唐 川

(成都市規(guī)劃設(shè)計研究院，四川 成都 610094)

1 概述

目前全球均處于充換電設(shè)施建設(shè)運營的探索階段，所以對于發(fā)展充電模式還是換電模式一直存在爭論。已有不少國家、地區(qū)乃至不同的公司都在積極探索和實踐；同時一些學者也在進行相關(guān)研究并提出不同的觀點，但尚未有明確的定論，如雒煥強認為應(yīng)主要發(fā)展充電模式[3]，寇亮認為應(yīng)主要發(fā)展換電模式[4]。

充電模式和換電模式需要不同的技術(shù)支撐，不同的模式將對電動汽車使用、充換電設(shè)施體系、設(shè)施布局、建設(shè)運營與管理模式、配套的產(chǎn)業(yè)等產(chǎn)生重要影響，因此每個城市在建設(shè)電動汽車配套基礎(chǔ)設(shè)施時均需要考慮發(fā)展模式，以提升城市資源使用效率、在時間和空間上節(jié)約社會成本。因此論文將從便捷性、技術(shù)統(tǒng)一性、建設(shè)與運用適宜性、用戶便捷性以及案例實證來對兩種模式進行多緯度的對比分析，以為國內(nèi)各城市電動汽車充換電基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃建設(shè)提供借鑒。

2 現(xiàn)階段充電模式相比換電模式更具優(yōu)勢

2.1 便捷性

時間上，換電模式目前具有領(lǐng)先性，但隨著技術(shù)的發(fā)展，兩者的差距在逐漸縮小。采用換電模式通常需要0.5 min～3 min，花費時間較短，用戶體驗與內(nèi)燃機車加油相近。充電模式主要通過充電樁對汽車進行充電，可采用慢充方式和快充方式。慢充一般需6 h～8 h；采用快充方式，約30 min可充至80%；若采用超級快充技術(shù)，可在5 min內(nèi)充滿70%的電量。

空間上，充電模式具有更多的靈活性。理論上，只要有車位的地方，均可安裝充電樁對車輛進行充電：如住宅、工作地點、休閑娛樂場所、購物中心、公共充電站等，人們可根據(jù)自己的出行安排靈活選擇。而換電模式一般需要電動汽車到相關(guān)站點進行，換電地點的選擇與加油加氣站類似。

2.2 技術(shù)標準統(tǒng)一性

任一模式均需要相應(yīng)的技術(shù)支撐，其推廣與普遍運用的前提是統(tǒng)一的技術(shù)標準。

我國從2006年提出研究充電技術(shù)標準到2015年發(fā)布《電動車充電接口和通信協(xié)議》共歷時10年，而換電涉及的標準尚待統(tǒng)一。換電標準的不統(tǒng)一會對采用不同電池標準的車輛共用電池造成影響，使得換電站的建設(shè)成本上升。參考充電技術(shù)標準統(tǒng)一時間，排除其他因素影響，換電技術(shù)標準統(tǒng)一時間大約需要10年。換電模式標準的統(tǒng)一將對我國汽車產(chǎn)業(yè)整車設(shè)計、裝備、制造提出更高的要求，若同時考慮充電模式的競爭，換電技術(shù)標準統(tǒng)一的時間將會更長,見圖1。

2.3 建設(shè)與運營的市場適宜性

不同的模式需要匹配不同的投資建設(shè)、運營與管理模式，并具備不同的基礎(chǔ)條件。

充電模式主要通過充電樁實現(xiàn)。充電樁設(shè)置靈活，占用空間小，有停車位的地方均可安裝。充電樁可以通過購買或租賃的方式獲得。因為充電樁價格較為便宜(價格約1萬元)，各城市已經(jīng)出現(xiàn)了眾多充電樁運營企業(yè)(如上海普天、特來電等，通過安裝公共充電樁、提供充電服務(wù)獲得收益)提供充電樁安裝租賃解決方案服務(wù)。

換電模式主要通過換電站更換電池實現(xiàn)，這就要求汽車上的和換電站內(nèi)的電池物權(quán)統(tǒng)一。而目前一輛電動汽車最大的成本便是電池，約占整車成本的1/3～1/2。根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗，采用換電模式時一輛電動汽車共需準備三塊電池。按照國產(chǎn)電動乘用車(含電池)均價約20萬元、電動汽車保有量占機動車保有量2.5%(2020年國家發(fā)展目標)，并假設(shè)某一城市機動車保有量200萬輛計算，采用換電模式需另外準備的電池數(shù)量約為10萬塊，僅電池采購費就需約100億元。同時還需購買土地、配套電池更換系統(tǒng)、充電架、電池箱存儲設(shè)備和電池更換設(shè)備等，初期投資巨大。我國正處于電動汽車的初期階段，如若要保持目前內(nèi)燃機車的行駛特征不變，須在全國大多數(shù)城市推廣使用換電模式，并統(tǒng)一物權(quán)，其投資成本鮮有公司能夠承擔，這將極大阻礙民間資本進入充換電設(shè)施領(lǐng)域，阻礙我國充換電基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展。

所以在現(xiàn)階段充電模式適宜性較好，而換電模式適宜性相對較差。但是對于一些特定的、對時間比較敏感的領(lǐng)域——如公交車、出租車等領(lǐng)域——換電模式具有一定的適宜性。

2.4 用戶經(jīng)濟性

采用充電模式，用戶購車需要包含電池，后期安裝充電樁，僅須支付電費，購車成本較高，使用成本較低。

采用換電模式，需同時發(fā)展電池租賃行業(yè)。在此前提下，用戶可僅購買裸車(不包含電池)，從而降低購車成本。在用車過程中，除充電費用外，用戶還是需支付電池租賃費，使用成本較充電模式高(見表1)。

3 國內(nèi)外案例證明充電模式更易在市場條件下取得發(fā)展

3.1 公司實證

國際上采用充電模式與換電模式的影響較大的公司分別是特斯拉(TESLA)和美好世界(BETTER PLACE)兩個公司。

特斯拉公司從電動汽車研發(fā)之初，同時開發(fā)了充電技術(shù)和換電技術(shù)，并同時投入市場。其中換電技術(shù)推廣困難，使用率低，最后被放棄；而充電技術(shù)推廣快速，現(xiàn)已在世界各洲廣泛推廣使用其最新的超級充電技術(shù)，見圖2。

美好世界公司在成立之初便是換電模式的堅定推進者。在2007年—2012年共取得渣打銀行、通用集團、以色列集團、摩根士丹利等公司及各地政府配套，獲得投資總額約10億美元～12億美元。2007年—2011年與以色列、丹麥、美國加州、德州三角、夏威夷、澳大利亞、韓國、加拿大安大略、中國大陸、法國等國家和地方政府進行談判、簽訂合作協(xié)議。最終因虧損嚴重，于2013年破產(chǎn)。

表1 充電模式與換電模式對比一覽表

3.2 城市實證

與國內(nèi)外公司的發(fā)展相似，國內(nèi)各城市采用的模式也不盡相同，深圳為充電模式的典型代表，杭州為換電模式的典型代表。通過對深圳市和杭州市充換電模式發(fā)展的實踐進行分析，可以直觀了解目前兩種模式在國內(nèi)的發(fā)展情況。

截至2015年年底，深圳市已建成充換電站2座、充電站約200座、充電樁約24 000個。通過基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，帶動了電動汽車的發(fā)展。截至2016年年底，深圳市機動車保有量達3 225 879輛，其中新能源汽車保有量達80 828輛，新能源汽車占比達2.5%。新能源汽車中，純電動汽車44 099輛，插電式混合動力及其他類型新能源汽車36 729輛，電動汽車占汽車保有量的比例為1.21%，全國排名第二，僅次于上海市。深圳市計劃通過將充電樁建設(shè)納入《深圳市城市規(guī)劃標準與準則》、加強充電設(shè)施財政補貼、引入建立了投資回報機制等措施，進一步加快充電設(shè)施的發(fā)展。

杭州市從2010年開始建設(shè)換電設(shè)施，并于2014年開始同步建設(shè)充電設(shè)施，至2016年年底，杭州市共建成換電站27座，充換電站6座，充電站2座，形成換電設(shè)施占絕對主導地位的格局。截至2016年年底，杭州機動車保有量約229萬輛，其中電動汽保有量約2.3萬輛，占汽車保有量的0.98%，低于深圳市的1.21%。根據(jù)2015年7月獲批的《杭州電動汽車充電設(shè)施近期布點規(guī)劃》，杭州將新增充電站25座，新建分散布局的充電樁3 500個；新建的商務(wù)辦公樓、住宅、酒店賓館、超市賣場等民用建筑工程項目和自走式城市公共停車場，按不低于停車位總數(shù)10%的比例，配建充電樁位或預留充電設(shè)施接口?？梢钥闯?，杭州市已經(jīng)開始由換電模式占主導地位轉(zhuǎn)向重點發(fā)展充電模式。

3.3 小結(jié)

綜上所述，按照政府引導、市場主導的原則，結(jié)合充電模式和換電模式的特征，在電動汽車、充換電設(shè)施推廣的初期，充電模式更適宜。

4 未來一段時期內(nèi)充電模式將繼續(xù)保持相對發(fā)展優(yōu)勢

充換電模式相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，將通過影響便捷性、技術(shù)標準統(tǒng)一性、建設(shè)與運營適宜性、用戶經(jīng)濟性而對未來充電模式和換電模式的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，主要包括電池技術(shù)、充電技術(shù)和換電技術(shù)。

4.1 充換電模式相關(guān)技術(shù)發(fā)展概述

1)電池技術(shù)。

國內(nèi)外正在展開第四代電池技術(shù)的研究，具有代表性的是鋰空氣電池(含石墨烯)和石墨烯表面介導超級電池，這兩種技術(shù)具有重量小、容量大、充放電快等優(yōu)點，且已經(jīng)在實驗室實驗中取得一定進展。若第四代電池技術(shù)實驗取得完全成功，那么采用第四代電池技術(shù)的電動汽車將擁有更輕的車身、更遠的續(xù)航歷程和更短的充電時間，這將對電動汽車行業(yè)產(chǎn)生革命性影響。

2)充電技術(shù)。

目前國內(nèi)外的充電技術(shù)主要分為兩類：剛性充電技術(shù)和柔性充電技術(shù)。剛性充電技術(shù)包括交流慢充技術(shù)和直流快充技術(shù)。柔性充電技術(shù)包括柔性快充技術(shù)和超級快充技術(shù)。目前普遍采用的技術(shù)是交流快充、直流快充，同時柔性快充也正在逐步推廣。

日本JFE Engineering、以色列StoreDot等多家公司均研制發(fā)布了超級快充技術(shù)，3 min即可充滿電池電量的50%，5 min充滿電池電量的80%。該技術(shù)正在由研發(fā)成果向應(yīng)用成果轉(zhuǎn)化，未來該技術(shù)普遍投入使用后，將大大提高電動汽車充電體驗，極大縮小充電時間與換電時間的差距。從而提高充電模式對換電模式的競爭力，見圖3。

3)換電技術(shù)。

換電技術(shù)是通過換電裝置或者人工對汽車上的電池組進行更換實現(xiàn)。到目前為止，換電技術(shù)主要解決了電池卸下和裝載時保持電池與汽車連接穩(wěn)定性的問題，在充電體驗、充電效率上并沒有明顯的提升。

4.2 未來充電模式與換電模式的對比分析

在未來隨著科技的進步，電池技術(shù)、充電技術(shù)和換電技術(shù)的發(fā)展對便捷性、技術(shù)標準統(tǒng)一性、建設(shè)與運營適宜性、用戶經(jīng)濟性將產(chǎn)生較大影響，并有利于充電模式的發(fā)展(見表2)。

表2 電池技術(shù)、充電技術(shù)、換電技術(shù)影響分析一覽表

5 結(jié)語

通過現(xiàn)階段和未來可預見的一段時期內(nèi)，充電模式和換電模式在便捷性、技術(shù)標準統(tǒng)一性、建設(shè)與運用適宜性、用戶經(jīng)濟性等幾個方面，以及案例實證分析，可以得出：在電動汽車普及的現(xiàn)階段及未來可預見的一段時期內(nèi)，充電模式將是主要模式。各城市充換電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展的具體策略應(yīng)結(jié)合其電動汽車規(guī)模結(jié)構(gòu)及其使用特征進一步分析論證，同時在空間規(guī)劃上進行空間資源的預留和控制，以在政府引導的模式下，真正實現(xiàn)市場主導，使社會資本在城市電動汽車基礎(chǔ)服務(wù)方面可持續(xù)地參與和發(fā)展。