在今年的兩會上,《政府工作報告》明確指出,將汽車充電樁列入“新基建”範圍。伴隨著這個方向的確定,對充電樁的建設再一次成為了熱門話題。
然而與十年前傳統充電樁的建設不同,所謂“新基建”,是側重於科技驅動基礎設施的建設,推動傳統產業向網路、數字、智慧化發展。專業人士也強調,新能源充電樁不是“傳統”基建,而是“融合基礎設施”所囊括的“智慧交通基礎設施和智慧能源基礎設施”的重要一環。
而政府和企業如此重視充電樁的新基建,說到底就是要大力推廣新能源車。想要新能源車“賣得更好”,基礎設施——充電樁的建設必須跟得上步伐。在這一輪面向未來的基礎設施升級中,基於我國新能源汽車良好的發展前景與車樁比的巨大缺口,目前政府為此一方面明確了推動公共領域用車全面電動化,即分領域、分割槽域、分車型電動化的目標;另一方面則是充電網路的建設,為私人購買電動汽車做好鋪墊,徹底解決充電難的問題。
那麼充電樁新基建該如何建設呢?今天我們試著來對此問題進行分析。
此前充電樁的建設注重短期利益,整體佈局缺乏長遠規劃
日益增長的電動汽車數量對充電行業提出了更迫切的需求和更高的要求。據公安部交通管理局資料顯示,截至2019年底,新能源汽車保有量達381萬輛,與2018年底相比,增加了120萬輛,增長率為46%。
在這個過程中,公共充電樁的增長也在持續上漲。2015年年底,我國公共類充電設施保有量僅為57792臺,而2016年至今,其保有量則呈直線上升狀態。2019年我國公共充電樁保有量已經去到516396臺,而統計至2020年4月底,其保有量已達54.7萬臺。
目前充電樁的核心問題,是公共領域的充電樁和私人使用的充電樁之間的不匹配問題。透過充電聯盟成員內整車企業取樣約108.6萬輛車的車樁相隨資訊瞭解到,其中建設安裝私人類充電樁74.0萬臺,未配建私人樁數量為34.6萬臺。
有相當一部分的電動汽車是沒辦法在居住地和工作的地方充電的,這些就需要公共充電樁的支援。在之前建設中,充電樁的建設多為民營企業各自圈地為王,注重短期利益,整體佈局缺乏長遠規劃,資源分散有待整合。
控制區域性的智慧化充電管理是解決家用充電問題的核心
按照2017年《汽車產業中長期發展規劃》來看,國家對新能源汽車發展速度是有明確規劃的。該計劃要求,在2020年新能源車產銷量要達到200萬輛,2025年產銷量佔比達汽車總產銷的20%,約為700萬輛。那麼問題就來了,在各個城市有大量的充電車輛需要首先保證居家充電,這個如何解決?
讓新能源車的車主在居住地能夠安裝充電樁,這是能讓消費者購買它們的首要前提。按照2020年推廣500萬輛電動汽車測算,同時率為0.3時,充電功率將達5250萬千瓦;按每輛車日均行駛50km,百公里電耗16kW·h估算,每天需電量4000萬kW·h。電動汽車的大量應用,對電源建設、配電網、電網執行控制等都提出了新的挑戰。
取一線、新一線、二線等3座城市中典型居民小區為樣本,居民1000戶,戶均建築面積100平方米,用電負荷60瓦/平方米,同時係數0.2;配套公建按人均3平方米,公建負荷60瓦/平方米,同時係數0.5。僅考慮交流充電情況下,電動汽車同時充電比例達到20%時,電動汽車規劃充電負荷將分別佔到56.5%、71.2%和32.5%,將成為居民主要負荷,同時考慮到電動汽車使用的規律性,峰谷差率將進一步拉大。
因此目前在推進的有序充電,控制區域性的智慧化充電管理是解決這個問題的唯一辦法,這裡能做的就是能裝盡裝,然後透過有序的充電控制總功率,儘量把充電的電量錯開配置,把一部分的補電需求交給快充網路來支援。
電動汽車銷量的增速,需要高功率快充網路支援
中國已經建成了全球最大的公共充電網路,但是對於下一步推進電動汽車發展來說,兩大主要因素里程焦慮和充電焦慮之間的矛盾是比較深刻的。隨著補貼政策鼓勵續航里程和動力電池技術的突破,電動汽車續航里程逐漸提高。
2019年上半年還是以400公里為主導,同年下半年已經有500公里的車型逐步進入市場,300-400公里以下的車型,則由於補貼退坡廠家可能會改變策略,往更加經濟實惠的250-300公里這個續航區段去生產製造。
因此對於目前的電動汽車而言,分層的結構會形成兩類車:面向長距離續航的和麵向經濟使用的車型。前一類透過安裝60kwh以上的電池,基本上已經解決了電動汽車的里程焦慮。
與此同時,這類車型的充電反而變成了一個核心的技術問題,甚至成為中外新一輪技術競爭的焦點問題。在這方面快充功率的迭代和發展,是接下來電動汽車差異化的重要分界點:
第一,快充功率的提升使得電動汽車快充與燃油車的加油體驗基本一致。國內電動乘用車用的直流快充樁充電功率為60kW左右,實際充電時間10-80%在常溫下為40分鐘,在溫度比較低的時候普遍大於1小時,消費者對於充電的時間需求是期望和加油一樣,而且目前消費者目視能看到的快充功率補電的速度,可以直接對應折算成每分鐘車輛增加了多少的里程,高功率的充電是直接有助於打消客戶的充電顧慮的,同時增加車主對這臺車的特性的信心。
第二,高功率快充有助於提高充電基礎設施運營的盈利能力。在目前快充樁服務場景裡面,出現了大量高頻使用的點,使得目前60kW的充電樁服務能力有限制,這個可以折算為有效的週轉次數,目前極限一天的服務能力是10輛車,而高功率的150kW的直流大功率快充樁,週轉次數能提升3倍,消費者也會選擇更高的充電功率段以節約時間,進一步提高週轉率。
第三則是盈利能力方面,這主要依靠充電服務。以服務費0.8元/kWh為例,普通的60kW的充電樁1小時所賺取的充電服務費為40×0.8元=32元,而150kW充電樁1小時所能賺取的充電服務費為50×0.8元×2=80元。對於在熱點地區的充電基礎設施運營,是有直接的幫助的。
技術方面,大功率直流充電需要從電壓和電流兩個方面來提升,電壓首先要覆蓋更寬的範圍,從250-1000V的寬電壓考慮,功率元器件的耐壓、絕緣等方面,都需要在原有的設計上調整;電流需要從250A提升到500A,大部分的電氣連線需要採取冷卻措施。更重要的是整個安全和溫度的管理,因為這個功率對於充電過程中任何電連線點的溫度都是需要不超120℃的。
而在政策方面,充電基礎設施從2012年開始就得到了支援。目前中國的政策體系已漸趨完善,涵蓋規劃、建設運營獎勵補貼、充電電價電費、土地等多個環節。2019年把地補取消以後,也陸續出臺了多項強有力的政策扶持充電基礎設施行業的發展。
全國充電電量主要集中在廣東、江蘇、陝西等省份,電量流向主要以公交車為主,電動乘用車佔比同樣較高,環衛物流車、計程車等其他型別車輛佔比較小。實際上,目前公共樁中80%以上的充電量由運營車輛貢獻,公交車、城際大巴等運營車輛充電需求有保障且比較固定,對應的大功率充電裝置利用率接近10%。
以上海市為例,2018年充電量中74.4%流向了公交專用充電樁,公交專用充電樁2018年使用率為9.48%,相比而言,物流專用、小區專用、單位專業等場景的利用率遠不到盈虧平衡點。
從整體來看,電動乘用車的快充發展,有以下的兩個路徑:
1) 首先是要搭公交和運營車輛的便車。由於本身大巴車的電壓比較高,所以會首先採用高電壓的充電和高功率的充電介面,隨著充電運營商產品的逐步完善,這樣種子使用者也就有了。說白了就是從商用車先行,然後更新高功率快充的充電設施。
2) 車企也需要透過大的運營商一起來共建超級快充站。目前車企與充電運營商的合作,主要採取的策略還是預約資源給自己的使用者,極少數類似特斯拉這樣自建部分網路,但是往高功率方向走,都需要在運營商的支援下在需求集中的點,集中升級高功率的充電樁。運營層面的效率會打破部分固有的運營商的形態,因為單個快充站的回本時間本就比之前快很多,這會改變之前投資充電樁主要是為了跑馬圈地的訴求,從而把充電基礎設施的投資策略往實際的商業利益來靠。
小結
想要解決未來大規模的充電基礎設施和電動汽車匹配問題仍然需要很多的努力,也只有在“新基建”的思想指導下,才能更科學地解決充電樁使用效率等問題,從而更好地推廣電動汽車。