新能源：换电专题报告.docx

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1、新能源：换电专题报告什么是换电站换电模式优势显著，未来发展初具蓝图电动车补能新场景，换电站蓝海待开拓。换电模式，指通过集中型充电站对大量电池集中存储、充电、统一配送，并在换电站内对电动汽车进行电池更换服务。按照地点的不同，可分为充换电模式与集中充电统一配送模式，充换电模式是当前市场普遍采用的方式，即由换电站同时负责电池充电和电池更换；按照换电方式的不同，可分为底盘换电、侧方换电、分箱换电等。随着换电技术不断成熟，底盘换电的电池性能、换电流程及换电时长优势更为突出，或成为市场主流模式。换电模式优势显著，未来发展蓝图初具。1）换电对于补能时长的缩短作用尤为显著，相较充电模式最高可节约10小时左右；

2、2）换电对电池损伤较小，电池寿命相对较长；3）可通过车电分离模式降低用户购车成本；4）对电网负荷压力较小，且可通过V2G方案形成强大的削峰填谷能力。V2G利用电动汽车的电池作为电网和可再生能源的缓冲，车辆亏电时由电网补给能量，电网短时缺口时由电力富余的电动汽车主动向电网补能。中国汽车工程学会预计，2030年中国电动汽车全年用电需求将达7454亿千瓦时,占社会总需求的6-7%;充电功率1.94亿千瓦时，占电网负荷的1112%,可形成强大的调峰调频能力。顶层设计推动换电发展，政策补贴力度较强。1）从规划上看，近年国家政策逐渐倾向换电模式，自2019年起，国家相关机构相继发布多项政策鼓励开展换电模式

3、应用。具体来看，各省市十四五期间着力发展换电行业，其中江苏、四川等省规划建设数量领先，计划十四五期间建设换电站分别超500座。2）从补贴上看，换电站补贴计划分为建设补贴与运营补贴两种。从建设补贴来看，换电站补贴额度大多在150400元/千瓦，其中乘用车换电站单站补贴金额在50万75万元，中重型换电站单站补贴金额在50-100万元。从运营补贴来看，其按照实际充电量给予0.10.2元/千瓦时的补贴奖励。此外，北京市补贴力度领跑全国，在建设与运营补贴之外，按年度考核结果分段给予额外补贴，有效激励换电站长期可持续经营。换电与充电并非对立面，并不存在互斥关系首先明确换电与充电并不冲突，而是平行的补能方案

4、。市场常会对换电产业抱有担忧，未来伴随超高压快充及固态电池等新技术的发展，换电站行业是否仅是当下产业过渡方案？我们认为长期来看换电将与充电并行，甚至渗透率或有可能超越充电。即便不考虑当下极速快充（XFC）及新型电池技术所面临的技术难点（电网负荷、峰值功率难维持等）,即便实现了所谓的10分钟满电，也仅达到了当下换电站30-40%的补能速率（据飞凡汽车和蔚来汽车公告，换电时间约2-4分钟）。再叠加换电站实际建设成本低于超高压快充站，并且换电站可以实现电价套利、车电分离（有利减轻购车端成本压力）、灵活租用、单位占地面积下服务能力更强等特点，我们认为最悲观预期下换电至少为与超高压快充平行的补能方案。相

5、较换电站，充电站服务效率较低，车桩比严重不足公共充电站基础设施建设不足，增速显著落后于新能源汽车增速，车桩比仍处高位。根据公安部数据，截至2023年第二季度，我国新能源汽车保有量达1620万辆，呈高速增长状态。同时,我国公共充电基础设施累计数量达到215万台。假设所有新能源汽车都有在公共充电桩充电的需求，平均1座公共充电桩就需要服务7.54台新能源汽车。统计自2021年第四季度以来的车桩比可以发现，自2022年第二季度以来，车桩比持续上升，从6.55一路攀升到7.54o这导致充电设施抢位问题愈发严重，尤其高峰时期与节假So图1：21Q423Q2车桩比变化图现阶段离工信部2025年实现车桩比2:

6、1,2030年实现车桩比1:1（关于组织开展公告领域车辆全面电动化先行区试点工作的通知）的要求仍有不小差距。根据公安部数据，截至2022年年底，我国充电桩数量达到520万台（包括私人充电设施），车桩比达到2.52:Io充电桩数量需要达到655万台才能实现车桩比2:1,达到1310台才能实现车桩比1:1,对应在现有基础上分别增加135万台和790万台，仍然有非常大的差距。然而充电桩建设仍存在规划布局协同不足、盈利空间不足、进小区难等难点。当前充电桩的规划建设和新能源汽车的使用存在空间上和结构上的不匹配，一方面充电难的情况时有发生，另一方面充电桩利用率却较低；充电桩盈利空间不足，充电桩制造商难以开

7、展差异化竞争，充电桩建设成本受到地段位置的制约，获利空间有限；充电桩还存在进小区难”的痛点：小区的变压器容量有限、存在一定安全隐患、高功率充电桩加大电网负荷、加剧居民区用电三相不平衡等诸多问题。以一座中等规模小区举例，假设一座中等规模小区的变压器额定功率为1250kVA,6座支流快充200kW的充电桩同时充电就将导致变压器过载。考虑到居民还有日常用电的需求，小区内能承载的充电桩数量非常有限。以上建设难点制约了充电桩的大规模扩张，使得车桩比始终难以显著提高。新能源汽车单次充电时间长，用户排队时间久，服务效率低下。据中国电动汽车充电基础设施促进联盟及能链智电联合发布的2022中国电动汽车用户充电行

8、为白皮书显示，新能源汽车用户平均单次充电时长49.3分钟，日充电1.4次，意味着用户平均每天充电69分钟。这意味着大量的用户需要等待数个小时才能用上电，服务效率低。4月29日，百度地图发布五T段期首日服务区充电站排队大数据。数据显示，雅安市雅西高速石棉服务区（西昌方向）和台州市临海服务区（台州方向）充电排队等待时间最久，达到了2.7个小时。排队时间超过两个小时的服务区总共有六个。长时间的排队会浪费用户的时间，影响新能车渗透率的提高。充电理论峰值输出功率难以维持充电桩难以维持理论输出峰值。河南省计量科学研究院发现，以一台额定功率为60kW的新能源汽车为例，改变交流输入功率，随着交流输入功率增大，

9、转换能效会随着提高，但是都要小于理论输出功率，达不到100%。输出功率曲线不稳定，呈现出先缓慢上升后迅速下降的结果。以比亚迪汉EV为例，懂车帝通过实际测评发现，新能源汽车在充电过程中的输出功率会先缓慢上升接近HOkW;当电量达到50%时，输出功率会大幅度下降至22kW,直到电池充满。在整个充电过程中，峰值功率维持的时间不足充电时间的一半，导致新能车实际补能时间远超理论值。充电桩的输出功率达不到额定功率有以下几个方面的原因：1.电网不稳定会造成输出功率不稳定。由于电网负载不均匀和瞬间负荷变化，充电时可能会出现电网电压波动和电压瞬间波动的现象，这种现象会影响电动汽车的充电速度，也会在一定程度上损伤

10、电池。随着充电站的普及，电网负荷承压，电网负载波动加剧。2.电池过热会降彳氐输电功率。充电桩在给新能源汽车充电的过程中会产生大量的热量，电池的散热不好时，会提高电池的温度。当电池温度超过一定阈值时，就会降低输电功率，并给电池带来损害。3.新能源汽车在充电的时候会产生能量损耗。充电桩在给汽车充电时会给导线、电池等带来热损耗，这部分热损耗会使得充电桩的实际输出功率相较于理论值降低。4.充电桩的老化和损坏也会使得输出功率降低。充电桩的老化和损坏会使得无法以正常功率为新能源汽车供电，使得输出功率不及额定功率。图7：理论峰值输出功率难以维持示意图电池过热充电电网不稳定理论峰值输出功率难 以维持能量损耗充

11、电桩老化损坏电网负荷难以满足充电桩建设需求：大量充电站会对电网形成巨大的压力，现有电网容量难以满足充电桩建设需求。以上海市为例，截至2022年年底，上海市新能源汽车保有量已经达到94.5万辆。假设以直流快充200kW的功率规格计算,当上海市的新能源汽车同时充电时，输出功率可达到18900万kW0据上海电网预测，上海电网最高负荷约为3500万kW,需求与实际负荷差距为5.9倍。当上海市的新能源汽车同时以最低功率规格充电时，可以达到整个上海市电网最高负荷的540%o广西大学张晨宇利用数学模型对新能源汽车充电负荷对电网负荷的影响进行了更为精确的预测。团队以义乌市为研究对象，预测结果显示，电网负荷受充

12、电负荷因素的影响非常巨大，冬季负荷受充电影响最大，其峰值普遍在夜间。夏天受天气影响，用电负荷峰值在午间。电网负荷很大程度上受新能源汽车充电影响。现有电网负荷下，则更加难以支撑大规模超充站建设。目前极氮推出了支持800kW功率的超快充桩，是目前单枪峰值功率最高的充电桩。然而,一座1250kVA的变压器仅能承载1台800kW超充桩充电,一座2000kVA的变压器也只能承载2台800kW超充桩充电。当大规模使用超充桩时，会使得电网系统崩溃。因此，超充桩通常需要配合储能设备使用。换电站与充电站并不相斥，换电站正朝向补能站方式发展（换电+充电）。换电站与充电站成本大头无一例外都是配电测设备成本（占比超3

13、0%）,这种充换电一体站的模式可以在成本没有明显抬升的情况下在单位占地面积下提供更高的服务能力，蔚来三代换电站可搭配4-20根超冲桩。以电网负荷为630kva的标准充电条件为例，假设为10个车位的面积布局8根超冲桩与蔚来换电站+4根超冲桩的配置相比。采用8根超冲桩的充电站可以在满容量下充满8部80度电池的新能源车；而充换电一体站中的换电站按5分钟服务一台车可服务12车次,其中4根超冲桩可为4部车补能，总服务车辆为16辆。总结来看，充换电一体站可以在相同占比面积下达到超冲站效率的1.6-2倍以上的满负荷服务能力。换电站本身就是储能设备，而且充换电一体站拥有更低的成本。换电站具有储能性质。换电站可

14、以配合电网调峰，在用电波谷的时候给电池充电，在用电波峰的时候提供换电，可以有效调节电力平衡，降低电网压力。同时，充换电一体站可以通过共用变压器的方式降低成本。在白天充换电需求高峰的时候，提供充电和换电服务，此时变压器服务充电桩。当晚上充换电需求低谷的时候，给电池充电，此时变压器服务换电站。充换电一体站可以很好利用充电桩和换电站的特点，最大限度利用变压器，在不造成电网负荷压力的同时实现更低的成本。为何我们认为换电站被低估了换电方式所带来的益处远被低估当下换电模式的潜力并未被市场充分认知。市场当下对换电站的分析多聚焦于电网侧轻负担、用电侧省时间、运营端成本对比，除此之外我们还希望花一些篇幅剖析换电

15、站被低估的方面，我们总结了以下八点：1）单位占地面积下换电站服务能力更强；2）车电分离下降低购置成本，电池升级灵活性强；3）换电模式下电池灵活升级，真正解决补能焦虑；4）提升电池利用效率，优化退役电池统一管理；5）充电模式对电网要求高，换电模式对电网更加友好；6）当新能源车保有量达到现有小区充电桩无法负荷的时候,换电站就是必然路径，7）换电单站投资成本较高，但运维降本空间较大。换电站单位占地面积下服务能力更强换电在运营类乘用车和商用重卡车上都具有优势。公用营运车辆和商用车对营运成本敏感，而且具有高频、快速的补电需求，因此换电模式比充电模式更加适用。通过无人值守、智慧充电、电池标淮化、绿电交易、

16、移动电源等优化策略，重卡场景的换电站可以实现挖掘运营收益价值的最大化。相较于充电站，换电站在服务效率方面具有显著优势。换电站的换电流程主要分为五步。以蔚来第三代换电站为例，首先需要用户通过智能导航寻找到换电站，到站后识别车牌，通过后用户将汽车驶入换电站进行换电，换电完成后进行车辆自检，自检完毕之后即可驶出换电站结算订单。据蔚来公司官方数据显示，蔚来第三代换电站给新能源汽车换电仅需3分钟，整个流程仅需5分钟。同时,第三代换电站的电池储备数量达到了21块，可以短时间内服务多辆新能源汽车，有效解决了新能源汽车充电慢、充电难的问题，大幅度提升了服务效率。图5：换电站换电模式示意图换电站补能效率高，电池损耗小、空问占用少，无需担忧电池衰减。换电在补能效率上具有显著优势，目前最慢换电模式下换电时间低于五分钟，快于所有慢充、快充（以特斯拉Model3为例，在440V下需要36分钟充满电池）。