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充电桩行业:“高压快充”+“出海”绘就新蓝图

2024-05-06 16:34 来源:800V高压未来作者:

随着新能源汽车保有量的快速增长,新能源汽车充电需求不断扩大。作为新能源汽车的“加油站”,充电桩建设是完善配套设施、促进新能源汽车消费的重要一环。近年来,国内充电基础设施快速发展,已建成世界上数量最多、服务范围最广、品种类型最全的充电基础设施体系。


充电桩概念及分类


充电桩是指以充电方式为电动汽车提供电能补给的补能设施。充电桩根据不同的电压等级和补能方式为各种型号的电动汽车提供电力保障,属于新型的城市基础设施。充电桩的加速建设对有效拓长电动汽车续航里程、促进电动汽车推广与发展具有重大意义,是国家重点关注的投融资领域之一。

电动汽车利用干电池、锂电池、蓄电池等可移动外置式直流电源为自身行驶提供能量。当直流电源放电时,负极中的锂原子会分解为锂离子和电子,电子会沿着外电路到达正极,锂离子会通过隔膜到达正极。锂离子在阳极遇到电子后会形成锂原子。与之相反的是,充电时锂离子的运动方向有所不同,正极上的锂原子会分解成锂离子和电子,电子通过外电路到达负极,锂离子通过隔膜到达负极。在负极,锂离子与电子相遇,使锂离子变成锂原子。因此,电动汽车充电补能过程实际上是动力电池(直流电源)中的活性物质因电流的输入而产生化学反应,并对电解液进行还原,最终实现充电补能。从电化学的角度来看,电流分为直流电流和交流电流。交流电流在家庭生活、工业生产等领域有着广泛的应用,日常生活中插墙式电器所使用的正是民用交流电源。一般情况下,交流电流的生活民用电压为220伏,通用工业电压则为380伏。值得注意的是,由于交流电流的大小、方向会发生周期性变化,使用交流电流直接给直流电源设备充电补能,相当于使电源设备高频率反复充放电。在这种状态下,电源设备会迅速升热烧毁,因此交流电流并不能直接用于电源设备的补能。与之相反的是,直流电流的方向并不会随着时间发生改变。因此,直流电流可以直接对干电池、锂电池、蓄电池等可移动外置式直流电源设备充电补能。由此可见,在电动汽车进行充电补能时,不论是直流充电桩和交流充电桩,最终锂电池都只能利用直流电流进行充电。

充电桩的分类以补能模式分类较为常见。按补能模式分类,充电桩可分为直流充电桩、交流充电桩、无线充电桩。充电桩根据输出到电动汽车的电流类型不同有其独特的技术特点和要求。不同类型的充电桩根据自身技术特点和要求被安装于相适应的地点,在城市内部相互协调,灵活配合,共同保障电动汽车补能供给的稳定性和便捷性,对实现低碳智慧交通城市有着重要贡献。


交流慢充桩VS直流快充桩


目前主流的充电模式为直流充电和交流充电。作为当前市面上主流的充电桩类型,直流充电桩和交流充电桩在输入电流、充电时间、充电功率等方面有着较大差异。直流充电桩的充电方式是通过充电桩自带的AC/DC充电模块,直接将直流电输送予车载动力锂电池进行充电,通常采用三相四线制供电,具备高电压、大功率(100-300KW)、充电快的特点,通常被用于满足快充需求。直流充电桩对电网要求较高,需建设专用网络。然而,直流快充方式克服了充电时间过长的问题,能够实现大功率直流快充,对有效拓长电动汽车行程、促进电动汽车推广与发展具有重大意义。与之相反的是,交流充电桩的充电方式是通过车载充电机(OBC)将电网中的交流电进行变压整流,转换为直流电后对车载动力锂电池进行充电。交流充电桩技术成熟、结构简单、易于安装且成本较低,一般无须对电网进行特殊改造,然而受限于小电流、常规电压和输入方式的缺陷,导致充电速度较慢,实际使用过程中可能会给用户带来较差的使用体验。

此外,无线充电技术由于技术规范和商业模式不够成熟,目前也尚处于探索应用阶段,因此并不被视作主流充电方式。


复盘行业发展经历


目前国内充电桩行业已经历一轮行业洗牌,进入有序发展期。我国充电桩行业曾有过市场竞争较为激烈的时期,但随后行业经历了国网招标风格转变、地方财政补贴转向、纯电车保有量提升带来充电量提升这三大转变,进入有序发展期。

中国充电桩行业发展经历了三个阶段:2006-2009年为我国充电桩行业萌芽期,建立了我国首个集中式充电站,我国第一座商业运营充电站亦应运而生。但此阶段充电桩主要是由政府参与建设。

此后,经历了四年的初探和培育,从2015年起至2019年,我国充电桩行业迎来了快速成长期。大量民间资本涌入市场,大规模投资建设进入高潮。

2020年至今,充电桩行业迈入新机遇期,在此期间,充电桩被纳入“新基建”,政府多次颁布政策鼓励充电桩行业发展,利好行业各企业发展,充电桩保有量有望持续高增,欣欣向荣的充电桩大蓝海市场蓄势待发。

我国充电桩行业早期建设由国家主导,主要由国家电网和南方电网建设示范项目。2012年国务院开始引导社会资本进入行业,大力鼓励运营商投建充电桩。2015-2018年左右大量企业涌入市场,竞争加剧,但社会资本的竞争主要围绕在交流慢充领域。同时国家电网通过2015年末成立的全资子公司“国网电动”在高速公路场景继续引领直流快充桩建设。

欧美方面,美国公共充电桩建设相对滞后,车桩比处于较高水平。据美国能源部统计,在2022年,美国约有13.1万个公共充电桩和330万辆新能源汽车。过去11年,公共车桩比从5.1上升到了25.1。当前,交流慢充仍然是北美充电桩的主流,随着新能源汽车销量进一步放量,美国车桩矛盾可能将进一步激化。与美国类似,欧洲大部分车桩也仍然是私人充电桩,公共充电桩的建设相对滞后,快速充电桩的比例比较低。欧洲大部分充电地点都是在家中进行,公共充电桩的建设相对滞后。


早期地方财政补贴“重建设、轻运营”。早期各地对于充电设施的补贴主要有以下几种形式:(1)按投资额补贴,一般按投资额的一定比例确定补贴上限;(2)定额补贴,按照充电桩的数量一次性给予建设补贴;(3)按充电功率补贴,例如对交流充电桩每千瓦补贴400元、对直流充电桩每千瓦补贴600元。运营补贴是大势所趋,但前提是要建立省市级充电设施监管平台。单纯对充电设施建设进行补贴,容易忽视充电桩的实际运营效率,不利于长远发展,运营补贴是大势所趋。

2018年前后,各地财政补贴的重心慢慢向补运营转移。运营补贴的核心在于对充电场站或充电企业设置一定的考核标准,如月均单桩充电时长(2017,江苏南京)、充电场站和充电企业的考核评级(2022,上海)和年度充电量(2020,四川成都;2022,江苏常州)等,鼓励建设真正为民所用的充电场站。运营数据层面的统计与考核需要各地建立充电设施监管平台,以便将各场站纳入统一管理,因此实际实施层面比建设补贴复杂且需要一定的投入,待更多地区建立充电设施监管平台后,更为直接有效的运营补贴有望成为更主要的补贴方式。

目前大部分地区建设补贴与运营补贴并行。在补贴额度上,有将部分建设补贴转移为运营补贴的趋势,在风向上更鼓励:(1)更高的充电功率。如按单枪平均充电功率划分补贴等级(2023,重庆);(2)居民小区“统建统营”、有序充电(2022,常州;2023北京);(3)市级监测平台的建设与运维(2023,重庆)。


充电桩产业链分析


充电桩属于新能源汽车充换电设备设施行业,是新能源汽车行业配套产业的重要组成部分。新能源汽车充换电设备设施产业链上游是设备元器件及零部件,主要包括充电模块(包含功率器件、磁性材料、电容)、继电器、接触器、监控计量设备、充电线缆、主控制器、通信模块及其他零部件,市场参与者主要包括华为、中兴、英可瑞、盛弘股份、通合科技、深圳英飞源技术有限公司、深圳市永联科技股份有限公司等企业。

其中,充电模块主要应用于直流充电设备,是直流充电设备的核心部件。而功率器件又是充电模块的关键器件,作用是利用驱动芯片管控整流、稳压、开关、变频等一系列操作,帮助电流安全地从充电桩端流向电池端充电桩属于新能源汽车充换电设备设施行业,是新能源汽车行业配套产业的重要组成部分。

新能源汽车充换电设备设施产业链上游是设备元器件及零部件,主要包括充电模块(包含功率器件、磁性材料、电容)、继电器、接触器、监控计量设备、充电线缆、主控制器、通信模块及其他零部件,市场参与者主要包括华为、中兴、英可瑞、盛弘股份、通合科技、深圳英飞源技术有限公司、深圳市永联科技股份有限公司等企业。其中,充电模块主要应用于直流充电设备,是直流充电设备的核心部件。而功率器件又是充电模块的关键器件,作用是利用驱动芯片管控整流、稳压、开关、变频等一系列操作,帮助电流安全地从充电桩端流向电池端商为主,部分充电桩元器件生产商和充电桩设备制造商也参与到下游运营。

综上所述,当前充电桩的产业价值主要在功率器件、半导体IC、充电模块等上游领域。


市场规模及预测


作为新能源汽车行业的配套产业,充电桩行业将直接受益于新能源汽车行业的发展。完整的充电桩主要包括充电系统、监控系统、计量计费系统等,其输入端与交流电网直接连接,输出端装有充电插头用于为新能源汽车充电。随着新能源汽车的快速发展,充电设备作为新能源汽车基础设施建设的重要组成部分,越来越受到包括中国大陆在内的多个国家和地区的重视,市场规模预计将实现快速增长。

总体上看,直流充电桩的单价费用在充电桩市场总量中的比重较大,因此充电桩市场规模的增量价值主要体现在大功率直流充电桩的增量上,然而直流充电桩的市场空间与新能源汽车保有量又呈正相关关系。自2020年10月国务院办公厅颁《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》以来,中央及地方各级政府鼓励新能源汽车产业发展的政策密集出台,新能源汽车保有量迎来快速增长。根据公安部数据显示,中国大陆新能源汽车保有量从2018年末的261.0万辆增加至2022年末的1310.0万辆,年均复合增长率达到49.7%。随着新能源汽车渗透率的提高,叠加旧款的新能源汽车加速淘汰,预计未来新能源汽车保有量增速将有所放缓,因此预计至2027年,中国大陆新能源汽车保有量将达到7395.0万辆。

在直流充电桩保有量方面,目前中国直流充电桩以公共直流充电桩为主,公共直流充电桩保有量是直流充电桩保有量的主要来源。根据充电联盟公布数据计算显示,中国大陆新能源汽车车桩比从2018年末3.4波动下降至2022年末的2.5,年均复合增长率为-7.0%。至2027年末,车桩比将下降至2:1,结合新能源汽车保有量预测数据,预计至2027年,中国大陆充电桩保有量将达到3,697.5万台。

在公共充电桩保有量占充电桩保有总量的比例方面,2018年至2022年,中国大陆公共充电桩保有量占充电桩保有总量的比例呈现波动变化的趋势。2022年末,中国大陆公共充电桩保有量占充电桩保有总量的比例为34.5%,按照40%的占比估计,预计至2027年,中国大陆公共充电桩保有量将达到1,479.0万台。

在公共直流充电桩占公共充电桩的比例方面,2022年末中国大陆公共直流充电桩占公共充电桩的比例为42.3%,随着新能源汽车快速充电需求的增加与充电设备技术的发展,2027年直流充电桩未来占比有望提高至45%。若按2022年末的占比进行中性估计,预计至2027年,中国大陆公共直流充电桩保有量将达到665.6万台。

在充电桩价格方面,不同功率、类型的充电桩价格相差较大。2022年,直流充电桩价格为35,000元至44,000元的区间,交流充电桩(单枪)价格为1,200元至2,000元之间。若取充电桩价格的中位数为测算依据,则直流充电桩单价为39,500.0元,交流充电桩(单枪)单价为1,600.0元。根据测算,中国充电桩市场在2027年预计市场规模为人民币3,114.0亿元,2023至2027年年均复合增长率为46.44%;其中,直流充电桩市场在2027年市场规模将达人民币2,629.0亿元,2023至2027年年均复合增长率为47.1%。


未来发展


目前,充电桩主要有二类解决方案,一是大电流,二是高电压,前者对热管理要求高,推广难度大;后者则因降低能耗、提高续航、减少重量、节省空间等优势,能够在更宽范围内实现最大功率充电,以适配未来的快充需求。因此,以提升充电电压为代表的高压快充技术推广成为未来趋势。

上文提到,目前公共类充电桩当中交流充电桩仍为主流,但直流充电桩充电速度更快、充电时间更短,更加匹配电动汽车用户临时性、应急性的充电需求,受终端用户较大的快充需求和国家层面政策的驱动,公共直流桩占比有望进一步提升。

充电桩行业已度过前期的野蛮生长、供需错位时期,充电桩平均使用率随新能源车渗透率一齐提升,若行业平均单桩利用效率未来继续稳步提升,则充电桩运营企业的盈利能力得以增强,投资回收期得以缩短,充电桩运营行业的经营效率有望进一步优化。

•对单桩利润的影响:假设度电服务费保持0.5元/kWh不变,当单桩利用效率从6%提升至10%时,单桩利润则从-0.20万元提升至0.59万元;平均单桩效率每提升1%,利润增长0.20万元;

•对投资回收期的影响:假设度电服务费保持0.5元/kWh不变,当单桩利用效率从6%提升至10%时,投资回收期从15年下降至5年,显著小于设备可使用年限(10年左右)。

伴随海外充电桩进入加速建设期,尤其欧美市场充电桩需求缺口巨大,在欧美本土充电桩企业生产成本较高的背景下,中国企业有望凭借高性价比的产品,打开欧美市场,实现充电桩业务的快速发展。从利润空间来看,欧美消费者对价格敏感度较低,充电桩产品价格较高,中国充电桩企业能够获得较好的利润水平。尤其是在整桩和充电模块环节,国内22年毛利率分别为35%和20%,而海外利润率分别高达45%和40%,与国内相差10pct以上。综合量、利两方面来看,海外市场增速更高且盈利更强。

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