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充电桩行业研究报告:市场和政策双重驱动充电

发布时间:2024-01-23 22:31人气:

  电动汽车发展步入高速增长阶段。EVTank数据显示,2021年,全球新能源汽车销量达到670万辆,同比大幅度增长102.4%,全球汽车电动化渗透率也由2015年0.8%增长到2021年的7.74%,预计2022年、2025年全球新能源汽车销量将分别超过850万辆、2200万辆。乘联会数据显示,9月新能源汽车零售渗透率达到31.8%,预计2022年、2025年我国新能源汽车销量将超过600万辆、1000万辆。

  截止2022年9月底,新能源汽车保有量达1149万辆,前三季度新注册登记371.3万辆。2022年前三季度,全国新注册登记新能源汽车371.3万辆,同比增加184.2万辆,增长98.48%。预计到2025年国内新能源汽车保有量将达到4000万辆,保有量占比将达到10%。

  近年来,在充电桩行业快速发展的同时,仍然存在居住社区建桩难、公共充电设施发展不均衡、用户充电体验有待提升等突出问题。在这一背景下,国家陆续出台了相关政策支持充电桩相关技术、模式和机制创新,在解决新能源充电桩发展问题的同时,构建新型电力系统,完善相关基础设施,助力“双碳”目标实现。2020年5月国务院发布《2020年政府工作报告》,首次提出“新基建”(新型基础设施建设)概念,将充电基础设施作为七大基础设施之一,纳入“新基建”。2021年中央经济工作会议指出,当前经济面临需求收缩、供给冲击、预期转弱三重压力,应坚持稳字当头,强化政策发力,充电桩作为新基建组成之一,在稳增长主线下,建设节奏或将加速。2022年1月,国家发展改革委、国家能源局等出台《国家发展改革委等部门关于进一步提升电动汽车充电基础设施服务保障能力的实施意见》(发改能源规〔2022〕53号),提出到“十四五”末,我国电动汽车充电保障能力进一步提升,形成适度超前、布局均衡、智能高效的充电基础设施体系,能够满足超过2,000万辆电动汽车充电需求。多项政策落地,使得我国新能源充电桩行业的发展方向和发展目标逐渐清晰,为行业发展提供有益土壤。

  政府补贴从补车转向补桩,从建设补贴拓展到运营补贴2016年财政部等五部门出台《关于“十三五”新能源汽车充电基础设施奖励政策及加强新能源汽车推广应用的通知》,已对充电基础设施建设、运营给予财政奖补。2022年国家发展改革委等部门《关于进一步提升电动汽车充电基础设施服务保障能力的实施意见》明确提出加大财政金融支持力度,一是优化优化财政支持政策,二是提高金融服务能力。此外各地方政府已明确出台充电桩建设补贴、充电运营补贴相关政策。可以发现政府财政补贴政策向供给侧倾斜,呈现出从“新能源汽车补贴”到“充电设施建设补贴”再逐渐转变为“充电设施建设补贴+充电设施运营补贴”。

  目前国际上主要有五个充电桩标准,分别是:中国国标GB/T、CCS1美标(combo/Type1)、CCS2欧标(combo/Type 2)、日本标准CHAdeMO,同时特斯拉拥有自己独立的一套充电接口标准。

  全球范围内使用较为广泛的充电标准包括CCS 和CHAdeMo 两种标准,支持车型较多。其中,CCS充电模式将交流和直流接口合二为一,减少了接口数量,降低了充电器和车身零部件的制造成本,得到各大欧美车企的推动,具有较大市场潜力。全球范围内采用国标GB/T 20234标准的充电设施数量最多。 现阶段出口到中国的特斯拉车型采用了GB/T20234的交流和直流充电接口,出口到欧洲的特斯拉车型采用了CCS Combo 2接口,均可使用符合本地接口标准的充电桩。

  标准的差异既造成了后续全球充电接口不统一、通信协议不兼容的现状,也引出了目前迫切融合的需求。作为国际电动汽车技术和产业发展的重要推动力量,中国应积极参与国际标准的制定,引导全球充电标准的协调和统一,并在未来大功率充电、无线G等新型充电标准的制定中,发挥更大的作用。

  目前国内正在编制修订的两套充电标准:一个是2015充电国标升级版,一个ChaoJi充电标准。目前的直流充电系统普遍存在的共性问题是:尺寸过大;机械强度不够;没有考虑向后兼容等。这些问题在2015充电国标升级版和“Chaoji”技术标准中得到了改善设计:2015充电国标升级版改进了很多过去存在的遗留问题,对公差尺寸做了严格要求、增加了锁止装置结构、车端增加电子锁、提高额定电压至1500V,电流在主动冷却下最高提升至800A,增加车桩的物理开关,解决PE断针问题,可实现远程唤醒等,还删除了车辆密封圈的要求,排水口由可选变为必选等修改。但由于还处在征求意见当中,在发布之前可能还会有略微调整。 ChaoJi标准在2015国标的基础上,吸取了全球四大主流接口的经验,在结构设计、机械强度、充电安全性、兼容性、大功率充电、后续新功能扩展能力等方面都要优于2015国标。另外,ChaoJi标准接口通过转接头以及专门设计的导引电路等系统控制策略,可以兼容适配GB/T2015、日本CHAdeMO、美国CCS1、欧洲CCS2四大充电系统。

  汽车充电桩产业链上游为建设及运营充电桩所需要的元器件和设备生产商;中游为充电运营商;产业链下游各类充电场景参与者为各类电动汽车用户,包括新能源汽车整车企业和个人消费。其中设备零部件生产商(装备端)和充电桩运营商(运营端)是充电桩产业链最主要的环节。 充电桩元器件厂商众多,格局分散,企业之间充分竞争。部分中游充电桩运营商企业开始整合产业链,开拓上游业务,自产充电设备再进行后续运营,如中游企业龙头特锐德。2020年充电桩纳入国家“新基建”之一,为上游行业注入一定活水,部分上游企业开始布局充电桩业务,如许继电气开始研发充电桩整机产品。

  充电桩的分类方法多种多样,按照不同的充电技术分类,充电桩可分为直流充电,交流充电,无线充电等,当前主流充电模式为交流充电和直流充电。

  交流充电桩是固定安装在电动汽车外与电网连接,为电动汽车车载充电机(即固定安装在电动汽车上的充电机)提供交流电源的供电装置。交流充电桩只提供电力输出,没有充电功能,需连接车载充电机为电动汽车充电。相当于只是起了一个控制电源的作用的。交流充电的特点为充电功率小、充电时间长,但充电设备成本低。

  交流充电桩结构简单,主要有控制主板、电能输入输出回路、充电连接器、人机交互单元等部件组成。最核心的是主板,主板占成本接近30%,其次为枪线及壳体,成本占比也分别为30%左右。以盛弘股份7KW交流桩为例,其输入电压为AC220V±20%,额定输出电压为AC220V,额定输出功率为7KW,额定输出电流为32A,主板除了计量电能还提供输入过欠压保护、输入过电流保护、防浪涌保护、输出短路保护、过温保护、防反灌保护、电池主动保护、紧急停机等保护功能。

  市场格局方面,目前以家庭私有桩为主的交流充电桩主要玩家为挚达科技、星星充电、科大智能、循道等企业。根据中国充电产业联盟的统计数据,到2021年底,全国私人充电桩145万根,根据挚达科技2021年公布数据,其私人充电桩出货35万根,数量占有率24%,全国第一;全国充电服务覆盖最广的家庭/社区充电服务提供商,服务城市超过350个。

  直流充电桩基本构成包括:功率单元、控制单元、计量单元、充电接口、供电接口及人机交互界面等。功率单元是指直流充电模块,控制单元是指充电桩控制器。除以上核心部件外,一个直流充电桩还有其他的一些重要小部件,如钣金件、熔断器、继电器和防雷装置等。直流充电桩本身作为一种系统集成产品,除了“直流充电模块”和“充电桩控制器”这两个组件构成了技术核心之外,结构设计也是整桩可靠性设计的关键点之一。

  直流充电桩输入电压为380V,功率通常在60KW以上,充满电状态仅需要20-150分钟。直流充电桩适合对充电时间要求较高的场景,如出租车、公交车、物流车等运营车充电站,以及乘用车公共充电桩。 单个的充电模块(一般为15kW,最新技术能做到40KW)不能满足功率要求,需要多个充电模块并联在一起工作,需要有CAN总线来实现多个模块的均流,实现大功率大电流充电。盛弘股份直流一体机充电功率能做到240KW,输出电压范围在200V-750V,输出电流最大能到720A。

  交流充电桩需要借助车载充电机来充电,直流快速充电桩不需要这个设备。二者在充电速度上差别较大,一辆纯电动汽车(普通电池容量)完全放电后通过交流充电桩充满需要8个小时,而通过直流快速充电桩仅需要20到150分钟。交流充电桩给电动汽车的充电机提供电力输入,由于车载充电机的功率并不大,所以不能实现快速充电。直流快速充电桩是固定安装在电动汽车外、与交流电网连接,可以为非车载电动汽车的动力电池提供直流电源的供电装置,直流充电桩可以提供足够的功率,输出的电压和电流调整范围大,可以实现快充的要求。

  充电模块的性能不仅直接影响充电桩整体性能,也关联着充电安全问题。同时,充电模块占整个充电桩整机成本的一半以上,也是充电桩的关键技术核心之一。随着近年来电动汽车电池容量的提升,充电倍率的提升,充电模块市场发展趋势逐渐向大功率发展。目前,我国充电模块已历经三代发展,从第一代7.5kW到第二代15/20kW,现在正处于第二代到第三代30/40kW的转换期,国内厂商英飞源、永联、优优绿能和电王快充等企业已具备批量生产使用40kW充电模块能力,大功率充电模块已然成为市场主流。当前国内市场,20kW模块占据市场容量比例约为60%左右,其余容量大比例由30kW占据,及部分40kW模块。

  目前市场上充电模块主流的PFC拓扑方式:三相三线制三电平VIENNA,英可瑞,英飞源,艾默生,麦格米特,盛弘,通合等均采用此拓扑结构。

  目前市场上主流充电模块厂家为深圳的英可瑞、华为、英飞源、深圳维谛技术(艾默生)、优优绿能、盛弘、科士达、中恒电气、通合电子、奥特迅,英耐杰等。

  IGBT功率开关是充电模块的关键组成部分,是在充电过程中起着电力转换与传输作用的核心器件,占据充电模块成本的20%以上,目前对IGBT的进口依赖度较高。中国本土IGBT模块生产龙头仅有斯达半导一家,而IGBT器件本土厂商有士兰微、新洁能、比亚迪、中车时代等,国内IGBT产业集中度较高。

  充电桩建设的主要成本是充电桩硬件设备的成本,占比90%以上。其中充电模块是充电桩的核心设备和主要成本来源,占新能源汽车充电桩硬件成本的45%-55%。

  充电设备端的技术门槛相对较低,产品标准化程度较高,供应商数量多,因此市场竞争较充分。由于设备门槛低,充电桩整机制造商与元器件生产商、中下游的建造运营商有部分重合。比如特锐德虽主要负责充电桩的运营,但也进行充电设备元器件的生产,普天新能源和特斯拉的业务也兼顾了充电桩的整机制造和运营。

  目前主流商业模式包括运营商主导模式、车企主导模式、第三方充电服务平台主导模式三种。运营商主导模式为现阶段市场主要运营模式,但该模式收入来源较为单一,当前由少量头部运营商主导这一模式下的充电桩市场。车企主导模式主要适用于较为成熟的电动汽车企业当中,用于给车主提供更优质的充电体验,该种模式对资金和用户数量有较高要求,主要有车企自建桩与合作建桩两种建设方案。在第三方充电服务平台主导模式下,充电平台一般不直接参与充电桩的投资建设,通过自身资源整合能力将各大运营商的充电桩接入自家SaaS平台,以智能管理为依托提供商业价值,多为轻资产运营。

  目前充电桩运营商的盈利主要来源于服务费、电力差价和增值服务,其中收取充电电费和服务费是大部分运营商的最基本盈利方式,但由于充电桩前期投入成本高、投资回收期长、充电桩使用效率低,所以市面上的充电桩运营企业大部分处于亏损状态。增值服务包括利用广告等方式开展充电桩保险服务,提供交通工具租赁、维修等服务,但盈利程度一般。因此充电桩运营商开始寻求充电业务以外的盈利方式,拓展其他增值服务以增加客户黏性和提高单客户价值量。

  充电站投资方面,具备一定规模的充电站,投资包含四个模块,即变电和配电系统、充电系统、充电站监控系统及基建系统。假设整个充电站有1000KW的容量,按照充电站单桩建设成本1.1元/W计算,加上变电设施、铺设专用电缆以及新建监控系统等(暂且不包括建设用地成本),一个充电站的成本超过100万元人民币。目前公交专用充电站投资回报周期较短,在3年左右,公共充电站投资回报周期在3-5年。

  从充电站成本结构来看,充电站占比超过50%。据统计,充电站成本大头主要是充电桩51.22%、变压器9.76%、APF有源滤波7.32%、无功补偿7.32%,四个组件共占比75.62%,其余组件成本占比均在5%以下。

  从充电桩保有格局来看,我国私人充电桩数量略多于公共充电桩。据中国电动汽车充电基础设施促进联盟统计,截至2022年9月,联盟内成员单位总计上报公共类充电桩保有量163.6万台,占比36%;私有桩保有量285.2万台,占比64%。对公共充电桩来说,直流充电桩和交流充电桩两大类型占比结构较为稳定。其中交流充电桩93.1万台,直流充电桩70.4万台,占比分别为68.2%和31.8%。

  公共充电桩运营商集中度较高。截止到2022年9月,全国充电运营企业所运营充电桩数量TOP15占总量的92.9%,其中特来电市场份额19.32%,星星充电市场份额19.06%,云快充市场份额13.32%,TOP3市场份额合计51.7%,头部聚集效应明显。

  在充电量方面,2022年1-9月,全国公共类充电设施充电量达151.3亿度,其中特来电充电量43.2亿度,市场份额29%,星星充电充电量32.4亿度,市场份额21%,云快充充电量15.9亿度,市场份额10%,TOP3市场份额合计60%。

  随着我国新能源汽车行业高速发展,电动汽车销售量与保有量迅速增长,充电需求快速增长,同时充电桩产业支撑政策不断推出,政府补贴从补车转向补桩,从建设补贴拓展到运营补贴,推动新能源充电桩行业加速发展。 截止到2022年9月底,我国充电桩保有量已从2015年的6.6万台上涨到448.8万台,8年来扩张了68倍。其中,公共充电桩保有量已达163.6万台,占比36%,私人充电桩保有量上升至285.2万台,占比64%,私人充电桩保持更快增长。在区域分布看,目前我国公共充电基础设施主要集中在广东、江苏、上海、浙江、北京等东部沿海地区。

  根据国家有关规划和预测,到2025年,全国新能源汽车新车保有量将超过4000万辆。政策要求适度超前建设充电桩,充电桩建设支持力度将提升,参考历年车桩比值,我们预计2022-2025年车桩比将由3:1左右提升至2.5:1,预计到2025年充电桩保有量将达到1654万台(包含公共桩及私人桩),其中公共桩保有量将达到661.44万台,私人桩保有量将达到992万台。 根据中国充电联盟公布数据,直流充电桩普遍充电功率≥60kW。依照当前直流充电模块单价0.37元/W,根据2015年至2021年直流充电模块价格走势,拟合出2023年至2025年间每瓦价格均价大约在0.35元/W,2025年至2030年间每瓦价格均价大约在0.30元/W。

  直流充电桩(以60kW为例)设备单价为4.4万元,根据直流充电模块价格走势,预计,2023-2025年,60kW直流充电桩设备单价将降到为4.2万元;交流充电桩,其设备单价为在1000-3000元之间,其中车厂随车配送充电桩单价较低在1000元左右,设备厂商2C销售的交流桩单价较高在2000-3000元之间,私人交流充电桩平均单价取1500元,公共交流桩平均单价3000元。根据车桩增量以及充电桩单价测算,预计2023年至2025年之间,公用充电桩市场空间为1536.3亿元,私用充电桩市场空间为126.7亿元。

  假设未来电动车百公里电耗平均值为12kwh,平均每辆车每年行驶1.5万公里,即每辆车每年耗电量约为1800度电。2021年新能源汽车保有量达到784万辆,一年的用电量将近140亿度。预计到2025年新能源汽车保有量达到4000万辆,一年的用电量将达到720亿度;到2030年新能源汽车保有量达到1亿辆,一年的用电量将达到1800亿度。电动汽车充电价格基本由“电费+服务费”组成,假设30%的电量通过公用桩完成,70%的电量通过私人充电桩完成,公用桩平均电费为0.7元,服务费为0.4—0.8元,私人充电桩电费为0.5元。

  2021年估算我国新能源汽车充电电费市场规模约为141.3亿元,服务费市场规模约为17—34亿元。假设电价不发生巨大变化,到2025年市场规模将会扩大3倍,电费+服务市场规模将突破460亿;到2030年市场规模将会扩大10倍,电费+服务市场规模将突破千亿。

  随着整车带电量和续航里程提升,充电便利性成为制约提升电动车使用体验的一大因素。当前直流充电桩功率较小,25%充电功率在60kW,120kW和150kW的充电桩则占据着30%和32%的份额,仅5%的单枪功率超过150kW。 要使电动汽车充电体验跟加油速度相近,12分钟内对100kWh的电池实现30~80%的充电,至少需要250kW的功率;6分钟充满电充电功率至少得达到480kW。从技术实现方式来看,大功率的超快充有两条技术路线实现: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,保时捷、现代、比亚迪、长城等主机厂商纷纷为未来储备,推出相应快充技术配套设施。

  目前电动汽车电池电压在400V上下,若使用现存标准的充电桩,电池容量在80-100kWh的BEV在400V架构下充电30%-80%,只能支持最大1C左右的充电倍率,而在800V架构下可支持2C以上的充电倍率。若2021年后采用Chaoji充电桩,最大输出电流500A,满足高端车型4C充电需求,电压也应大于800V。如果汽车制造商配套800V高压电池,单位时间内的充电量将是之前的3倍、4倍,从而将充电时间至少缩短为原有的25%,实现7.5分钟充满30%-80%的电。

  国内车企多采用高压方案实现快充,直流快充多以400V平台车型为主,为了实现超级快充,各车企纷纷推出800V平台车型。800V成为高压快充阶段性行业标准,后续将向上演进到1000-1500V。鉴于800V高压平台可有效解决补能焦虑,目前国内大部分整车厂已进行了相关布局。2021年比亚迪、吉利、长城、小鹏、零跑等相继发布了800V高压技术的布局规划,理想、蔚来等车企也在积极筹备相关技术。从量产时间看,各大车企基于800V高压技术方案的新车将在2022年之后陆续上市。

  当前超级充电桩落地难点主要有三个方面,大功率超充带来热管理问题,电池性能的适配,电网对超充的承受能力。 大功率超充要求电缆能够承受400-600A大电流,需要快速散热,研发难点在于热管理平衡。在超级快充需求推动下,各企业纷纷投入液冷超充研究,永贵电器在液冷超充技术上具备先发优势,其液冷超充枪已率先实现商业化量产,客户包括吉利、华为、理想等。此外,国内开发出液冷超充技术的企业包括中航光电、沃尔核材、日丰股份、巴斯巴等,国外企业主要包括菲尼克斯、灏讯、特斯拉等,永贵电器处于行业领先地位。

  电池性能的适配方面,宁德时代发布第三代CTP技术“麒麟电池”可满足高压快充,支持4C充电,系统集成度创全球新高,体积利用率突破72%,能量密度可达255Wh/kg,可实现整车1000公里续航,将于2023年量产上市,预计2023年适配高压快充的车型将越来越多,汽车硬件方面对高压快充将没有制约。

  电网对大规模的超充承载能力不足,现阶段超充只能作为应急辅助的充电方式。以深圳电网为例:根据公开信息,2020年,深圳电网的负载功率平均为1600万KW,夏季高峰时段最高可达2000万KW。目前一个直流快充的功率等级为120KW,假设15万台电动车同时充电,负载总功率合计为1800万KW,将大于深圳现有的全部负载总和,这导致电网需要扩容一倍才可能容纳15万台车。根据公开数据,预计2025年深圳电动车保有量有可能增至200万台,电网的容量远不足以承担这样的负载。 快充/超充+储能的模式有助于减小对电网的压力。双向直流快充带有储能结构,其既可以实现电网给电池组充电,还可以实现电池组向电网放电,因此能有效降低对电网的冲击,增加现有电网的接纳能力。同时,还可以挣取峰谷电价收益,实现光伏屋顶等系统的接入,优势明显。

  光储充一体化充电站的核心由三部分组成——光伏发电、储能电池和充电桩。这三部分组成一个微网,利用光伏发电,将电量存储在储能电池中,当需要时,储能电池将电量供给充电桩使用,通过光储充系统,太阳能这种清洁能源就被转移到汽车的动力电池中,供车辆行驶使用。

  2020年11月2日,国务院办公厅印发《新能源汽车产业发展规划(2021-2035年)》,其中明确提出鼓励“光储充放”多功能综合一体站的建设。在此之前,国内已经建设了多座光储充一体化充电站,江苏、海南、上海、北京、山东等地的光储充充电桩都已投入运营。但由于成本和运营等问题,多为“示范运营”,未进行大面积推广。

  考虑光伏发电的波动及间歇特性,光储充一体电站需匹配适当容量的储能系统(包括储能变流器和电池系统),最大限度利用分布式光伏发电,实现向绿能倾斜并降低从电网购电的费用;光储充一体电站根据实时电价,制定动态储能控制计划,利用储能系统在夜间电价低谷时段进行储能,并在充电高峰期间通过储能电站与电网协同供电,利用峰谷价差实现电站收入最大化。相关电池厂商,充电运营商,充电设备厂商均在积极布局光储充领域。

  V2G,实现电动车和电网之间的互动,电动车在电网负荷低时,吸纳电能,在电网负荷高时释放电能,赚取差价收益。通过V2G充电桩,电动汽车由单一充电拓展到以充放电两种形态参与电网实时调控和调峰辅助服务。

  V2G技术还处于示范运行阶段。今年4月,国家电网有限公司华北分部在国内首次将车网互动(V2G)充电桩资源正式纳入华北电力调峰辅助服务市场并正式结算。预计2026年之后V2G技术才会逐步商业化推广。

  V2G的经济性,现在电动车续航力能达到800公里,一天可能就使用100公里,有相当一部分电可以卖出来,电池寿命8000次充放电循环,残值相当于有5000次(能用10年以上),一天卖50度电,波峰波谷电价差1块钱,按照每天搬运50块钱计算,5000次能有25万收益,超过汽车价值。

  当前共享私桩并未真正发展起来。从共享私桩占私人随车桩的比重来看,仅有约6%左右的私桩参与共享,私桩共享的参与度还比较低。相关部门也在积极协调推进私人充电桩的建设,北京市城市管理委员会发布的《关于加强居住区电动汽车充电设施建设和管理的意见(征求意见稿)》提出,鼓励充电设施企业、电动汽车企业、第三方平台企业等单位与自用充电桩产权人达成协议,实现自用充电桩共享利用,提高资源利用率。共享私桩模式发展的两大基础是用户基数和硬件入口。在新能源汽车保有量不断提升的背景下,私人桩安装量不断提升。在共享经济浪潮下,“私桩共享”作为新型充电的商业模式,将凭借提高充电效率、降低生产成本、错峰充电缓解电容压力等优势成为充电基础设施多方共赢的解决方案。目前私桩共享模式还存在诸多缺点和问题,包括定价机制不完善、设备损坏难以归责等。

  目前仅有少数企业布局了私桩共享业务,头部充电运营商特来电、星星充电和云快充三家桩企均有运营共享私桩。此外,以广汽埃安为例的车企也通过建立汽车品牌私桩共享平台,开启了共享私桩建设布局。

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