能源供给是电动汽车产业链中的重要环节,能源供给模式与电动汽车的发展密切相关。目前国内外电动汽车充电站的建设、运营主要有三种商业模式,即公用充电站模式、停车场(或路边)充电桩模式和动力电池更换站模式。
(1)公用充电站模式
1)主要特征。公用充电站类似于加油站,通常建在城市道路或高速公路两旁。充电站由多台充电机组成,可以采取快充、慢充和快速更换动力电池等多种方式为各种电动汽车提供电能。规模较小的充电站一般可供10辆汽车同时充电,规模较大的充电站可供40辆汽车同时充电。
2)运营模式。公用充电站的运营模式需要行业方方面面的企业和个人参与,主要包括电动汽车制造商、动力电池生产商、中间运营商(建站企业)、能源供给企业、电动汽车用户及政府部门。盈利方式是向用户收取充电费用。该模式在运营过程中首先是能源供给企业通过向中间运营商(建站企业)支付一定的建站费用来建设电动汽车充电站。当用户来充电站给电动汽车充电时,能源供给企业及充电站向用户收取一定的充电费用来实现自身的盈利。能源供给企业及充电站的利润值=(用户的充电费用+政府部门建站补贴)-(电动汽车充电站建设费+电动汽车充电站日常运营费)。
3)优点。充电站可以为社会电动汽车提供多种服务,既可以快充,也可以慢充,有些充电站还可以提供快速更换动力电池服务;充电速度快,采用快充方式一般可在几十分钟内将动力电池基本充满;充电站由于具有公用性质,故设备利用率高于停车场的充电站。
4)缺点。充电站占地面积大,规模较大的充电站占地超过一般加油站,甚至可与停车场相比;需要配备多种充电设备,建设难度较大,一次性投入大。
5)主要障碍。由于占地面积大,在城市土地日益紧缺的情况下,充电站在大城市布点数量受限,网点密度低;公用充电站最大的优势在于快充,但目前快充技术还有待完善,以期进一步缩短充电时间,减小对动力电池寿命的损害。
6)发展前景。充电站建设在技术上不存在问题,设备投资成本也不高,但其占用过多的土地资源,征地成本不可低估。从短期看,在电动汽车发展的初级阶段,完备的充电网络还没有形成的情况下,迅速建设一批公用充电站是必要的,可以产生良好的示范效应和广告效应,推动电动汽车的尽快普及。
但是从长期看,电动汽车若大规模普及,那么公用充电站不可能成为电动汽车充电的终极解决方案,也不应作为主要的充电方式。公用充电站应该定位于主要满足各种社会车辆的应急充电需求,以提供快充服务为主,这样可以有效减少充电站的占地面积,提高设备利用率。
(2)停车场(或路边)充电桩模式
1)主要特征。充电桩通常建在公用停车场、住宅小区停车场、商场停车场内,或建在公路边,也可以建在私人车库中。充电桩具有功率较小、布点灵活的特点,以慢充方式为主,具备人机操作界面和自助功能。
2)运营模式。停车场(或路边)充电桩的运营模式与公用充电站模式相同,充电缴费是通过刷卡或微信的形式进行的,电动汽车用户可通过能源供给企业提供的IC卡或微信进行充电缴费。
3)优点。充电桩建在停车场或路边,占地面积小,建在车库和住宅小区内的充电桩完全不占公共用地;建设难度小,一次性投资小。
4)缺点。充电速度慢,充电桩采用慢充方式,充电时间要5~10h;由于充电时间长,且部分充电桩具有专用性质,所以充电桩的设备利用率要低于充电站,不能满足电动汽车应急、长距离行驶的充电需求。
5)主要障碍。虽然建设单个充电桩很容易,但充电桩要形成网络才能满足电动汽车普及的需要,完善整个充电网络需要较长时间。
6)发展前景。在国外,居家充电是使用频率最高的电动汽车充电方式,在家门之外才需依靠公用充电桩。目前从特拉维夫和东京的使用经验来看,停车场和社区的充电桩使用频率更高,而充电站并未成为大多数电动汽车使用者的优先选择。从使用便利性和节约资源角度考虑,汽车大部分时间都处在停车状态,建在停车场和路边的充电桩基本可以满足电动汽车常规充电的需要;并且以数量庞大的充电桩替代充电站,还可以节约宝贵的土地资源。因此,长期来看,在我国占据主导地位的常规充电方式应为慢充,停车场和路边的充电桩将成为占主导地位的充电桩。在所有能够停车的地方建设充电桩,每增加一台电动汽车即新建一个充电桩,充电桩数量将与电动汽车数量相当。
(3)动力电池更换站模式
1)主要特征。更换动力电池模式也称为租赁动力电池模式,是一种把车辆与动力电池分开考虑的思路。用户只购买汽车,由专门的动力电池租赁公司负责动力电池的购买、租赁、充电、快速更换及管理。可以让用户像燃油汽车加油一样方便地得到能源供给。用户从动力电池租赁公司租用动力电池,动力电池更换站为用户提供快速更换动力电池和动力电池维护等服务,动力电池在充电中心集中充电。由于动力电池组重量较大,更换动力电池的专业化要求较强,因此需配备专业人员借助专业机械来快速完成动力电池的更换、充电和维护。
2)运营模式。更换动力电池的运营模式是在电动汽车用户需要补充能源时,可以非常方便地到任意一个动力电池更换站更换充好的动力电池。电动汽车更换动力电池模式的运营与整车充电模式的运营所需要参与的企业和个人是一样的。能源供给企业及换电站利润值=(用户的所用电费+动力电池租赁费+卖废旧动力电池所得利润+政府部门补贴)-(动力电池购买费用+动力电池更换站建设费+动力电池维护费用+动力电池更换站日常运营费),其具体的运营过程包括动力电池的租赁、动力电池的更换、动力电池的维护和动力电池的回收。
能源供给企业购买动力电池后通过向中间运营商(建站企业)支付一定的建站费用来进行更换站的建设,电动汽车用户在购买“裸车”后,去动力电池更换站办理相应的“租赁手续”并交纳一定的租金就能使电动汽车投入使用。租赁手续及租金由相关部门协商而定,因在动力电池更换站提供给消费者的是一块充满电的动力电池,加上一些其他成本,故租赁动力电池的价格肯定要比消费者自己在家充电贵,但仍低于燃油的费用。用户在动力电池的使用过程中不仅要交租金,每次更换动力电池时,根据动力电池电量的消耗情况用户还要向动力电池更换站交纳相应的电费。
为了使得更换更加快捷,需要更换动力电池的电动汽车在进站之前,应向动力电池更换站提出动力电池更换请求,以便站台调度安排停车位置、通知动力电池更换库准备整车更换动力电池,并运至更换动力电池区,准备卸载设备。当车辆进站后,根据调度指令将车开到更换动力电池区准确位置,准备更换动力电池。在更换动力电池前,必须仔细翻阅车载监控装置故障记录,检查车载动力电池在运营过程中是否有故障。如果有故障记录,则记录故障信息(包括故障位置和类型)后清除故障记录。
在更换动力电池前,首先断开整车的高低压供电,然后才能卸载动力电池。卸载的时候,将有故障动力电池和无故障动力电池分开摆放。有故障动力电池箱和故障信息一并送到维护车间,无故障的动力电池箱送到充电区充电。卸载完毕后,将已经准备好的动力电池装车。接通整车的高低压供电,再进行一次故障诊断,确保更换完动力电池电动汽车运行正常后,将车驶出更换动力电池区。
3)优点。对动力电池更换站的门店要求很低,只需要2~3个停车位,占地面积比充电站小,易于在城市大面积布点。动力电池更换站的主要设备是动力电池拆卸及安装设备,电气设备少,建设难度小,一次性投资也比充电站要少;更换动力电池速度快,更换动力电池的时间一般为5~10min,未来随着技术的进步,更换动力电池所需的时间将少于燃油汽车的加油时间。
采用动力电池租赁方式,可显著降低用户的初始购车费用。对动力电池进行集中充电可采取慢充方式,避免因快充而引起的动力电池寿命缩短问题。可避免大规模电动汽车随机充电给电网运行带来的不利影响,甚至可以根据电网需要,在统一管理的框架下进行动力电池充电的优化运行,此外还可避免绿色能源损失,减少可再生能源发电成本。
4)缺点。须建设专业的动力电池配送体系。
5)主要障碍。要求国家建立统一的动力电池标准,电动汽车安装的动力电池必须可拆卸、可更换,对汽车工业标准化体系要求非常高。我国目前电动汽车标准体系尚不健全,各汽车生产厂家和动力电池生产厂家基本上各自为战,动力电池规格差别很大;更换动力电池模式涉及动力电池租赁、充电、配送、计量、更换等多个环节,由多家企业分工完成,运作复杂。
6)发展前景。从商业运营的角度看,动力电池更换模式属于能源新物流模式。动力电池更换模式有利于动力电池生产企业的规模化、标准化生产,有利于能源供给企业的规模化采购与集约化管理,将显著降低总运营成本。能源供给企业作为一个相对独立的中间运营商,有利于政府施行更具针对性的扶持和优惠政策,如电价政策、购买动力电池补贴政策等,易于建立清晰的财务盈利模式,比单纯提供充电服务可获得更高的投资回报,具有更广阔的发展空间。除此之外,动力电池更换模式对电网安全、经济运行也十分有利,集中充电便于统一调度、管理和监控,能够最大限度地发挥削峰填谷作用,提高电力系统负荷率,最大限度地减少谐波污染等对电网的不利影响,有利于电网的安全稳定运行和电力资源的优化利用。
动力电池更换模式在理论上是一种较为理想的商业模式,国内有城市已开展了试点运营,但在短期内大规模推广动力电池更换模式存在一些困难,主要体现在以下三方面:
1)管理方面。我国处于电动汽车产业发展初期,动力电池技术尚未成熟,各种动力电池的性能、质量差距很大,统一动力电池标准难度非常大,这不仅仅是动力电池标准化的问题,还涉及电动汽车的标准化,是一个庞大的系统工程,涉及汽车厂、动力电池制造商、更换站经营者等各方面的利益。
2)技术方面。为了保证动力电池可更换,所有动力电池须具有良好的一致性。不仅要统一动力电池接口标准,还要统一动力电池的尺寸、规格、容量、性能等,在目前的情况下,统一所有动力电池厂家生产动力电池的一致性问题,在短期内很难实现。
3)动力电池流通方面。动力电池更换过程中会存在动力电池新旧程度、残留能量的差异,将带来动力电池更换时如何计量、计费的难题。
总之,动力电池更换模式要成为一种成熟的商业模式,还有很长的路要走。只有在我国电动汽车工业发展到较为成熟的阶段,才可能成为电动汽车能源补给产业的主流商业模式。
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