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      2021年12月21日 星期二
      換電模式萌芽,行業發展前景如何?
      所屬分類:行業展望
      來源:格隆匯
      更新日期:2021-12-10

      隨著新能源汽車保有量上升,新能源汽車充換電設施需求量同步增加。由于我國土地、電力資源相對緊張,我們認為隨著車輛保有量繼續增加,換電模式有望成為對充電模式的良好補充,具備廣闊的中長期發展前景。

      我們認為換電模式具備以下三層含義:1)彌補充電模式補能效率的相對不足;2)車電分離降低購車成本,并實現電池統一管理,加強安全性,同時便于梯級利用和回收;3)當新能源汽車保有量達到較高水平時,優化電力、土地等資源利用方式。盡管初期建設成本較高,但換電模式良好的資源配置優化功能使得其獲得國家政策支持,我們認為其具備長期發展潛力。

      摘要

      換電設施是對充電設施的良好補充。截至3Q21期末,我國新能源汽車保有量約678萬輛,充電樁數量約222.3萬個,車樁比約1:3,處于全球領先水平。但考慮單次充電時長及土地、電力等資源限制,隨著新能源汽車保有量上升,我們認為換電有望成為充電以外的重要補能方式。截至2021年10月,我國換電站建設數量為1,086座,仍處于初期階段。

      換電模式具備更高補能效率并有助于資源分配,但短期受限于成本和標準問題。對消費者而言,換電能明顯加快補能效率,并能夠降低購車成本、享受電池升級等;對社會而言,換電模式有助于降低配電容量、協助電網調峰、加強土地集約利用和加強電池統一管理。然而,換電站初始建設成本較高,且當前電池等標準不一對換電站運營效率提出了較大考驗。

      早期換電實踐表明放量車型等為換電站建設前提,現階段我國實踐者主要針對高端車型和營運車型。早期Better Place因缺乏放量車型而難以為繼,特斯拉受制于法律不支持車電分離而商業模式受限。當前我國政策端對換電模式表達支持,例如補貼前售價30萬元以上的新能源乘用車,僅換電車型可繼續獲得補貼。截至2021年10月,蔚來、奧動新能源分別建設有換電站609/370座,且產品已實現升級換代。蔚來規劃2025年全球建設4,000座換電站,國內3,000座。奧動規劃2025年建設萬座換電站。

      換電站盈利高度依賴于利用率,預計2025年穩態需求量2.2-2.6萬座。結合換電站成本項,我們保守估計,日服務次數100次約為盈虧平衡點,超過160次則能夠獲得較好利潤。結合對換電車型保有量和換電頻率的估計,同時考慮換電站超前布局的特征,我們預計2025年我國換電站數量將達到2.2-2.6萬座,對應市場規模約330-520億元。

      風險

      換電站投資建設不及預期;新能源汽車銷量不及預期;政策法規變化。

      正文

      充換電設施現狀:快速增長,充電為主,換電模式萌芽

      一、近幾年充電樁隨新能源汽車銷量快速增長

      2H20以來新能源汽車銷量呈現快速增長態勢。根據中汽協統計,1H20我國新能源汽車銷量同比下降約41%,而2020年7月起恢復正增長且增速呈現擴大趨勢,2H20銷量同比增長65%,2020全年銷量同比增長約10%。2021年我國新能源汽車銷量保持快速增長態勢,2021年1-10月累計銷量達到254.2萬輛,同比增長1.8倍。

      伴隨新能源汽車銷量增長,充電設備保有量同步跟進。根據中國電動汽車充電基礎設施促進聯盟(EVCIPA)統計,截至2021年10月,我國公共充電樁和私人充電樁保有量分別為106.2/119.1萬個,同比增加59%/43%,合計222.3萬個,同比增加50%。

      圖表1:我國新能源汽車銷量

      資料來源:中汽協,中金公司研究部

      圖表2:我國公共+私人充電樁保有量

      資料來源:EVCIPA,中金公司研究部

      二、我國車樁比持續提升,水平已不低,但增長和改善潛力仍較大

      從車樁比來看,2015年以來我國車樁比持續改善,在全球范圍內保有量水平已不低。根據公安部統計,2015年底我國新能源汽車保有量為58.3萬輛,彼時充電樁保有量僅6.6萬個,車樁比約1:8.9。截至3Q21,我國新能源汽車保有量約678萬輛,車樁比已提升至約1:3.0。

      從公共樁角度來看,扣除私人充電樁數量所對應的新能源汽車保有量,分攤到單個公共充電樁的新能源汽車數量由2015年的10.0降至3Q21的5.4。從國際對比來看,根據BloombergNEF和歐盟替代燃料研究所(EAFO)統計,從公共樁所對應的車樁比來看,2020年美國為1:19.5,歐洲新能源汽車保有量前三大國家(德國、挪威、英國)分別約1:13/ 1:24:/1:13,車樁比水平均明顯低于我國。

      考慮汽車銷量、充電時長等因素,我國充電基礎設施建設仍有較大提升和改善空間。盡管我國車樁比(公共樁)已達到全球領先水平,但我國充電基礎設施遠未飽和。一方面,我國新能源汽車銷量仍處于快速增長態勢,中金汽車組預計2025/2030/2050年我國汽車銷量有望達2,241/2,419/2,621萬輛,新能源汽車滲透率分別有望達到30%/61%/90%,對應新能源汽車銷量約672/1,476/2,359萬輛,進而帶動新能源汽車保有量和充電需求持續較快上升;另一方面,較長的單次充電時長(不考慮排隊時間,慢充5-8小時,快充0.5-2小時,而加油或換電過程僅幾分鐘)使得充電樁的短時內服務能力有限,難以應對充電需求的“潮汐現象”(如節假日需求倍增導致排隊時間較長)。

      此外,相較于國外,我國的人口密度較高,特別是大城市的中心城區土地等資源相對緊張,使得私人樁建設潛力受到土地、配電容量等因素的制約。

      圖表3:截至3Q21我國車樁比約1:3

      資料來源:公安部,EVCIPA,中金公司研究部。注:公共樁車樁比=(新能源汽車保有量-私人充電樁保有量)/公共充電樁保有量。

      圖表4:2020年中美歐各國車樁比

      資料來源:BloombergNEF,EAFO,中金公司研究部。注:僅考慮公共充電樁,不包括私人充電樁。

      從提升補能效率來看,除了布局更多充電樁、提升充電樁充電速度外,換電有望成為新能源汽車的重要補能方式之一。顧名思義,換電即直接更換上充滿電的電池,而無需等待充電過程。不考慮排隊時長,換電過程本身僅需三分鐘,相較于充電具有較明顯的時間優勢。

      蔚來加快換電站布局,貢獻行業主要增量。根據EVCIPA統計,截至2021年10月,納入統計的三家換電運營商的換電站總量為1,086座,同比、較年初增加558/524座,從汽車保有量來看,單座換電站的平均服務車輛超過6,200輛,當前換電站建設仍處于早期階段。

      從地區分布來看,北京(237)、廣東(151)、浙江(103)、江蘇(78)、上海(75)數量較多,合計占59%。從運營商主體來看,目前換電站運營數量達到一定體量的企業較少,主要為蔚來汽車、奧動新能源、杭州伯坦,2021年10月換電站數量分別為609/370/107座,較年初分別增加427/84/13座,增量主要來自蔚來。特別的,2021年6月以來,蔚來單月新增換電站數量從上半年的個位數快速增加至80-90臺。

      圖表5:我國換電站數量

      資料來源:EVCIPA,中金公司研究部。注:不含重卡換電

      圖表6:換電站數量占比

      資料來源:EVCIPA,中金公司研究部

      充換電模式對比:換電效率更優,但成本和標準受限

      現階段充電和換電作為可行的補能方案,均尚未形成穩定可靠、可盈利的商業模式,二者處于各自發展和探索階段。從發展現狀來看,換電模式的成熟度低于充電模式。

      從優劣勢對比來看,換電模式的主要受益為消費者,提高了消費者的使用體驗舒適度和降低初始購置成本,并且對于社會電力、電池、土地等資源分配和管理具有一定調節作用。從這個維度來看,在充電樁尤其是私人充電樁需求難以實現的情形下,換電站作為一項補充性補能方式,有其存在的價值和基礎。此外,考慮社會外部性,換電模式具備成為國家鼓勵和支持方向的良好條件。

      同時,換電模式也具有相對明顯的弱勢或瓶頸,目前較為突出的兩項分別為高投入成本和現階段電池等各項標準的不統一。

      圖表7:換電模式的優勢和劣勢

      資料來源:中金公司研究部

      一、換電優勢:解決消費者充電痛點,提升社會資源利用率

      換電模式興起的源頭即是解決或緩解充電速度慢的痛點,消費者是換電模式的直接受益者。具體來看:

      縮短補能耗時:換電所需時長僅3-5分鐘,明顯優于充電特別是慢充模式,而快充模式會導致電池內部結構偏離常態進而影響電池循環使用壽命,因此當充電需求不緊急時,為了保護電池,車主一般會選擇慢充模式。從北京市2020年充電設施運營情況來看,除了在停留時間較長、充電需求不緊急的居住生活類和公共服務類場所外,其他場所中快充的功率利用率[1]高于慢充。從不同功率的充電設施來看,在15kW以上的充電設施中,功率越高,消費者使用偏好越強。當換電站分布密度足夠大時,換電作為短時停車補能的重要補充方式,有助于緩解消費者的“里程焦慮”,提升電車在長途行駛場景中的可靠性。

      降低購車價格:換電模式實現了“車電分離”(消費者可購買不含電池的車體,通過租賃或其他方式獲得電池)。例如2020年蔚來發布了BaaS(Battery as a service)商業服務,消費者可以以電池租賃的方式購買蔚來全系車型(支付電池月租費980元),而購車價格一次性降低7萬元,降低了消費者初始購車壓力。此外,BaaS服務為“可充可換可升級”,換電模式下,消費者可免費享受后續的電池容量和性能升級,而無需額外購買新款電池。

      其他:除上述兩項迫切而直接的益處外,對于消費者而言,由于省去了電池價值的評判問題,因此二手車保值率會相對上升;在專業化的電池統一管理模式下,電池的安全性、使用壽命會相對提升;對于部分因電力負荷不足或停車位不足而無法滿足私人樁安裝需求的小區而言,換電有望成為一項較為有效的補充。

      圖表8:北京市主要場所快慢充使用偏好對比(2020)

      資料來源:北京市城市管理委員會,中金公司研究部。注:縱軸代表功率利用率高低。

      圖表9:北京市充電設施功率使用偏好(2020)

      資料來源:北京市城市管理委員會,中金公司研究部

      圖表10:蔚來汽車換電模式車輛購置價格更低

      資料來源:蔚來汽車,中金公司研究部。注:首付按制造商建議零售價的15%,月供按2.99%費率,36個月計算。

      對于社會資源配置角度而言,相較于充電模式,換電模式在配電容量、電網調峰、土地資源、電池管理等方面起到更好的調節作用:

      降低配電容量:隨著新能源汽車保有量增加,部分地區特別是老舊小區出現了充電樁安裝難等問題。我國各地住宅小區對居民區的供電配置容量基本按照建筑面積大小劃定,如山東省為80㎡及以下每戶4kW,81-120㎡每戶6kW,120-150㎡每戶8kW,150㎡以上每戶12kW。一般的家用慢充充電樁功率為7kW(快充充電樁功率在30/60/120kW甚至更高),相當于一戶住宅的配電容量。而老舊小區早期設計配電容量時未考慮對新能源車充電樁的大量預留,因此當小區內已有充電樁數量達到一定程度時,會出現配電容量不足的現象,進而限制新樁建設。解決這一問題,需要在早期設計階段預留更多容量,或對小區進行電力增容改造,但會延伸出費用支出和支出義務歸屬等問題。由此,隨著新能源汽車保有量和密度上升,私人樁建設瓶頸或逐漸顯現,特別是一些大城市已經出現了類似矛盾,而此類場景需依托于公共樁建設或換電站建設來滿足相應需求。例如從2020年北京市關于私人充電設施的輿情反饋來看[2],在1,647條輿情中,民眾反映的主要是建設類問題(占85%),建設類問題中86%為自用樁安裝難問題,約1,200條。

      協助電網調峰:一般而言,晚間是新能源汽車充電高峰期。以北京市為例,上午4時起全市新能源汽車充電量開始逐漸上升,下午16時前后為一天中充電高峰期,前置于用車高峰期,同時也避開晚間高峰期電價。而北京市夏季下午16時-17時實施尖峰電價(我國實施分時電價制度,分為低谷、平段、高峰、尖峰四類,電價依次升高),電度電價明顯高于平段和低谷。在換電模式下,換電站可充分利用夜間0時-7時的低谷電價對電池進行充電,一定程度上達到削峰填谷的作用,同時可利用低電價降低補能成本。

      土地集約利用:換電站如同加油站,除排隊時間外,車輛開入后基本不會額外花費時間停留。而充電站需要為每個樁位預留較大的土地面積,且車輛對車位的占用時長難以控制,例如2020年北京市關于公共類充電設施的輿情反映中,增設充電樁為第一大問題,其次即為油車或電車占位問題,占輿情總量的21%。以奧動新能源4.0換電站為例,單站占地面積約150㎡,最多可服務3,000輛車,折合每輛車占地面積0.05-0.5㎡。而當使用充電樁,每輛車占用的土地面積為12㎡,明顯高于換電模式。由此,換電站對于城市特別是大城市的土地集約利用具有明顯幫助。

      電池統一管理:換電模式下,電池由專業車企或第三方運營商進行統一管理和監測,能夠提升對電池安全性的管理和控制,同時便于電池的梯級利用和回收,例如在新能源汽車領域循環使用壽命或電池衰減達到一定程度時,電池可在儲能領域繼續使用。由此,對于電池資源的整合、調配和管理,換電模式有助于實現資源優化配置,對社會存在正外部性。

      圖表11:公共類充電設施輿情信息分類

      資料來源:北京市城市管理委員會,中金公司研究部。注:為2020年北京市數據,共2,714條。

      圖表12:私人類充電設施輿情信息分類

      資料來源:北京市城市管理委員會,中金公司研究部。注:為2020年北京市數據,共1,647條。

      圖表13:北京夏季一般工商業分時電價

      資料來源:國家電網,中金公司研究部。注:橫軸代表時間,為0時至24時。

      圖表14:北京新能源車冬夏季充電時段分布(2020)

      資料來源:北京市城市管理委員會,中金公司研究部。注:橫軸代表時間,為0時至24時;縱軸高低代表充電量多少。

      二、換電劣勢:建設成本高企,電池等標準難統一

      現階段,換電模式的嘗試仍處于早期階段,且嘗試換電的車企仍在少數。相較于充電樁建設,換電站建設在成本、標準、設計等方面提出了相對嚴苛的要求,使得車企不敢輕易嘗試換電模式。具體來看:

      建設成本較高:交流充電樁價格為幾千元,考慮安裝費用一般不到1萬元。直流充電樁的功率較大,保護性元器件數量更多,設備成本在幾萬元。而換電站硬件投入需200-300萬元,主要構成包括換電機器人、電池倉、換電平臺等;人工方面,充電樁基本可以無人運營,現階段換電站存在人工運營費用(行業正向無人運營趨勢發展);此外,換電站需額外承擔較高的電池折舊或租賃成本。同時,考慮作為一項系統性的基礎設施,換電站需要適度超前布局,且僅當布局密度達到一定程度時才具備現實意義。因此,換電模式下,車企或相關企業須承擔較高的前期投入費用。

      多項標準不一:現階段,我國電池標準、接口標準等尚未統一,進而不同品牌電池和車型難以共用換電站,而充電樁接口的統一性相對較高。對于電池標準而言,統一意味著失去差異化,可能喪失或削弱獲取超額利潤的機會。此外,不同品牌產品之間互用意味著搭載在電池基礎上的算法、數據等共享,涉及電池和車企的技術知識產權,此在企業間尚不易達成共識。而當標準不一時,意味著不同品牌、不同型號車輛需要定制設計換電站,一方面增加了換電站的建設數量和成本,另一方面增加了換電站的設計時間和成本。根據我們的調研,行業中一些專業化的設備供應商認為,未來換電站建設或無法以統一化的加油站為模板,而是如4S店一般,對于車企而言,換電站或將是差異化、獨立化的建設方案。

      設計要求較高:并非所有車型都支持換電模式,除了銷量達到一定規模的前提外,一些已經開發好的車型可能因為兼容性、尺寸等種種原因而難以適用于換電模式。例如一些車型的電池與車體的一致性較差,同一款電池裝到另一輛同車型的汽車上時無法較好地正常使用。當前蔚來、北汽等已成功試驗換電模式的車企均采用正向研發思路進行換電車型研發,即在將換電作為基礎設想的前提下進行車型設計和研發。而行業中一些嘗試采用改裝車實施換電路徑的做法均未能獲得較好成效。2020年7月,工信部副部長辛國斌表示,工信部下一步將繼續大力推進充換電基礎設施建設,進一步完善相關技術標準和管理政策,鼓勵企業根據使用場景研發換電模式車型[3],顯示了國家對于換電模式的支持態度。2021年4月30日,國家標準委批準發布了我國換電領域首個基礎通用國家標準《電動汽車換電安全要求》,自11月1日開始實施,該標準規定了可換電電動汽車所特有的安全要求、試驗方法和檢驗規則。

      考慮換電模式的兩大核心缺陷,一定程度上,當前換電模式更適合于營運車型及高端車型:

      對于營運車型而言,由于車輛的使用頻率較高、持續和中長途行駛的需求場景較多,因此對于短時補能的需求較強;而對于主要進行中短途行駛且路線相對固定的車主而言,夜間固定點位的慢充模式即可滿足絕大部分的補能需求。同時,對于營運車型而言,除補能需求量大以外,車型數量相對單一,使得換電站可以達到較高的使用率,進而更容易跨過盈虧平衡點。例如截至1H21期末,北汽集團新能源汽車保有量接近60萬輛,奧動新能源與北汽集團合作建設針對純電動出租車的換電站。2021年9月,北汽推出了EU5快換版車型,根據北京市交通委下發的《2021年北京市純電動出租汽車推廣應用工作方案》[4],其將成為2021年北京市計劃新增和更新的1.72萬輛巡游出租汽車的升級車型。

      對于高端車型而言,由于售價較高,因此換電站等成本增加項折合的額外費用率相對更低,車企對此類費用的承受力相對較高。例如,根據蔚來汽車測算,采用換電模式下,單臺車輛全生命周期的額外成本大概占車輛售價的1%-1.5%。而當售價較低時,成本占比翻倍至5%-6%,幾乎侵蝕傳統車企常態化水平下的所有利潤。

      發展歷程:國外提供早期經驗,國內市場雛形初現

      一、早期嘗試:受制于市場銷量和政策法規

      1、Better Place:最早進行大規模換電商用化嘗試

      Better Place是第一家進行大規模換電實踐的企業。2007年以色列夏嘉曦(Shai Agassi)提出換電設想,成立了Better Place并嘗試尋找車企、政府等方的支持。盡管獲得了以色列政府的支持和超過7.5億美元的融資金額,但受制于成本高昂和盈利困難,2013年5月26日,Better Place宣布停止運營。

      除了當前仍然存在的標準不統一、車企對技術開放相對謹慎等問題,Better Place的失敗也與歷史的特殊階段有關:1)彼時新能源汽車市場未成熟,未能有爆款或放量車型,進而換電站利用率不高,盈利困難。2008年Better Place與雷諾集團開展合作,承諾向雷諾訂單10萬輛FluenceZE電動車,但最終銷量不到2,000輛,導致Better Place大幅虧損;2)缺乏持續和強大的資金支持。彼時Better Place一座換電站成本高達百萬美元,因而前期投資規模巨大。同時由于換電站利用率低,企業缺乏穩定現金流支持。除了雷諾外,也缺乏其他合作車企,進而換電站商業模式難以跑通。

      由此說明,在電池等標準不統一的前提下,具有放量車型是建設換電站的必要前提。當前具備規?;瘬Q電站的三家企業均具備放量車型,其中蔚來汽車主要針對其私人車主客戶,奧動新能源主要與北汽等合作針對出租車、網約車等營運車輛,杭州伯坦主要服務于網約車、物流車、出租車等營運車輛。

      特斯拉:受制于法律規制等因素

      2013年6月特斯拉發布93秒換電技術,但僅過2年,2015年特斯拉放棄換電模式,并回到超充站建設模式上來。特斯拉建設超充站的成本約25萬美元,單座換電站成本約50萬美元。但低使用率使得特斯拉換電站未能獲得良好成效,其商業模式受制于法律規范等限制。

      收費較貴:特斯拉換電模式一次收費60-80美元(美國汽油加油通常單次20-30美元),而其對消費者開發的超充為免費使用,后者使得車主能夠在20分鐘充滿一半電量。由此,換電對于特斯拉車主吸引力不足,換電站利用率偏低。

      便捷性低:特斯拉的換電模式本質上是“借”電,車主在特斯拉換電站換完電池后,需要返程時再回到服務中心重新裝回自己的原電池,否則車主需要支付電池差價(根據電池新舊)或快遞電池(自行支付快遞費用),這與當前蔚來等推行的真正意義上的換電存在明顯差異。其背后原因在于美國法律并不支持車電分離,因此更換原裝電池的車輛無法順暢地跨州運行。

      對于車電分離的法律界定問題,目前國內已得到初步解決。2019年6月由國家發改委、生態環境部、商務部印發的《推動重點消費品更新升級暢通資源循環利用實施方案(2019-2020年)》指出,“引導企業創新商業模式,推廣新能源汽車電池租賃等車電分離消費方式,降低購車成本”。2020年4月,財政部、工信部、科技部、發改委聯合發布的《關于完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》指出,新能源乘用車補貼前售價須在30萬元以下(含30萬元),但換電模式車輛不受此規定限制,進一步支持車電分離商業模式的發展。

      早期電池和車必須搭配售賣,只能開具一張發票。2020年7月31日,蔚來開出了第一張車電分離購車發票,車主購買除電池外的其他車體部分,電池則賣給電池資產管理公司,這意味著車電分離商業模式在中國得以落地。

      圖表15:國家部門關于新能源汽車換電推出的政策文件

      資料來源:發改委、財政部、工信部等,中金公司研究部

      二、中國實踐:營運車型和高端車型開啟換電嘗試

      2021年10月28日,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》,擬在11座城市開展換電模式試點工作。其中,試點工作分為兩類,一類為綜合應用類,覆蓋乘用車、商用車等領域,城市包括北京、重慶、長春、濟南、南京、合肥、武漢、三亞;另一類為重卡特色類,聚焦重型商用車領域,城市包括包頭、唐山、宜賓。政策預期目標為推廣換電車輛超過10萬輛,建設換電站超過1,000座。

      本次政策試點工作的目標包括加強關鍵技術研發、加快換電基礎設施建設、促進換電模式車輛應用和打造充換電互補的良性發展生態。除上述目標和相關政策、金融等支持外,政策還提到鼓勵新能源車用新能源電,一定程度上指向“光儲換電站”等新能源綜合利用形式。2017年北汽新能源曾提出“擎天柱計劃”,計劃投資100億元到2022年在全國范圍內建設3,000座光儲換電站。目前來看,換電站建設進度晚于計劃。2021年10月19日,蔚來與聯盛新能源簽署戰略合作協議,將由聯盛為蔚來在全國范圍內的二代換電站投建安裝屋頂分布式光伏電站。而根據蔚來公布的規劃,到2025年在全國范圍內建設的換電站將達到3,000座。

      企業層面,十年前我國企業已開展早期換電嘗試。2005年奧動新能源即在蘭州設立首個充換電實驗站,2008-2010年陸續為北京奧運會、上海世博會、廣州亞運會提供換電運營服務。2010年國家電網加入“中國企業電動汽車產業聯盟”,次年確定了智能充換電運營模式的基本思路為“換電為主,插充為輔,集中充電,統一配送”。而彼時國內大批量建設換電站的條件尚不成熟,因此相關計劃基本擱置。當前已有三家企業批量化建設了換電站,分別是蔚來、奧動新能源和杭州伯坦,蔚來主要針對旗下高端車型私人用戶,奧動和伯坦主要面向營運車輛。

      圖表16:開展換電模式試點工作的具體政策內容

      資料來源:《關于啟動新能源汽車換電模式應用試點工作的通知》,中金公司研究部

      三、蔚來汽車:定位于中高端車型的大批量換電服務

      蔚來成立于2014年,產品定位中高端,目前已推出4款主力車型,分別是ES8、ES6、EC6、ET7。蔚來集團創始人李斌曾表示,2012年起其就將換電的商業模式和技術創新作為蔚來的發展的重要基點,因此,蔚來的車型均為換電模式下正向研發的車型,電池包的外尺寸能夠兼容品牌中的最小車型。同時,李斌認為,換電模式的成功需要滿足4項先決條件:

      1)可換電的車輛設計。包括電池包、車、BMS、換電站、云端服務等的設計;

      2)建立換電運營服務體系。車企需要建立覆蓋面廣乃至覆蓋全國的換電網絡體系;

      3)支持車電產權分離的政策。當前政策已支持其實現,同時需要進一步完善相關技術標準和管理政策;

      4)獨立的電池資產公司完成運營。假設一輛車對應一塊備用電池,價值8-9萬元,10萬輛車則對應80-90億元的電池資產,需要第三方來完成電池資產的持有和運營。

      目前蔚來已初步實現幾項前提條件。2020年8月蔚來正式發布基于車電分離的BaaS(Battery as a service)電池租用服務方案。車電分離模式下購車價格減少7萬元,對于70kW的電池包,每月電池租用服務費980元。2020年8月18日,蔚來、寧德時代、國泰君安、湖北省科技投資集團共同投資8億元成立武漢蔚能電池資產有限公司,四家公司各持股25%。此后武漢蔚能完成了幾輪增資擴股,其中山東威達增資1.5億元。截至2021年8月18日,蔚來、寧德時代、湖北投資集團、山東威達分別持股19.84%/10.91%/10.91%/8.18%。

      換電站建設方面,蔚來已成為國內運營換電站數量最多的企業,并加快換電站建設。2018年5月蔚來首座換電站投入運營。2021年4月5日,蔚來首次二代換電站落成。相較于一代換電站,二代換電站的電池容量從5塊提升至了13塊,換電站日服務能力從120次增加至312次。同時,二代換電站傳感器數量和算力明顯提升,支持自動泊車入站、車內一鍵自助換電、自動調整車輛姿態等功能。截至2021年10月,蔚來換電站保有量中,二代站占67%。

      根據EVCIPA數據,截至2021年10月,蔚來建成換電站609座(蔚來官方披露數據為598座,二者相對接近),2021年1-10月貢獻了三家換電站建設企業(蔚來、奧動、伯坦)中81%的換電站增量,保有量市場份額由年初的32%快速提升至56%。同時,根據蔚來統計,隨著二代站投入和快速建設,蔚來換電站的車站比由2021年4月的606下降至10月的272,同時電區房(距離換電站3公里以內的住宅)覆蓋率由年初的20%提升至10月的40%,蔚來目標2025年電區房覆蓋率達到90%。

      未來展望方面,2021年7月9日,蔚來發布了2025換電站布局計劃:

      計劃2021年換電站保有量目標為700座(2020年時訂立目標為300座,后提升至500座,此次再度提升至700座);

      2022-2025年,在中國市場每年新增600座換電站(若計劃實現,則2025年國內換電站數量約3,100座);

      至2025年底,全球換電站數量超過4,000座,其中國外市場換電站約1,000座。(2021年11月蔚來與殼牌簽署戰略合作協議,計劃到2025年雙方在中國共建100座換電站,2022年起計劃開始在歐洲進行換電站建設、運營試點工作)。

      圖表17:蔚來換電站建設數量及市場份額

      資料來源:EVCIPA,中金公司研究部

      圖表18:2021年蔚來換電站車站比和電區房覆蓋率

      資料來源:蔚來汽車,中金公司研究部

      四、北汽:與奧動新能源合作開展營運車輛換電服務

      2016年起,北汽新能源、奧動新能源與上海電巴開展合作,率先在北京開展換電建設和運營。2020年北汽新能源在北京、云南的純電出租車市場份額超過90%,并在北京、廈門、蘭州、廣州等地建設換電站。截至1Q21期末,北汽新能源已在19個城市累計建成255座換電站,運營186座,其中北京160座。

      2020年12月,合作換電站已迭代至4.0版本,效率方面,從2.0換電站的全程5分鐘、換電100秒縮短至全程1分鐘、換電20秒;電池儲備量從3.0版本的28塊增加至60塊;日設計服務能力提升至400-500車次。

      奧動新能源為我國最早開始探索換電技術的企業之一。2005年建設了世界第一個充換電實驗站,2016年成立奧動品牌,開始在北京為出租車等營運車輛提供換電站建設和運營服務。根據EVCIPA統計,截至2021年10月,奧動新能源換電站數量為370座,較年初、同比增加84/94座。2021年奧動新能源加快了資金、產能、外部合作等方面的步伐,具體來看:

      資金方面:2021年9月奧動新能源完成B輪15億元融資,由廣州政府平臺基金和恩澤基金領投。奧動已累計獲得創始人、蔚來資本、北汽新能源等35億元投資(含B輪)。

      產能方面:2021年11月,電巴新能源(奧動子公司)入駐上海、臨港產業區鉆石園,擬建設投資“集裝箱式乘用車充換電設備研發生產基地”二期項目,設計年產能為1,000臺套,產值約15億元(單價合150萬元/臺套)。

      車企合作方面:截至2021年10月,奧動新能源已經與上汽、一汽、北汽、廣汽、長安、東風、合眾等14家車企合作開發超過24款換電車型。2016年開展規劃化換電服務運營以來,換電車輛超過5萬輛,累計換電1,847萬次,換電運營里程超過26億公里。

      能源集團合作方面:2021年4月,奧動與中石化開展戰略合作,將在全國超過3萬座中石化加油站布局換電站;11月8日,英國石油公司BP與奧動新能源簽署合資合作協議,擬在廣州完成合資公司試點項目,為廣州出租車、網約車和其他乘用車輛提供換電服務。

      2021年5月,奧動新能源董事長蔡東青發布奧動5年發展規劃,目標至2025年建設10,000座換電站(2020年11月20日廣州車展發布規劃為5,000座),達到1,000萬輛以上的換電車輛服務能力(此前規劃為200萬輛)。

      圖表19:奧動換電站建設數量及市場份額

      資料來源:EVCIPA,中金公司研究部

      圖表20:奧動新能源發展歷程

      資料來源:奧動新能源,中金公司研究部

      換電站盈利模型與穩態需求測算

      1、盈利模型:主要取決于利用率(日服務次數)等

      換電站的成本包括固定成本和變動成本,其中固定成本包括設備折舊、土地費用、電池費用、人工成本、維保費用等,變動成本主要為電費。

      以奧動3.0換電站為例,其儲備電池為28塊,理論日服務能力為400次(考慮晝夜實際車流量和用車需求,一般情況下實際日服務能力可認為是理論值的2/3)。

      成本項:固定成本方面,假設土地折舊或土地租賃費用為30萬元/年,設備等(換電設備、電力增容、EPC工程等)投資折舊為30萬元/年,電池折舊或租賃費用為28萬元(每塊電池折舊1萬元/年),人工、維保等費用50萬元/年;變動成本方面,按照工商業平段電價0.8元/度計算(峰段約1.2元/度,谷段約0.3元/度。隨著換電站運營算法優化,有望通過調節充電節奏降低平均電價成本)。

      收入項:單次換電電量為40度,換電價格約為1.75元/度。

      利潤項:假設日服務次數達到實際峰值約250次,則對應年收入約639萬元,總成本430萬元,年度利潤約209萬元,利潤率約32%,投資回收期約3年。

      我們保守估計,日服務次數超過100次實現盈虧平衡,日服務次數超過160次才能實現較好利潤。在此測算模型中,當日服務次數為100次即利用率為25%時,換電站年利潤為0。假設初始投資成本為600萬元,要實現10年收益IRR達到8%,則需要年利潤超過89萬元,對應利用率約41%,對應日服務次數超過160次。

      圖表21:換電站盈利模型測算

      資料來源:奧動新能源,中金公司研究部

      圖表22:換電站盈利模型敏感性分析

      資料來源:奧動新能源,中金公司研究部。注:假設初始投資額為600萬元。

      二、穩態乘用車換電站數量估算:主要取決于換電車型保有量和使用頻率

      當自上而下測算穩態的乘用車換電站需求量時,我們主要考慮換電車輛保有量(與新能源乘用車保有量趨勢存在一致性)、車主周換電次數。而假設單體換電站的服務頻率為固定參數如100次/天(當達到150次則能夠實現較好盈利,我們預計2025年尚無法達成此條件),主要由于當用/換電總量一定時,日服務次數(利用率)與換電站數量成負相關系。而實際中,車企或其他企業考慮建設換電站數量時主要考慮車輛分布情況,換電站使用率為結果而非原因,并且換電站具有超前建設的特征,因此正常情況下隨著換電車型的保有量上升,相應提前布局的換電站使用率呈現先低后高的態勢,換電站利用率并非影響換電站布局的先決參數。

      換電車輛是換電站服務的潛在客群和存在的前提條件。當前蔚來換電站以蔚來車型放量增長為前提,奧動換電站以合作的相關出租車等營運車輛逐漸更替至換電版本為前提。2018年至2021年11月,蔚來汽車累計銷量約15.5萬輛。截至2021年9月,北汽在全國19個城市投放換電車輛3.2萬輛,其中北京2萬輛。我們估計2021年全國換電車輛保有量在20-30萬輛左右。隨著蔚來汽車放量、其他私家車企研發換電車型、及營運車輛換電車型替換,我們預計2025年全國換電車輛保有量有望提升至約348萬輛。

      周換電次數的變動性來自兩個因素,一方面是車主的使用習慣,包括用電總量、充換電設施選擇分配等,另一方面是私家車和營運車的結構占比,當營運車占比上升時,車主平均換電頻率將增加。根據清華大學2021年5月發布的《2021年中國一線城市出行平臺調研報告》,網約車司機平均每周出車6.5天,假設每1-1.5天換一次電,而私家車每周換電次數在1-2次,同時我們預計換電模式會率先在營運車輛端獲得批量化應用,2025年換電車輛中營運車占比較大,由此我們估計車主平均周換電次數約4.2次。

      中性預測下,我們假設:1)2025年新能源乘用車保有量約2,900萬輛,12%為換電車型,對應保有量約348萬輛;2)車主平均每周換電4.2次;3)單座換電站使用頻率為100次/天。則中性預期2025年換電站穩態需求量為2.1萬座。

      此外,考慮2025年我國新能源汽車及換電車型銷量仍處于快速上升期,結合換電站超前布局的特征,我們認為中性預期下,2025年我國換電站保有量有望達到2.2-2.6萬座??紤]單座換電站設備價值量在150-200萬元,我們預計至2025年我國乘用車換電設備市場規模約330-520億元。

      圖表23:乘用車換電站穩態需求量預測敏感性分析

      資料來源:中金公司研究部。換電車輛數量單位為百萬輛,周換電次數單位為次/周。

      (圖片來源:veer圖庫)




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