模式分析

隨著電動汽車數(shù)量的增長，根據(jù)電能的需求和電網(wǎng)的承載能力，充換電領(lǐng)域的發(fā)展進程可劃分為三個階段，第一個階段為充的時代，也是我們目前正處于的階段，在這一階段純電動汽車的數(shù)量并不多，對于電網(wǎng)的沖擊并不大，利用目前電網(wǎng)的功率儲備可以滿足用戶的充電需求，此階段的充換電商業(yè)模式主要由充電樁的設(shè)計和研發(fā)方即車企來主導，少數(shù)電動車頭部企業(yè)在行業(yè)內(nèi)具有很大的話語權(quán)，比如特斯拉的超級充電站，在技術(shù)上設(shè)置了比較明顯的壁壘，用來阻止第三方服務(wù)企業(yè)的進入，但隨著產(chǎn)品保有量的增加，和行業(yè)間競爭的加劇，充電樁的建設(shè)成為了企業(yè)的負擔，必將走向標準化的道路；第二階段是電的時代，隨著電動汽車數(shù)量的增加，在不遠的將來，電網(wǎng)將會無法滿足電動汽車的充電需求，此時需要電網(wǎng)針對這一新需求來重新規(guī)劃布局，這一階段的充換電模式將由電能的提供方，即各類型的電力公司尤其是“綠電”公司來主導，此時可能會由于用電量的增加而導致電價提高，直到電網(wǎng)在充分利用清潔能源的前提下可滿足純電汽車的用電需求；第三階段是網(wǎng)的時代，此階段電動車的數(shù)量趨于飽和，電網(wǎng)電力供應(yīng)可準確預期，電動汽車儲能方案完整，成為電網(wǎng)的一部分，充分融合互通，這一階段的車、樁、路、網(wǎng)、電、人六個主體互聯(lián)互通，充換電模式將由各方協(xié)同確定。基于這三個階段，都會孕育出獨有的商業(yè)模式。

6.1 充的時代

特點主要表現(xiàn)為以車企自建充電樁來滿足用戶充電需求，支撐不了大規(guī)模電動汽車發(fā)展。此時的充電樁主要由車企根據(jù)自身產(chǎn)品技術(shù)路線研發(fā)，由于技術(shù)路線不同，或車企主動設(shè)置技術(shù)壁壘，導致充電樁專車專用，在充電樁搭建上也是以家用樁為主，依賴的是現(xiàn)有的民用供電網(wǎng)絡(luò)，好在目前基數(shù)不大，在大多數(shù)非一線城市對電網(wǎng)的沖擊尚在可控的范圍內(nèi)，但家用充電樁存在安裝成本高（雖然大多數(shù)品牌承諾免費安裝，但成本是由企業(yè)自身和國家補貼承擔）、利用率低、供電方不可控等弊端，不適合電動車的大規(guī)模發(fā)展，針對這一主要矛盾已經(jīng)有：有序充電、微網(wǎng)光伏、移動儲能、梯次儲能、聚合售電、車網(wǎng)互動、碳交易等[4]。許多新概念提出來加速產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型。由此產(chǎn)生的商業(yè)模式有：共享充電樁、動力電池回收再利用、智能停車場、電動共享汽車等。

6.2 電的時代

特點表現(xiàn)為充電業(yè)務(wù)由電網(wǎng)方或第三方服務(wù)公司承接，充電樁具有通用性，可進行品牌間共享，充電過程可進行智能控制，享受峰谷電差、綠電、平衡電網(wǎng)等優(yōu)勢，達到了新能源汽車用新能源電、能源利用率高、節(jié)能環(huán)保的最終目的。

基于充電樁共享的前提條件，可實現(xiàn)新能源汽車充電的群控群管和綜合調(diào)度，新能源車充電和車主居家生活用電負荷不再重疊，所以可以利用群控群管實現(xiàn)居民用電優(yōu)先、剩余負荷對新能源汽車進行有序充電，實現(xiàn)低谷充電、安全用電。

此階段電動汽車技術(shù)發(fā)展趨于成熟，有突破性技術(shù)革新的可能越來越小，汽車行業(yè)市場競爭開始從技術(shù)領(lǐng)域轉(zhuǎn)移到市場營銷及配套服務(wù)領(lǐng)域（類似于目前燃油車所處于的發(fā)展階段），大規(guī)模的新能源發(fā)電領(lǐng)域、汽車充電場站、配套的新能源汽車運維服務(wù)連鎖企業(yè)，將擺脫汽車主機廠的束縛，成為獨立的、占有更大利潤空間的商業(yè)環(huán)節(jié)，同時對于人才的需求也將會更加的綜合化。

6.3 網(wǎng)的時代

以站+終端為鏈路，充電網(wǎng)深度鏈接車、電池、能源、人。充電網(wǎng)+微電網(wǎng)+儲能網(wǎng)成為新型電力系統(tǒng)新載體，充電網(wǎng)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)最大應(yīng)用場景形成高黏性高強度鏈接[5]。隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)，將形成雙向配電、分布式綠電、智慧儲能、電動汽車充放電、電熱轉(zhuǎn)換等多會員交互管理的多元系統(tǒng)，此時的新能源汽車充放電系統(tǒng)是電網(wǎng)的有機組成部分，兼顧著平衡電網(wǎng)、錯峰平谷、梯次儲能等作用，而不再像前兩個階段，是電網(wǎng)的負荷。網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成熟后可在網(wǎng)絡(luò)平臺中擴展SAAS服務(wù)，從APP運營、在線支付、大數(shù)據(jù)分析等多種渠道開發(fā)商業(yè)模式。即使是已經(jīng)達到經(jīng)濟使用壽命極限的淘汰車型，也可利用自身的富余容量和剩余存儲壽命實現(xiàn)零成本儲能和梯次儲能，這對現(xiàn)在亟待解決的廢舊電池回收利用問題也提出了可行的解決方案。

7 可能導致市場變革的關(guān)鍵技術(shù)

7.1 大功率充電技術(shù)

目前主流車企所提供的換電服務(wù)可在十分鐘內(nèi)完成對車輛動力電池的更換，但充電站的建設(shè)成本較高，對建設(shè)場地和電力基礎(chǔ)設(shè)施都有嚴格的要求，并且?guī)缀跛熊嚻蠖夹枰越ㄖ会槍ψ约寒a(chǎn)品的換電站，在電動車市場保有量不高和充電時間不集中的情況下，換電站工作效率優(yōu)于充電站，但參考最近東北地區(qū)發(fā)生的低溫天氣集中換電難問題，可以看出這一模式有很大的缺陷，如果沒有政府支持或者大資本投入，短時間內(nèi)換電模式不能滿足大規(guī)模使用需求。此時人們自然會把注意力轉(zhuǎn)移到充電模式，中國在大功率直流輸電領(lǐng)域具有世界領(lǐng)先的技術(shù)儲備和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，如果電動汽車充電技術(shù)發(fā)展到可以大幅度提高動力電池所能承受的最大功率，把充電時間縮短到15分鐘之內(nèi)，充電站將具有巨大的競爭優(yōu)勢。一直以來為了確保電動汽車的絕緣安全和降低電路制造成本，動力電池最大電壓一直受到嚴格的控制，但隨著技術(shù)的進步電動車所能承受的最高電壓已經(jīng)從初期的300V提高到近1000V。這為未來大功率充電技術(shù)的發(fā)展提供了可能。

7.2 有序充電技術(shù)

新能源汽車有序充電是指在滿足汽車充電需求的前提下，運用經(jīng)濟或技術(shù)措施引導、控制新能源汽車進行充電，一定條件下，新能源汽車還可以通過帶有雙向充放電功能的充電樁向電網(wǎng)放電，從而對電網(wǎng)負荷曲線進行削峰填谷，使負荷曲線峰谷差減小，減少了配電設(shè)施容量建設(shè)，保證了新能源汽車與電網(wǎng)的協(xié)調(diào)互動發(fā)展[6]。這一技術(shù)是實現(xiàn)新能源汽車并入電網(wǎng)的關(guān)鍵。也是開展第三方商業(yè)服務(wù)的先決條件。但這一技術(shù)不可能由第三方服務(wù)公司開發(fā)，只能由電網(wǎng)方完成，且要在車企充電標準統(tǒng)一的前提下才能實現(xiàn)。

8 結(jié)語

在新能源汽車普及這一確定的未來引導下，中國已經(jīng)逐步形成了十縱十橫兩環(huán)的高速城際快充網(wǎng)絡(luò)，未來也將覆蓋郊區(qū)、縣、鄉(xiāng)。在以創(chuàng)新和環(huán)保為本，從化石能源向清潔能源，從傳統(tǒng)制造到智能制造轉(zhuǎn)變的偉大進程中，商業(yè)模式的創(chuàng)新也將成為推動電動車產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新的強大動力。發(fā)展新能源汽車產(chǎn)業(yè)和推動國家能源轉(zhuǎn)型責任重大，前景廣闊。需要我們?nèi)鐣M一步加強產(chǎn)業(yè)間技術(shù)合作和政策協(xié)調(diào)，持續(xù)推進技術(shù)創(chuàng)新和商業(yè)模式探索，為助力我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展作出積極貢獻。

基金項目：吉林省教育科學“十四五”規(guī)劃2022年度課題《高職新能源汽車技術(shù)專業(yè)教育與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育融合實踐研究》（GH22234）。

參考文獻：

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