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行业新闻

新基建下对充电桩建设形势展望

截止2020年4月,公共充电桩保有量已经已超过54万台。我国充电市场规模已经遥遥领先于世界其他国家和地区。

一、国内充电基础设施政策分析

为加快国内充电基础设施的推广建设,规范行业健康发展,更好支持新能源汽车推广,相关部门逐步出台了一系列政策。

表1  涉及电动汽车充电设施政策汇总

为加强规划指导,《电动汽车充电基础设施发展指南(2015~2020年)》提出我国充电基础设施发展的目标,到2020年新增集中式充换电站超过1.2万座,分散式充电桩超过480万个,以满足全国500万辆电动汽车充电需求。并将全国分为加快发展地区、示范推广地区、积极促进地区三个区域,明确分区域建设目标。并要求“新建住宅配建停车位应100%建设充电基础设施或预留建设安装条件,大型公共建筑物配建停车场、社会公共停车场建设充电基础设施或预留建设安装条件的车位比例不低于10%,每2000辆电动汽车应至少配套建设一座公共充电站”。

由此可见,制定政策的整体预期是电动汽车与充电桩的比值达到1:1,同时有一定数量的集中充换电站来完善充电服务。

图1  “十三五”期间全国充电基础设施分区域建设目标

电动汽车从结构区分,主要可分为纯电动汽车和混合动力汽车两类,其中,纯电动汽车(非换电模式)对充电桩的依赖度较高,其整个生命周期主要通过充电桩来完成能源补给;相较而言,混合动力汽车对于充电桩的依赖度偏低,混合动力汽车又可分为插电式混合动力汽车(PHEV)和非插电式混合动力汽车(MHEV),其中MHEV完全不通过充电桩来进行能源补给,而PHEV也只有少数情况下通过充电桩来进行能源补给。从技术原理上分析,可以发现并不是所有的电动汽车都需要充电桩来服务。

电动汽车从车型区分,可分为商用车和乘用车,各自的充电场景有别。商用车中,纯电动商用车占绝对主导地位,主要可以分为纯电动公交车、纯电动客车、纯电动货车、纯电动环卫车等。商用车使用频率普遍较高,对充电桩有更强烈的需求,主要通过公用类充电桩和专用类充电桩完成能量补给。乘用车存在个人自用和商业运营两种情况,其中,个人自用乘用车由于使用强度不高,且普遍有较固定的行程,如能随车配建私人充电桩,基本上可以通过较低充电功率的私人充电桩完成日常充电,并通过公用类充电桩完成应急补电;用于商业运营的乘用车,由于使用强度较高,行程不固定,虽然随车配建私人充电桩可以每日对车辆进行一定程度的能量补给,但是其对公用类或专用类充电桩的需求依然强烈。乘用车中,纯电动乘用车占比较高超过80%,这其中又有较大比例作为共享汽车、网约车电动投入使用。

结合行业企业反馈,各类电动汽车对于公共充电桩(公共包含公用类和专用类)中的直流充电桩的需求情况不同。纯电动公交车、纯电动客车对直流充电桩需求比约为5:1,纯电动物流车、纯电动环卫车对直流充电桩需求比约为7:1。新能源乘用车对直流充电桩需求比约为20:1。由于交流充电桩充电功率普遍较低,充电速率较慢,预测未来公共交流充电桩主要布局在商超停车场、居民区停车场以及各种分散式停车场,同时也会与直流充电桩进行搭配建设。公共交流充电桩主要以辅助身份与直流充电桩共同搭建公共充电网络。从近一年的公共充电桩中交流、直流充电桩月保有量和月增量分析可以发现,其比值为6:4,预期未来较长一段时间都会维持在这个比值。而私人充电桩也难以实现电动汽车与充电桩的比值达到1:1。

综上分析,未来电动汽车与充电桩的比值将不会维持为1:1。

二、我国充电桩发展现状

1.近五年整体发展情况

2015~2019年,我国公共充电桩保有量持续增长。2019年底我国公共充电桩保有量达到51.6万台,是2015年底的近九倍。截止2020年4月,公共充电桩保有量已经已超过54万台。我国充电市场规模已经遥遥领先于世界其他国家和地区。

2016、2017年新增公共充电桩数量保持在9.1万台左右。2018年增量有较大幅度提升,增加14.73万台,2019年有所放缓,公共充电桩新增12.89万台。放缓直接原因是新能源汽车销售数据低于预期,主要原因是充电桩利用率长期维持在较低水平,一定程度上降低了运营企业的积极性。

图2  2015~2019年新能源汽车总销量与公共充电桩保有量比值变化

图3  2015~2019年新能源汽车增量与公共充电桩增量比值变化

2015~2019年新能源汽车总销量与公共充电桩保有量比值维持在8上下,2016年后比值缓慢上升。2016年新能源汽车增量与公共充电桩增量的比值为5.55。2017年、2018年维持在8.5,进入2019年上升到9.36。随着充电市场的日趋成熟,运营企业已经摒弃了跑马圈地式运营,开始采取按需发展,适当先行的策略,车桩增量比值在增大。

2.公共充电桩地域分布现状

我国东北地区、华东地区、华北地区、华中地区、华南地区、西南地区和西北地区公共交、直流充电桩数量分布(见图4)。

图4  各区域公共交、直流充电桩数量分布图

华东地区不管从公共交流桩、公共直流桩还是公共充电桩总量看都是七大区域之首,公共交流桩占比稍高;其次是华北地区和华南地区,华中地区和西南地区也有一定数量的公共交流桩和公共直流桩。西北地区由于人口稀疏和汽车保有量较低,导致其公共交流桩和公共直流桩数量都较少;东北地区主要由于过低的温度不利于电动汽车的推广,从而导致此地区公共交流桩和公共直流桩的数量都排名垫底。

华东地区分布着将近一半的公共充电桩,总量超过24万台,华北地区、华南地区分别占比21%、13%,数量11.4万和7.2万,这三个地区公共充电桩数量达到43万,占比接近80%。华中地区、西南地区分别有4.6万和3.4万。西北地区、东北地区占比仅为4%和2%。

3.各充电运营企业规模及市场占有率情况

截至2020年3月,全国规模充电运营企业(运营超过1000台)24家,共运营公共充电桩538554台,占比99.42%。

图5  规模充电运营企业-运营充电桩数量

全国前十名充电运营企业共运营497760台,占比91.89%。特来电、星星充电和国家电网这三家运营企业处于第一梯队,共运营充电桩371732台,占比达68.63%。头部运营企业处于绝对市场主导地位,是新能源车主充电的主要服务商,但也可以看出目前我国充电运营行业还处在百花齐放的阶段,初具规模的运营企业数量繁多,需高度关注充电运营企业间的互联互通,提高充电行业的整体服务水平。

三、新基建下充电桩建设形势思考及建议

1.充电桩发展存在的问题

电动汽车充电基础设施行业经过多年的发展,很多问题都得到了不同程度的解决,然而目前仍存在一些问题。

从近几年各区域充电桩发展情况看,加快发展地区、示范推广地区和积极促进地区间差异明显。三个地区规划建设目标占比分别为加快发展地区52.08%、示范推广地区45.83%、积极促进地区2.08%。而根据2020年4月中国充电联盟所统计的数据,加快发展地区75.33%、示范推广地区22.82%、积极促进地区1.24%。涵盖了东部沿海省份的加快发展地区分布着更多的充电桩,示范推广地区和积极促进地区这些省份的充电桩建设数量更少,数量不仅远低于目标建成数量,占比也远低于目标占比。充电桩运营企业布局公共充电桩的积极性,主要由当地保有的电动汽车对充电桩的需求而定,这也是导致三个地区间公共充电桩数量差异的主要原因。

在对不同类型电动汽车车主建设私人充电桩意愿收集后发现,相较于纯电动汽车车主来看,混合动力汽车车主对于建设私人充电桩的意愿不是很高。此外,充电桩未能全部顺利充电、充电桩利用率较低、私人车主难以随车配建充电桩比例较大也是主要问题。

2.基于新基建对充电桩发展的思考

(1)高可靠性、长寿命是新基建下对于充电桩的基本性能要求

传统基建“铁公基”中的房建、公路、铁路、机场、港口、水利等基础设施工程设计寿命通常为50年,由于设计使用寿命较长,在适度超前建设部署的前提下,可以满足后期延迟到来的经济发展需求。而对于充电基础设施,当前充电桩产品的设计寿命通常在10~15年左右,质保年限通常为1年,与传统基础设施50年的设计寿命相差甚远,难以满足新基建形势下对于基础设施超前部署的高可靠性、长寿命的刚性需求。

充电桩的使用寿命与多个因素相关,既与产品本身的整体设计、物料选型密切相关;又与产品的使用环境、操作规范密切相关。充电桩系统设计需要满足不同阶段、不同车型充电对于功率大小的需求。在产品设计方面需要具备高度的灵活性,当前布局阶段单桩配置功率不宜过高,后期扩容阶段通过简易措施便可提升单桩容量。

(2)电网协同、双向化是智能电网对于充电桩的调度功能要求

智能电网概念自提出以来,在不同国家得到了发展和应用。我国通过多个示范项目开展了相关技术研究和工程示范。在配用电领域,智能化终端设备和智能仪表是实现智能电网的基础关键设备。充电桩作为配用电领域的核心设备之一,必须通过信息技术、传感器技术、自动控制技术实现与电网的有机融合及协同,使充电桩具备可调度能力,并能与电网实现双向互动,紧急情况下为电网提供功率支撑。

(3)充储结合、柔性化是智能电网对于充电桩的技术弹性要求

在城市配电网中,随着充电负荷的急剧增加,电网峰谷差日益加大。如果完全采用配电网增容方式去解决,则会面临着投资风险大和设备利用率低的棘手问题。即使采用有序充电技术,也受制于用户使用习惯、价格弹性系数、时间窗口等多因素限制而难以达到最佳效果。为了延缓设备增容,可以利用储能系统与充电桩相结合,提升充电设施的弹性,降低对电网的峰值功率需求,实现充电桩的柔性接入电网。

(4)无感充电、人性化是充电用户对于充电桩的互动体验要求

与传统电气设备、加油枪不同,充电桩作为新能源汽车时代用户频繁自主操作的一种电气设备,既要充分考虑其安全可靠性,又要在智能化时代下建立与用户的体验关系。国内当前应用的充电桩系列产品,多为传统工业时代的产品设计思路,对于用户体验考虑不足,普遍存在操作复杂、信息不直观、交互体验不好等问题,不能满足未来场景用户高频次交互的体验需求。

在未来的场景中,无论是集中式充电场站还是分散式充电设施,充电桩均会成为一个高频次操作的电气设备,需要更新设计观念,实现无感充电,提升充电设施的人性化特质。

3.对充电桩未来发展的建议

新基建给充电桩行业发展带来了良好的战略机遇,紧抓历史机遇,引领行业变革,推动产业进步,必将促进中国充电桩产业实现跨越式发展。结合行业发展现状及所遇到的问题,提出以下建议:

(1)将充电桩的安全性放在第一要务,只有将安全风险控制到最低,才能更好促进行业长久发展。

(2)全行业需明确充电桩是为电动汽车服务的基础设施,需加强车企与桩企间的技术交流,增加车桩充电匹配性测试,不断优化车主充电体验,加深充电过程中车桩的数据交互,同时促进双方在汽车销售后市场合作。

(3)充电运营商应更多关注公共充电桩的整体性能,提高充电服务整体水平。运营商应加强彼此间的互联互通,解决找桩难、充电体验差和充电桩利用率不高并存的问题。

(4)推进产业标准化,尤其是充电桩产品的标准化,收集行业各方意见,尤其是要高度关注车企的意见。

(5)重点关注小区内充电桩的建设问题,相关方要通过多种途径共同推动小区内充电桩的建设工作。提倡私桩共享,促进小区内电容的有序调配。(来源:能源研究俱乐部  作者:仝宗旗

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