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充电桩行业分析报告
2018年充电桩行业分析报告
2018年9月
充换电模式多样,适用场景各异。
电动汽车充换电主要包括慢速充电(交流充电桩)、快速充电(直流充电站)、更换电池(换电站)和无线充电四种模式。
其中,交流慢充桩简单但低效,技术成熟,主要以量取胜;直流快充桩高效但复杂,适合专业化集中运维,并向着大功率、智能化方向发展;换电站模式适用于商用车,但投入成本高,电池规格和标准需要统一;无线充电技术目前仍处于研发测试阶段,大规模推广尚需时日。
充电设施配套政策日趋完善,盈利模式逐步清晰。
国家陆续出台多项政策驱动充电设施快速发展,根据《电动汽车充电基础设施发展指南(2015-2020年)》规划,至2020年国内将建成480万个充电桩和1.2万座充电站,满足500万辆电动汽车充电需求。
新版电动汽车充电标准亦于2016年落地实施,基本完成国内充电行业标准建设,满足充电设施产业发展需要,为行业快速增长奠定基础。
同时,随着“充电电费+充电服务费”的收费标准基本确立,充电运营环节盈利模式逐步清晰,带动行业进入快速发展期。
充电设施增长提速,运营市场空间巨大。
截至2018H1,国内新能源车桩比为3.6:
1,比例依然严重失衡,至2020年充电桩规模缺口达420万个,充电站亦具备约90%的增量规模空间。
我们预计2018-2020年国内充电桩建设市场规模超500亿元,其中充电设备/裸站投资约各占一半。
同时,充电资源区域分布不均衡、私人桩配建率不足等问题亦有待逐步解决。
随着电动汽车保有量快速提升和充电设施布局优化,国内充电市场逐步由重建设转向重运营,以收取充电服务费为核心的多元盈利模式之下,充电运营环节市场需求巨大,预计未来三年市场空间超千亿元。
充电运营模式因地制宜,专业化平台迎来利润改善。
全球充电运营模式各有差异:
美国ChargePoint采取“线上+线下”双轮驱动,充电规模快速扩张;日本NCS依靠政府补贴和车企补助,专注为多家车企提供充电运维服务,但缺乏创新精神和增长活力;法国Autolib通过车桩联营同步推广电动汽车租赁和充电服务,但经营效益低下,已逐步退出市场;特斯拉则利用自建免费的充电网络,助推自身车辆销售。
从海外经验来看,拥有完善充电网络布局的专业运营商具备快速增长和连续盈利能力。
目前国内充电市场逐步由国网主导转向专业化平台运营,随着电动汽车规模放量和运营平台轻资产模式转型,相关运营龙头业绩有望实现扭亏为盈,加速增长。
一、充换电模式多样,直流快充前景广阔
充电设备是电动汽车最重要的配套设备,也是目前电动汽车推广的最大制约。
根据动力电池的充电速度和充电规模,目前电动汽车充电方式主要有以下四种:
慢速充电(交流充电桩)、快速充电(直流充电站)、更换电池(换电站)和无线充电。
1、交流充电桩(慢充):
简单但低效,技术成熟,以量取胜
交流充电桩使用简单,易于安装。
交流桩对电网要求较低,可直接接入220V民用线路,一般无需对电网进行特殊改造,且使用简单,无需专业维护人员,是目前最适合个人用户使用的充电设备。
交流桩功率较小,单桩功率多为3.5kW和7kW,单次充电往往需数小时方可充满。
目前交流桩分为落地式、壁挂式、车载式等,可安装在专用停车场、露天停车位、集中充电站、加油站,甚至移动通讯基站中。
交流桩主要面向个人、家庭用电动汽车,其运营模式主要有三:
1)面向个人用户,与电动汽车同步销售,在用户购买电动汽车时安装于个人车位,或由汽车经销商直接赠送;2)安装在停车场、加油站等公共场所,由公用事业公司面向个人客户统一运营;3)与直流充电、换电站打包成交直流一体化充换电站,由电网或充电站运营企业承运。
由于交流充电分散性强、时间空间占用率高,因此预计未来交流桩建设规模将加速增长,但短期内交流桩运营商仍难以盈利。
交流桩的硬件系统主要包括主控单元、监控保护单元、数字电表、通信模块、人机交互系统等。
其中,智能控制模块为充电桩核心部件,基于电池管理系统(BMS)负责启动、运行、监控、关闭充电行为,并通过端口将数据传输给对外显示模块、后台管理系统;监控保护单元负责检测系统状态,如输入输出电压、电流、通断状态,并在异常情况下提供切断电源、限压限流,保护汽车和充电桩等保护措施;人机交互系统包括显示模块、输入模块和IC卡读写等,负责实现系统界面、充电设定、IC卡读写读卡器、密钥管理、加密传输、账户识别、充值扣费等任务。
2、直流充电桩(快充):
高效但复杂,适合专业运营
直流充电桩运行高效,多配备于集中式充电桩中。
快速充电一般采用直流充电方式,多接入380V动力电源,供电电流大、充电时间短,20-30分钟内可充满电池电量的60%-80%。
直流快速充电对电网要求较高,需要建设专用网络,往往靠近10kV变电站,还需较复杂的谐波抑制装置等,因此多配备于集中式快速充电站内。
根据充电功率和服务车辆规模,充电站可以分为大型充电场站、中型充电站和小型充电点,一个中等充电站投资在300万-400万元,并需有专人维护,投资成本较高。
截至2017年底,国内共建设充电站(含充换电一体电站)18611座。
快充站主要包括配电系统、充电系统、监控系统和土建等四大子系统,其中配电系统、充电系统投资规模占比各38%左右,而监控系统、土建的投资规模占比各12%左右。
直流充电桩作为充电桩的核心设备,可针对电动轿车、电动客车进行非车载式大功率恒压恒流快速、中速直流充电。
目前主流的直流桩采用分体式结构,由模块化充电柜、电桩和连接电缆组成,其特点是高效可靠、扩容灵活,电网适应能力强,甚至可以接收500V的高压输入。
快充站配套要求高,需配备谐波补偿装置。
由于快充站瞬时充电电流大、电压波动强,产生的谐波污染会影响接入电网的供电质量,对接入的动力电池、监控设备会产生浪涌冲击,影响电池寿命和充电设备正常运行,同时增加配电柜、变压器的铜损、铁损,产生大量的发热,降低配电设备的使用寿命。
因此,中大型充电站必须独立配套10kV变电站,同时装备有源滤波(APF)、无功补偿(SVG)等谐波补偿装置。
根据国家电网的APF容量标准计算,中大型充电站分别需要配1台/2台APF,以实现谐波补偿率大于80%,补偿后功率因数高于99%。
海外企业机构加快大功率智能化直流快充桩研发。
日本方面,CHAdeMO协会目前将快充功率定义在120-180kW,对应最大充电电流300A;预计至2020年快充功率标准将提升至150-200kW,对应最大电流400A,电压平台500V;预计至2025年后快充功率将进一步提高至350-400kW,对应最大充电电流400A,电压平台1000V。
欧洲方面,已在欧标体系基础上完成350kW大功率充电标准体系建设,标准的实施将有效解决大功率充电带来的充电安全、温升控制和通讯协议等问题。
美国方面,其大功率快充主要应用在特斯拉超级充电站,特斯拉将为新一代充电桩配备350kW以上输出功率,并进行整机水冷散热;另外美国充电设施运营商ChargePoint亦发布ExpressPlus快充系统,输出电压达200-1000V,单桩最大功率可达500kW。
国内企业大功率快充站研发进度较快。
对于国内企业而言,由于长期受停车资源紧张、续航里程较短问题困扰,各主流充电桩企业亦积极开发大功率、智能化直流充电桩。
特来电的大功率群控充电站配置了最大1200kW的充电箱变,充电电压可达200-750V;奥特迅大功率群控充电堆集配电、充电、监控一体化集成,充电电压200-750V;许继电气最大功率可达720kW一拖十二大功率群控充电机,单桩最大输出电流250A,最大充电功率180kW,可进行动态功率分配,支持多单元并联大功率充电。
大功率快充桩对电动汽车“三电”及配套设施提出更高要求。
需指出的是,大功率充电在技术实现路径上仍面临诸多难题,一方面,在现行2015版充电标准下,充电连接器性能提升空间有限;另一方面,若重新设计具备向前兼容但物理结构有所改进的连机器,将增加开发难度和置换成本。
另外,充电功率大幅提升,对“三电”及电网配套也提出了更高要求:
电池方面,除进行能量密度提升之外,还需将目前大部分采用的2C充电提升到3-6C高倍率充电,并优化热管理解决方案;电机电控方面,需重新开发控制策略,提升高电压防护等级,以适配高电压、大电流的充电性能要求;充电桩及汽车零部件方面,亦需提升产品制造工艺和原材料性能,实现800V以上电压等级的高压零部件制造国产化和规模化;电网方面,则需提高负荷弹性和响应速度,通过群管群控、削峰填谷应对大规模充电下的随机性和间歇性波动,扩大储能的应用范围。
3、换电站:
适用于商用车,电池标准需要统一
换电系统由自动换电机器人、电池充电货架、汽车定位装置、地面控制台、电池充电监控系统等几部分组成。
每个单元在电动汽车左右各有一条环线,每个环线设计两台自动换电机器人,分别负责取电池和送电池。
机器人与电动汽车自动对位,实现了整个换电过程的全自动化和快速化,可为公交、物流车等商用车,以及家庭乘用车进行充换电。
换电站的优点包括:
1)换电模式效率高。
根据许继电气在青岛薛家岛、沈阳新松在北京建设的电动汽车充换储放一体化电站,占地面积1000-10000平米不等,采用国产自动换电机器人,每辆公交车换电仅需4-6分钟,可以同时对360辆车进行操作,每天换电池达540车次;
2)可作为备用电源。
换电站需要有200-400个电池的能源储备,可作为城市区域应急储能电站或调峰电源使用。
换电站投资门槛高,主要面向运营类车辆。
换电站投资规模大,需要建立大型集中电池储备仓库,并配套专业化机械设备,一般以BT模式,由充电设备公司承建,之后转交给运营企业(如电站运营商、电动公交公司等)运营。
充换一体化电站门槛较高,主要面向商用、公用事业车辆(公交、环卫、物流等),用户数量稳定,充换电时效性强,盈利模式较为清晰。
4、无线充电:
尚处试验阶段,投入市场尚需时日
无线充电技术主要包括电磁感应式、无线电波式和磁场共振式,根据充电状态可分为静态无线充电和动态无线充电,其基本原理都是使用两个互感线圈分别安装在地面和车身底盘上,通过输入端线圈产生激励电流,输出端线圈感应进行无线充电。
现行的无线充电技术要求汽车与地面上两个设备的距离接近,充电时必须对准线圈,且只能进行一对一充电。
国内外企业持续推进无线充电技术研发与产品制造。
由于无线充电设备对目前的车辆结构改动较大,需要车企同步介入推进,且充电速度和便利性与充电桩相比提升缓慢,技术及专利壁垒较高,预计短期内将以电力设备公司、车企合作的方式建立示范站,难以进行大规模推广。
目前海外无线充电技术研发企业主要是奥迪、宝马、奔驰、特斯拉、沃尔沃、丰田、日产、铃木等车企,且部分车企计划于2018年量产具备静态无线充电功能的车型;而无线充电技术方面,目前主要有韩国KAIST、高通、Flanders、丰田、美国犹他州大学、美国橡树岭国家实验室、英国政府等机构在进行研发和实验,但还未有市场投放计划,相关标准也处于空白状态。
国内方面,目前中兴新能源、比亚迪、中惠创智等少数厂商亦进行无线充电技术布局,其中仅中兴推出过相关试验充电站,未有大规模商业化案例。
二、充电政策日趋完善,盈利模式逐渐清晰
1、国内充电配套政策陆续出台,行业增长可期
充电设施顶层设计逐渐完善。
在“互联网+”新能源的大背景下,“新电改”将成能源互联网一个大的催化因素。
然而,受到充电桩运营盈利预期不高,电动车销量上升缓慢导致充电桩建设动力不足,以及国家电网接入手续繁琐等原因的影响,作为最早实现售电侧放开的行业,电动汽车充电行业的资本进入量仍远远不足。
在新能源汽车利好政策不断出台、销量快速上升的情况下,充电桩、充电站的建设还远远落后于新能源汽车的销量增速,充电设施的发展思路不清晰,协调力度也有待加强,充电难成为制约新能源汽车发展的一个重要瓶颈。
为了尽快推广电动汽车和充电设备,2012年以来
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