馮 莉 朱云堯

（中國(guó)汽車(chē)工程研究院股份有限公司，重慶 404100）

0 引言

為助力“3060”國(guó)家雙碳目標(biāo)，更加節(jié)能環(huán)保的純電重卡進(jìn)入相對(duì)快速發(fā)展階段，換電模式相比于充電模式具有購(gòu)車(chē)成本低、補(bǔ)能效率高、電池使用壽命長(zhǎng)、緩解電網(wǎng)負(fù)荷等多方面優(yōu)勢(shì)，能夠滿足更多應(yīng)用場(chǎng)景。

近年來(lái)，國(guó)家先后出臺(tái)相關(guān)政策鼓勵(lì)換電模式。2020年全國(guó)兩會(huì)上，換電站成為新基建的重要組成部分，首次寫(xiě)入《政府工作報(bào)告》；2021 年《政府工作報(bào)告》也將“建設(shè)充電樁”擴(kuò)展為“增加充電樁、換電站等設(shè)施”；《“十四五”節(jié)能減排綜合工作方案》中提出，要推動(dòng)綠色公路建設(shè)，有序推進(jìn)充換電、加注(氣)、加氫、港口機(jī)場(chǎng)岸電等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，提高城市公交、出租、物流、環(huán)衛(wèi)清掃等車(chē)輛使用新能源汽車(chē)的比例；工信部2021年啟動(dòng)了換電示范工程，納入試點(diǎn)范圍的城市共有11個(gè),其中綜合應(yīng)用類城市8個(gè)(北京、南京、武漢、三亞、重慶、長(zhǎng)春、合肥、濟(jì)南),重卡特色類3個(gè)(宜賓、唐山、包頭)[1]。

1 換電重卡市場(chǎng)現(xiàn)狀

2023上半年，我國(guó)商用車(chē)上險(xiǎn)量143萬(wàn)5 395輛，同比增長(zhǎng)7.6%；新能源商用車(chē)上險(xiǎn)量10萬(wàn)4 202輛，同比增長(zhǎng)56.4%，滲透率為7.3%；純電動(dòng)商用車(chē)上險(xiǎn)量9萬(wàn)9 905輛，占新能源商用車(chē)的95.9%，新能源商用車(chē)中純電動(dòng)依舊占主流；換電商用車(chē)上險(xiǎn)量6 052輛，同比增長(zhǎng)5.1%；換電市場(chǎng)中，換電重卡上險(xiǎn)量5 729輛，占換電商用車(chē)的95.6%，換電重卡占純電重卡的54.6%，詳見(jiàn)表1。

從車(chē)型分類看，重卡是換電商用車(chē)重點(diǎn)落地方向，當(dāng)前主要應(yīng)用場(chǎng)景為牽引、自卸、混凝土攪拌運(yùn)輸、垃圾渣料運(yùn)輸?shù)取?/p>

從技術(shù)路線看，2023上半年純電動(dòng)重卡中，換電重卡占比54.6%，超純電重卡1/2的市場(chǎng)份額，且換電重卡占比呈上升趨勢(shì)。

從競(jìng)爭(zhēng)格局看，換電重卡整車(chē)企業(yè)頭部效應(yīng)明顯。2023上半年，徐州徐工、三一汽車(chē)、漢馬科技3家企業(yè)為換電重卡生產(chǎn)企業(yè)TOP3，占據(jù)整個(gè)換電重卡市場(chǎng)的49.2%，詳見(jiàn)圖1。

圖1 2023上半年換電重卡生產(chǎn)企業(yè)上險(xiǎn)量TOP10（數(shù)據(jù)來(lái)源：上險(xiǎn)數(shù)，不含進(jìn)口)

從搭載的動(dòng)力電池類別看，換電重卡全部搭配磷酸鐵鋰電池，占據(jù)100%的市場(chǎng)份額，無(wú)三元和錳酸鋰、鈦酸鋰等其他類型動(dòng)力電池；從電池容量來(lái)看，換電重卡配套的動(dòng)力電池當(dāng)前集中在281～350 kWh；從換電重卡噸位看，換電重卡總質(zhì)量集中在25～30 t。

2 燃油與換電重卡使用端TCO計(jì)算與對(duì)比分析

隨著柴油價(jià)格不斷攀升，新能源重卡的經(jīng)濟(jì)性逐步顯現(xiàn)。以30 t級(jí)重卡為例，分別分析不同使用場(chǎng)景下燃油、換電重卡全生命周期總擁有成本(TCO)，并對(duì)比其經(jīng)濟(jì)性。以日均行駛里程200 km為條件，燃油、換電重卡TCO估算結(jié)果詳見(jiàn)表2。

表2 日均行駛里程200 km場(chǎng)景下燃油、換電重卡TCO計(jì)算對(duì)比

購(gòu)置成本上，換電重卡通過(guò)“車(chē)電分離”的模式，使用端僅需要購(gòu)買(mǎi)車(chē)身，無(wú)需負(fù)擔(dān)電池成本，能夠大幅降低重卡購(gòu)置成本，單車(chē)價(jià)格與燃油車(chē)相近。

能源成本上，燃油重卡滿載情況下百公里能耗約35 L/100 km，柴油價(jià)格7.4元/L；換電重卡百公里能耗約140 kWh/100 km，服務(wù)費(fèi)平均1.8元/kWh，換電重卡全生命周期能耗總費(fèi)用相較燃油車(chē)有一定的優(yōu)勢(shì)。由于多種因素引發(fā)柴油價(jià)格不斷上調(diào)，換電重卡的能源成本優(yōu)勢(shì)將進(jìn)一步加大[2]。

維保成本上，由于換電車(chē)輛電池的日常養(yǎng)護(hù)轉(zhuǎn)嫁給換電站運(yùn)營(yíng)商，全生命周期的保養(yǎng)費(fèi)用有一定的縮減，使用端也無(wú)需擔(dān)心動(dòng)力電池容量衰減等成本問(wèn)題。但在保險(xiǎn)費(fèi)用上，由于換電重卡初始購(gòu)置成本較燃油重卡高，全生命周期商業(yè)保險(xiǎn)費(fèi)用略高。

綜合購(gòu)置成本、能源成本、維保成本,日均行駛里程200 km場(chǎng)景換電重卡TCO較燃油重卡高約0.3%。

同理分別計(jì)算日均行駛里程300 km、400 km、500 km、600 km不同使用場(chǎng)景下燃油重卡及換電重卡TCO，詳見(jiàn)表3。

表3 不同場(chǎng)景下燃油及換電重卡TCO對(duì)比

能源成本是影響TCO的第一大維度，隨著單車(chē)日均行駛里程的提升，換電重卡的經(jīng)濟(jì)性逐漸體現(xiàn)，當(dāng)日均行駛里程300 km時(shí)，換電重卡較燃油重卡已具備成本優(yōu)勢(shì)，日均行駛里程越長(zhǎng)，成本優(yōu)勢(shì)越大(注：結(jié)果為理想狀態(tài)下TCO計(jì)算模型計(jì)算，所有的數(shù)據(jù)來(lái)源為公開(kāi)數(shù)據(jù)及調(diào)研數(shù)據(jù)，或與實(shí)際有所差距，最終以官方發(fā)布為準(zhǔn))。

工作效率上，換電模式可實(shí)現(xiàn)快速補(bǔ)能，與燃油模式效率相當(dāng)，以24 h工作時(shí)間計(jì)算，單日較充電模式可帶來(lái)約15%的效率提高，詳見(jiàn)表4。對(duì)于講究運(yùn)營(yíng)效率的重卡來(lái)說(shuō)，時(shí)間也是一種成本，換電模式對(duì)重卡更具有吸引力[3]。

表4 換電重卡使用效率

換電重卡環(huán)保、高效的優(yōu)勢(shì)得到市場(chǎng)肯定。對(duì)于使用端來(lái)說(shuō)，換電重卡具有一定的經(jīng)濟(jì)性，但經(jīng)濟(jì)性表現(xiàn)不明顯，雖然目前換電重卡占據(jù)純電重卡大盤(pán)超過(guò)1/2的市場(chǎng)份額，但大部分是基于給予補(bǔ)貼、路權(quán)等政策引導(dǎo)及驅(qū)動(dòng)。此外，車(chē)輛使用端與換電站運(yùn)營(yíng)端需求及供給不匹配，換電重卡車(chē)輛數(shù)量及換電站數(shù)量不匹配是制約換電發(fā)展的一大因素。更低的使用成本、優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品供給、便捷的換電服務(wù)是換電市場(chǎng)未來(lái)能否持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

3 不同場(chǎng)景下重卡換電站成本收益計(jì)算與分析

換電站建設(shè)是重資產(chǎn)模式，前期投入大，以換電站服務(wù)重卡的數(shù)量及單車(chē)日均行駛里程為變量，分別計(jì)算換電站投入回收周期，以期實(shí)現(xiàn)商業(yè)上的可持續(xù)性。

以換電站服務(wù)10輛“車(chē)電分離”換電重卡為條件，計(jì)算換電站成本、營(yíng)收及回收年限，詳見(jiàn)表5。

表5 服務(wù)10輛重卡換電站成本收益計(jì)算

換電站投入成本分為上游建站成本、下游運(yùn)營(yíng)成本及流動(dòng)成本，服務(wù)不同數(shù)量的換電重卡，成本均不相同。以服務(wù)10輛車(chē)為例，電池帶電量350 kWh、百公里能耗140 kWh/100km的重卡單日換電次數(shù)N換與日均行駛里程M日有關(guān)。

式中N換為比計(jì)算值大的最小整數(shù)。按每輛車(chē)年均行駛300天計(jì)算單車(chē)年行駛里程M年及單車(chē)年均能耗E年。車(chē)載電池?cái)?shù)量N載等于服務(wù)車(chē)輛數(shù)量N。理想狀態(tài)下每塊電池2 h內(nèi)完成充電，10輛重卡全部錯(cuò)開(kāi)時(shí)間換電，則理想狀態(tài)下備用電池?cái)?shù)量如式(2)所示，式中N備為比計(jì)算值大的最小整數(shù)，且N備最小值為0.2×N，即備用電池最少配比為0.2∶1。磷酸鐵鋰電池全生命周期按循環(huán)3 000次計(jì)算，服務(wù)10輛車(chē)電池報(bào)廢年份如式(3)所示。場(chǎng)地設(shè)備折舊年限Y場(chǎng)廢均按10年進(jìn)行計(jì)算。

建站成本可細(xì)分為土地租賃、場(chǎng)地建設(shè)、設(shè)備成本、電池成本。其中服務(wù)10～20輛換電重卡土地租金15萬(wàn)元/年，場(chǎng)地建設(shè)費(fèi)200萬(wàn)元；服務(wù)30～40輛換電重卡土地租金20萬(wàn)元/年，場(chǎng)地建設(shè)費(fèi)300萬(wàn)元；服務(wù)40輛以上換電重卡，土地租金20萬(wàn)元/年，場(chǎng)地建設(shè)費(fèi)400萬(wàn)元。按快充樁投資費(fèi)用25萬(wàn)元/樁，其他設(shè)備成本總包35萬(wàn)元，則設(shè)備成本如式(4)所示。按電池成本1 100元/kWh計(jì)算車(chē)載電池成本如式(5)所示，備用電成本如式6所示。

運(yùn)營(yíng)成本可細(xì)分為人力成本、場(chǎng)站維保、辦公消耗、場(chǎng)備折舊費(fèi)和電池折舊費(fèi)。人均成本7萬(wàn)元/年，服務(wù)10～20輛換電重卡需要2人，20～30輛需要3人，30～40輛需要4人分別計(jì)算不同場(chǎng)景下人力成本。場(chǎng)站維保費(fèi)用均按4萬(wàn)元/年計(jì)算，辦公消耗費(fèi)用均按2萬(wàn)元/年計(jì)算。場(chǎng)備折舊費(fèi)如式(7)所示，電池折舊費(fèi)如式(8)所示。

流動(dòng)成本主要為電費(fèi)支出P，電費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)詳見(jiàn)表6，計(jì)算可得工業(yè)平均用電電價(jià)為0.74元/kWh。

表6 工業(yè)用電峰平谷時(shí)間段及電價(jià)

換電站的營(yíng)收主要為服務(wù)費(fèi)，服務(wù)費(fèi)包括換電服務(wù)費(fèi)(含電費(fèi))及電池租賃費(fèi)，服務(wù)費(fèi)按1.8元/kWh計(jì)算。

綜合考慮成本及營(yíng)收，計(jì)算成本回收期，服務(wù)10輛車(chē)，當(dāng)每輛車(chē)日均行駛200 km時(shí)，年度營(yíng)收不足以支撐成本，方案不具備經(jīng)濟(jì)性；日均行駛300 km、400 km、500 km和600 km時(shí)成本回收周期分別為29.7年、13.7年、9.9年和7.3年[4]。

按上述計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，分別計(jì)算服務(wù)20輛、30輛、40輛、50輛和60輛換電重卡成本回收周期，計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)圖2。

圖2 不同服務(wù)場(chǎng)景下?lián)Q電站成本回收周期

換電站成本回收周期與服務(wù)車(chē)輛數(shù)量及單車(chē)日均行駛里程高度相關(guān)，隨著服務(wù)車(chē)輛數(shù)量及行駛里程的增長(zhǎng)，成本回收周期逐漸縮短。按換電站需7年回成本計(jì)算，換電站服務(wù)場(chǎng)景為單車(chē)行駛里程400 km，服務(wù)40輛換電重卡時(shí)即可滿足條件(一般企業(yè)成本回收周期為8年，因計(jì)算模型忽略邊緣成本，此處按7年回收成本計(jì)算)。換電站可進(jìn)一步延展電池后端梯次利用和回收環(huán)節(jié)，為換電站帶來(lái)新增的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

4 換電重卡發(fā)展建議

理想應(yīng)用場(chǎng)景下，換電重卡及換電站模式相比燃油重卡具備一定經(jīng)濟(jì)性，但實(shí)際運(yùn)行中很難找到理想應(yīng)用場(chǎng)景，因此換電重卡及換電站使用和運(yùn)營(yíng)仍存在較大不確定性，為保證換電重卡行業(yè)穩(wěn)定、高質(zhì)量發(fā)展，現(xiàn)提出如下發(fā)展建議：

一是政府在政策端加大支持力度。行業(yè)政策是當(dāng)前增加重卡銷量的關(guān)鍵變量，國(guó)家及地方應(yīng)從政策端對(duì)換電重卡進(jìn)行具象引導(dǎo)。國(guó)家政策層面，政府應(yīng)持續(xù)支持公共領(lǐng)域換電站建設(shè)，出臺(tái)專項(xiàng)資金扶持，給予一定的建站或運(yùn)營(yíng)補(bǔ)貼，減少換電站成本回收周期。同時(shí)，加快推動(dòng)換電站建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)換電站互聯(lián)互通。地方政府也應(yīng)接力國(guó)家政策，加快調(diào)整當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，從補(bǔ)貼、路權(quán)開(kāi)放等方面進(jìn)行強(qiáng)制要求，推動(dòng)有關(guān)企業(yè)率先應(yīng)用換電重卡；

二是持續(xù)拓展換電重卡商業(yè)化應(yīng)用場(chǎng)景。短期看，換電重卡依舊是區(qū)域性的使用場(chǎng)景，但中長(zhǎng)距離的干線運(yùn)輸場(chǎng)景更能大幅提升使用端及換電站運(yùn)營(yíng)端經(jīng)濟(jì)性。建議加快布局服務(wù)區(qū)內(nèi)換電站站點(diǎn)，率先拓展換電重卡在固定路段中距離干線物流運(yùn)輸，有效降低運(yùn)輸成本，實(shí)現(xiàn)更好的經(jīng)濟(jì)效益；

三是充電站與換電站融合建設(shè)，提高資源復(fù)用性。充電站與換電站融合建設(shè)，實(shí)施集中充電、分布換電模式，靈活適用不同應(yīng)用場(chǎng)景，大幅減少線路及配電投資，投資規(guī)模小，資源復(fù)用性高；

四是換電站與車(chē)輛運(yùn)營(yíng)端加強(qiáng)合作，提升換電站利用率。換電站行業(yè)具有較強(qiáng)的“網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)”，數(shù)量更多的換電站站點(diǎn)和更密集的換電站網(wǎng)絡(luò)有利于提高換電站行業(yè)服務(wù)的便利性，吸引更多用戶采購(gòu)換電車(chē)型。換電站產(chǎn)業(yè)上下游通力合作，重卡生產(chǎn)企業(yè)、換電站運(yùn)營(yíng)商、電池廠、B端客戶等強(qiáng)綁定，共同確定換電重卡投放計(jì)劃，打造相對(duì)可行的換電重卡應(yīng)用場(chǎng)景，提升換電站利用率，形成成熟穩(wěn)定的換電運(yùn)營(yíng)生態(tài)。

換電站達(dá)到一定規(guī)模，重卡換電經(jīng)濟(jì)性得到驗(yàn)證后，換電重卡的滲透率有望進(jìn)一步提升，未來(lái)在商業(yè)模式的不斷創(chuàng)新下，換電重卡賽道將具備更廣闊的空間。