新能源换电专题报告：被低估的换电站

新能源换电专题报告：被低估的换电站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）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11~12%，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150~400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0.1~0.2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。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7.54。这导致充电设施抢位问题愈发严重，尤其高峰时期与节假日。现阶段离工信部“2025年实现车桩比2：1，2030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2.52：1。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，百度地图发布五一假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，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110kW；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.电池过热会降低输电功率。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。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kW。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%。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。目前极氪推出了支持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30%），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、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。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）。换电电池更换后将集中收集，在恒温恒湿条件下小功率慢充，有助于延缓电池寿命衰减，延长使用寿命。不占用充电车位的特性也极大提升了换电模式的补能效率，考虑排队时间、补能时间，换电模式的便利性可与传统车加油站等量齐观。且电池始终处于流通状态，用户无需承担电池损耗。相同占地面积下换电站具有更高的补能效率。一座蔚来换电站占地等于四个车位。同等面积的充电站最多可容纳四台充电桩同时给四辆汽车补能。假设一座充电站有630kVA的电网负荷，一辆车补能60度电，那么一个小时内一座充电站最多给630/60≈6辆车补能，此时每台充电桩的功率大约是158kW。而一座换电站由于电池事先充满了电，每五分钟就可以完成一次换电，一个小时之内就能够给12辆车补能。在相同的占比面积下，换电站的补能效率是充电站的两倍。车电分离下降低车辆购置及使用成本换电模式下所衍生的“车电分离”可显著降低购车门槛。在换电模式加持下，新能源车购置可提供“车电分离”模式，即为用户提供“买车不买电池”的购车服务，以蔚来车电分离的BASS方案为例，单独出售不包含电池的车辆（比原车价低7-12.8万），动力电池则通过租赁的方式从蔚来获得，价格为每月980元（75kWh电池）和1680元（100kWh电池）。此类方案在低价车型经济性体现尤为明显，以飞凡F7为例，配备77kWh电池的进阶版售价为22.99万，如若选择租电方案新用户购车总价仅为14.8万元。电池并非越大越好，而是要灵活，电池灵活升级有助于减少用户一次性成本投入，最大化电池使用效率。电池容量是用户购车时的考虑重点，但小容积电池与大容积电池通常价差较大，以蔚来为例，75度电池与100度电池差价达5.8万元。对于部分城市通勤为主的用户而言，75度电池即可满足绝大多数日常需求，但难以满足偶发性的长途旅行。如果为了偶发性需求而选择购置100度电池除了要多付5.8万元外，也是对能源与资源的浪费，“是否要为了以后的一次西藏之行而在用车第一日就付出较大成本买大容量电池？”换电模式可提供灵活升级服务，还是以蔚来举例，用户可购置小容量电池版本满足日常通勤需求，如果有长途出行需求可以选择日租50元/天或880元/月方案灵活升级至100度甚至150度电池。简而言之，“日长小电池、长途出行大电池，花最少的钱、跑最远的路”就是换电模式为汽车的赋能让电池回归能源属性。换电模式下车辆始终可以更新最新电池技术。电池技术的快速迭代也是制约消费者购买新能源车的因素之一，而换电模式下可以始终保持车辆沿用最新电池技术。以蔚来推出的首款车型es8为例，最初搭载70kWh电池版本续航为415KM，而后蔚来推出新一代75kWh三元磷酸锂电池，老版本用户可以直接在换电站换取新版本电池进而升级续航至450km。预计今年底蔚来还会推出150kWh电池包，届时即使2017年上市的初代ES8也可以实现续航里程超800KM。这也是换电模式下汽车可升级的体现之一，由此换电模式可以彻底打消消费者对于新能车电池技术快速迭代所担心的购置需求后置的问题。新能源购置税减免新政下，换电车型税收优惠政策更优。2023年6月19日财政部、税务总局及工业和信息化部联合发布《关于延续和优化新能源汽车车辆购置税减免政策的公告》。总结来看，2024-2025年新购新能源汽车继续免征车辆购置税额不超3万元（开票价33.9万以内免征购置税）；2026-2027年新购新能源汽车减半征收车辆购置税，单车减税额不超过1.5万元（开票价16.95万以内免税）。其中，采用“车电分离”购置方案的新能源车电池价格不计入计税基价，换电车辆税收经济性凸显。以指导价为48.6万的蔚来100度电ET7为例，采用电池租赁后车价为35.8万，如明年购买相较非换电车型可减免1.3万元购置税。换电模式下电池灵活升级，真正解决“补能焦虑”电车“里程焦虑”的本质是“补能焦虑”。如今新能源车续航里程普遍在500KM以上甚至超过部分燃油车，但续航焦虑确始终存在。我们认为“续航焦虑”的本质为对补能的不确定性而产生的焦虑。我们认为这种不确定性主要来自：1）充电桩的不确定性：油车占位、坏桩概率、补能时间等；2）补能便利度的不确定性：能否找到充电桩、充电速度。总结来看电车“补能焦虑”的本质是充电设施易用性和密度及补能速度存在不确定性。换电站或许是“补能焦虑”的终极解决方案。燃油车没有里程焦虑的根源在于加油站的补能时间与成功补能具备较高的确定性。换电站与加油站类似补能时间具备高确定性、不存在占位问题。一旦换电站大面积铺开，则补能便利性接近燃油车，并且不会对电网产生巨大负荷。从运营成本上来说换电站甚至更优，燃油作为一种“中心化”资源油料需要油罐运输，这就导致了巨大的能源浪费；而电力作为一种“去中心化”资源既保留了加油站的便利性及补能速度，又具备充电桩一样的去中心化能源，我们认为换电站或许是补能的终极解决方案。车电分离优化电池利用效率，利好电池回收和梯次利用电池问题始终是影响新能车用户购买决策的关键因素。根据中国消费者协会公布的《2021年全国消协组织受理投诉情况分析》，新能车消费者主要投诉问题前三分别为：1.安全问题如行驶中断电、自燃、自动驾驶失灵等；2.电池质量问题；3.续航里程缩水。电池作为新能源汽车最为核心部件也是影响消费者购车的关键因素，大多数起火自燃等事件与电池健康状态及电芯老化不无关系，也是阻碍新能源车发展的主要障碍之一。CTB、CTC电池车身架构技术提供高性能，但维护及易修复性较低。在电池技术发展的当下愈多车型逐步采用CTB、CTC等电池方案，通过将车身、电池、底盘融为一体的方案提升电池包能量密度和车身轻量化水平，这种方案可以减少电池包厚度，从而减轻电池包对车内垂直空间的挤压，缺点是车身与电池组一体化在碰撞或电池包受损或更换维修时较为复杂，只能拆开底盘更换电芯，从而推高碰撞维修成本。换电模式的电池包安全性、维护及可维修性相较CTB、CTC等车身架构方案更优。新能车自燃多来自于电气线路短路和电池包受损，车身一体化电池方案较难做到对电池包高频维护保养；而对于换电模式来说，每一次换电都是电池包的自检，有效消除电芯安全隐患。以蔚来的充换电站充电系统为例，其充电设备和供电设备已经能完成充电过程和供电状况的实时监视；换电的每一次补能都是对电池的一次检测保养，除了电池包外壳受损的问题，电池包内部电芯状况也可以实时监测预防电芯潜在风险。充电模式对电网要求高，换电更加电网友好充电桩增压配电网络，超充大规模落地存在瓶颈。充电桩的功率提升和大规模应用给配电网带来了更大的压力，进而引发了一系列电网问题，影响了800V超充的大规模落地：1）国网经济技术研究院研究显示，电动车充电高峰与居民日常用电高峰重合度高达85%，充电桩的功率提升和数量扩张会进一步加剧电网在用电高峰的压力，电网付出额外成本以满足用电高峰的短时间、大幅度用电会导致其资源峰谷时的闲置成本增大、设备使用率降低；2）充电桩充电的瞬时功率较大，会引起电压偏移，影响电能质量，若严重到电压越限甚至会引发配电安全事故。800V超充造成的电压偏移相比于普通充电桩更加严重，可能危害配电网的安全运行；3）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年中国电动汽车用户充电行为白皮书》，截至2022年底，我国约66%的充电桩是私人充电桩，75%的充电桩增量来自私人充电桩，导致了充电桩分布不均匀，加大了电网管理调控的难度。小区电力总容量有限，充电车位数量上限难以突破。目前诸多小区由于先前并未进行相关规划，电力总体容量不足，无法在不影响居民正常生活的同时提供足量的充电车位。这一问题归根结底是来自于小区配电容量是有上限的，通常合理的车位：桩比为3：1，也就是说仅有约30%的小区停车位能有配电容量去装配充电桩。当新能源车整体保有量超过30%后（月销量渗透率已超30%），日常补能问题将会面临很大的压力，新增新能源车主或需要下班后去商业充电桩充电，这将对未来电车使用体验提出极大挑战，进而可能影响新能源车保有量提升。充电车位不足问题根源来自小区本身，进行改造成本大、困难重重，极大制约了充电桩的终端大规模落地应用。换电模式充换电时间可控，可减轻电网负荷并协助其调峰调频。充电桩对电网形成的高压力很大程度来自于使用者的无序充电，而换电模式充电时间可控、用电负荷均衡。换电站可以响应电网调度，在用电负荷较小时（如夜晚）对电池集中充电并在用电高峰期直接向居民提供充满电的电池，不仅减轻了电网压力，还可以协助其削峰填谷。根据蔚来汽车公告，截至2022年8月，蔚来在全国的1067座换电站中已有575座换电站参与错峰充电，比例接近六成，谷时用电比例由12%提升至20%，30天内转移高峰期用电量达410万度，将无序充电变为有序可控充电，避开居民用电高峰期，极大缓解了电网的压力。据蔚来公告，目前蔚来换电站已经开始参与浙江电网调峰，成为国内首家接入到国家电网调节虚拟电厂的车企。近年全国多地用电负荷激增，根据国家电力调度控制中心统计，2022年全国电网统调最高用电负荷已达12.9亿KW，同比+6.3%，中国电力企业联合会预测2023年全国最大电力负荷可能超过13.7亿KW，在未来用电高峰期负荷越来越大的趋势下，换电站作为虚拟电厂协助调峰调频的价值将愈发凸显。拥有储能功能的换电站可以协助调频，为电力系统安全运行护航。换电站可以在电网频率出现偏差时接入电网调度中心参与电网调频，确保电力系统安全运行。以蔚来为例，根据其站内电池分配情况，其每个换电站有600-700度电的储能能力，站标约13块电池。其中2-3块用于用户更换所备电池，其余10-11块电池在闲时可随时接受电网指令向电网放电5-10分钟用于协助电网调配。2022年蔚来在合肥的15座换电站曾帮助电力调度控制中心在1分钟内降低负荷1.4兆瓦，而自身每块电池的充电时间仅增加了约5分钟，几乎不影响用户的正常换电服务。换电单站投资成本较高，但运维降本空间较大目前充换电站主要服务乘用车，因此我们对乘用车充换电站投资成本进行对比。同时需注意在不同地区内不同数据信息如购电成本等存在一定的微小差异，相应比例为取平均值后等进行处理过的数据；此外由于各地充电单桩/换电单站一次性补贴不等，多居于200-300元/KW间，因而不计入下文成本分析与计算。充电站：国内以交直流混用站为主，总投资成本150-250万元。据艾瑞咨询，充电站投资成本主要由设备成本（充电机、电量计费系统、其他设备）、建设成本（建筑建造、配电变电设施建造、消防设施建造）构成。充电机由一定数量和比例搭配的快充桩和慢充桩组成，其中硬件设备/制造/人工成本分别占设备购置成本93%/4%/3%；建设成本占总投资成本比重约25%。单站总投资成本约150-250万元，正相关于充电机配比数量。换电站：乘用车单站投资成本约491万元。换电站投资成本主要包括设备成本（换电机器人、电池仓、换电平台等）、电池成本和建设成本。设备成本中，AGV平台/电池周转仓/集成站壳体/充配系统占总投资成本比重分别约13%/11%/11%/8%；其他系统包括监视设备消防和消防设备等，占比11%；电池成本/建设成本分别占比约26%/20%，合计单站投资总成本约491万元。运营端：换电站运营成本更具优势换电站具有购电成本优势。据艾瑞咨询，换电站和充电站的运营成本主要包含购电成本、设备维护成本、劳务成本、场地租金、其他运营成本。购电成本方面，充电站购电电价为电网实时电价，而换电站内充电系统主要以集中充电、交流慢充的方式对更换下来的电池进行充能，在电度电价低谷时段集中充电使得换电站具有购电成本优势；劳务成本方面，换电站仍需一定人力进行运营、电池更换，而充电站基本可实现无人运营，换电站劳务成本高于充电站；设备维护、场地租金和其他类成本二者大抵相同。多家智能汽车制造商积极推进无人换电站布局，进一步优化换电运营成本。在蔚来第三代换电站上，通过加装两块Orin-X芯片和两个激光雷达，实现召唤换电与自动泊入的功能。车主将车辆停在换电站旁边的指定起始区域后，车辆便能够自动泊入电站并进行换电。无人换电站不仅人工成本大幅降低，换电效率也显著提升，从而提高换电站的可持续性和经济性。从需求端来看：乘用车、商用车换电渗透率逻辑各异换电模式应用场景广泛。根据应用场景的不同，车辆可分为乘用车、商用车两种。乘用车多用以方便出行，主要用于载运乘客、随身行李等；商用车指为商业活动设计的车辆，主要用于大规模运载人员、货物及牵引挂车。目前来看，私家车、出租车、公交车、短途重卡均可作为换电的应用场景，并且大多场景已开始逐步落地。未来随着政策端支持和技术端推动，预计换电模式将进一步渗透进私家车领域，换电应用场景也将持续丰富。细分来看，换电在乘用车、商用车上应用逻辑各异。负荷率通常指发动机某段时间内的平均负荷与该段时间内的最高负荷的百分比，负荷率越高，车辆在同等条件下的运行里程越高。因此，高负荷率更适用于远距离、长时间的车载应用场景，主要用于部分出租车与重卡之中。具体来看：1）对于出租车而言，长时间停车充电会导致损失相应载客收入，机会成本较高；因此，基于效率与机会成本考虑，快速补能的换电模式契合车辆运营要求。2）对于重卡车辆而言，目前大多数重卡均采取“1车2司机”配置昼夜行车，以满足运货需求；基于时间成本考虑，重卡适合通过换电缩短补能时间。目前包括干线物流车、渣土车、重卡、矿坑车及部分专用车在内的各类用车场景均在大力发展换电模式，相关产品及商业化逐步被市场验证。商用车：重卡发展前景广阔，或成换电模式主流方向商用重卡与换电降本方向相得益彰，或成为换电模式主流应用场景。相较于乘用车及其他商用车，重卡具以下特点：1）重卡多为两班倒、全天候运营，对充电等待时长极为敏感；2）重卡多为批量采购（约占30%），有望实现规模化运营；3）重卡多负责重型产品运输，而其仓储位置一般位于远郊且起止点、运输路线相对固定，对换电站密度要求较小。从换电场景来看，预计未来降本方向主要在于：1）电池可拆卸，且拆装较为方便，节省单位服务时间；2）车型规格统一，形成规模化优势以压低单位成本；3）区位选址于特定区域，降低租金成本。综上所述，商用重卡的特点与换电模式降本方向一致性较高，未来或成换电主流应用方向。政策指引换电重卡发展方向，电网和发电企业已陆续布局。从政策力度来看：2019年起，政府出台相关政策鼓励新能源汽车在货运领域的推广应用，陆续颁布《柴油货车污染治理攻坚战行动计划》、《重污染天气重点行业应急减排措施制定技术指南》等，将清洁能源车辆占比≥80%作为评优指标；2021年10月，工信部、国家能源局联合印发的《关于启动新能源汽车换电模式应用试点工作的通知》，首次提出在宜宾、唐山、包头三座城市进行换电重卡试点；在国家政策指引下，地方政府也相继出台支持政策，促进换电重卡发展。从企业表现来看，目前多方企业加紧布局：1）电网企业：国网下属商用电动汽车公司将换电重卡作为业务重点，与电力企业、矿山企业等达成合作，据商用电动总经理海晓涛在《2022中国汽车供应链大会》上发表的主题演讲，截至2022年6月商用电动投建运营商用车和乘用车换电站11座，服务各类商用车超过800辆；2）电池企业：宁德时代全资子公司时代电服于2022年1月发布换电品牌“EVOGO”；且宁德时代于2023年1月对其进行增资，注册资本由2亿元增至15亿元，增幅高达650%；3）新能源车企：蔚来2021年发布NIOPower计划，计划到2025年建成9纵9横19大城市高速换电网络。“车电分离”模式破局成本劣势，换电重卡赛道持续发展。新能源换电重卡主要采取“车电分离”的运营模式：1）运营商仅购买裸车，电动重卡所需动力电池由资产管理公司向电池企业批量购买并运营；2）用户以租赁方式从电池资产管理公司租用电池；3）电池管理公司融资布局形成换电全产业链生态圈（动力电池、动力总成、换电集成、智能联网），向用户提供换电车辆、换电站、车联网以及投资、融资租赁等服务。据我们测算，相比于传统的充电模式，换电模式在行使105万公里的全生命周期下相较燃油重卡可节省约37万元的电池成本。得益于“车电分离”模式持续推广，换电重卡迎来高速发展。从销售数量来看，据电车资源统计，2022年1~12月换电重卡共销售12431辆，同比增长285%，成为新能源重卡第一补能车型；其中12月份换电重卡销量更是呈现井喷式增长，共销售3349辆，同比增长353%。从换电站规模来看，据艾瑞咨询统计，2021年商用车换电站数量658座，同比增长139%；用电市场与运营市场分别达9.5亿、23.3亿元，同比分别增长138%与75%；换电重卡配套设施短板日渐补齐，未来有望迎来更大发展。从目前新车申报来看，根据工信部2023年1月最新发布的第367批新车申报产品公示，本批上榜的298款新能源专用车中，换电重卡占据28款，环比增长21.7%。我们测算，换电重卡的TCO成本相较燃油重卡大幅减少。全生命周期成本理论（TCO，TotalCostofOwnership）将总成本分为三部分：设备购置成本、生命周期运行成本、停工期间损失的生产成本。考虑到交通运输行业特点，叠加疫情管控放松对停工损失的减少，我们将购置成本、使用成本和维护成本纳入TCO理论分析框架，并作出如下假设：1）基本电费（含税，含服务费）1.40元/kwh，燃油价格参考2023年2月8日92#油价，取7.8元/升；2）总运行里程假设为105万公里（5年×300日/年×700公里/日）；3）假设电池采用三块，电池租赁成本1300元/月，电池购买成本31.02万元/块；4）燃油重卡购置税2.60%。我们的测算结果显示：采用电池租赁/单独购买方式的换电重卡TCO成本仅为388.24/379.90万元，相较于燃油重卡分别节约5.9%与7.9%，未来随着成本进一步下降预计经济性将更加凸显。换电模式对基本电费极为敏感，对运行里程则表现稳健。根据我们的敏感性分析测算：1）其他条件不变，当基本电费小于1.55元/kWh时，换电重卡相较于燃油重卡拥有成本优势；2）其他条件不变，当全生命周期运营里程在50万~250万公里变动时，对应年运营里程10万~50万公里，换电重卡相较于燃油重卡有明显成本优势。目前，一方面，随着疫情管控的放松和经济逐渐回暖，交通运输行业有望迎来复苏，成本对运行里程稳健的换电重卡表现优异，未来有望迅猛发展。另一方面，碳中和背景下，预计新能源行业电价将受益于补贴或行政性降价，未来电价上涨空间有限，换电重卡优势将长期维持。乘用车：B端赛道确定性较强，C端未来可期出租车市场未来可期。出租车换电模式未来可期，主要体现在：1）出租车每日行驶里程在300~400公里，且对充电时长较为敏感，适合于快速的换电模式；2）出租车质保需要里程在40万~50万公里以内，采取快充易损伤电池，在里程超出后将导致电池使用寿命下降，因而换电模式更为有利；3）出租车多为集中采购，可采用统一车型，与换电合力规范化、规模化发展。双班制出租车场景更适合换电车型，司机收入优于充电模式4.61%。对高频使用的运营车来说，电动汽车的补能效率极大影响了运营车辆的收入水平。根据《纯电动出租车换电运营模式收益分析》（刘青，2022）中的测算，在理想情况下，采用换电模式的出租车司机可实现月盈利7834元，分别高于天然气型、充电型3.12%、4.61%。换电标准统一助力打开乘用车C端市场，有望增加行业规模。当前行业内仅蔚来等小部分车企推出的电池租用服务涉及私人换电领域。但随着换电进一步普及和换电站的兼容程度增强，运营商将会进入私人消费市场。目前，行业内存在两种发展方向：1）实行“车站兼容”方案，即一个换电站能给多个车型换电，促进换电运营商进一步走进私人换电市场。目前，奥动新能源的“红色奥动战略计划”将通过共享换电实现“车站兼容”；协鑫能科的乘用车换电站也可兼容两款以上的换电车型；此外，吉利、蔚来、上汽等车企纷纷推出适配自家多种车型的标准电池包。换电站运营商通过“车站兼容”可实现对同一品牌的多种车型进行换电，并向C端市场进行延伸。2）实现标准化应用。宁德时代的“巧克力换电块”电池是其中的典型代表，据EVOGO官网，其采用最新CTP技术，可提供200公里的续航；分箱换电模式下，车主可在换电时任意选取一到多块电池以适配不同里程需求；该换电站将适配全球80%已经上市及未来3年将要上市的纯电平台开发车型。行业空间测算：成长空间广阔，2022~2026年CAGR有望达93%基于新能源车保有量，我们对换电站保有量进行测算。通过前文论述，我们对换电行业未来发展做出如下关键假设：1）得益于产业链各环节企业的积极推进与换电出租车、换电重卡的未来前景，我们认为2023-2026年换电车渗透率逐年提升，其中乘用车2023/24/25/26年渗透率分别为4%/6%/8%/10%，商用车渗透率分别为15%/22%/29%/35%；2）参考过往三年平均水平，假设2023-2026年新能源乘用车/商用车占新能源车销量比重保持不变，分别为95%/5%；3）年度内的汽车保有量损耗（报废车辆）可忽略不计，因而，当年度保有量=上年度保有量+当年度新增量；4）考虑规模效应的存在，假设单站价值量以每年2%的速度下行。基于上述测算，我们认为，换电行业将在未来迎来井喷式发展，预计2026年换电站保有量将达到27489座，对应2022~2026年CAGR达93%；2026年换电设备市场规模有望达305亿元。当下换电站制约因素正逐步改善历史上新能源换电商业模式屡屡受挫2007年1月，以色列出于国家安全考虑，计划大力发展电动汽车项目。同年10月，BetterPlace成立，是世界上第一家从事新能源汽车换电运营的公司。2008年，BetterPlace公司与雷诺日产汽车公司签订合作协议，提出“换电站+电池租赁+平价国民车”的商业模式，BetterPlace首先向汽车公司购买雷诺FluenceZE，再结合车电分离的销售模式，通过电池运营服务获取利润。2008-2013年期间，BetterPlace在全球布局换电网络，分别在以色列、丹麦累计开设了39、17个换电站，并在日本、澳大利亚、加拿大等国家布局。其中2011年4月，BetterPlace与中国南方电网就换电模式签订战略合作协议，共同在广州建立供应链中心和电动汽车网络，并曾计划同年在广州设立换电站及体验中心。但是BetterPlace最终于2013年5月BetterPlace申请破产。我们认为其破产的原因主要有三点。1）用户习惯尚未形成，新能源汽车市场渗透率低。2）换电站建设成本和运营成本过高。3）车企配合度低，电池尚未完全标准化。以中国市场为例，主要获利方为国家电网和BetterPlace，大部分车企对于统一电池标准积极性低。2013年布伦特原油价格高达119.17美元/桶，新能源汽车再次受到市场青睐，特斯拉为了进一步提高新能源汽车的市场占有率，解决用户充电难的问题，同时推出了充电、换电两种模式。充电模式方面，2012年9月首次部署超级充电桩。换电模式方面，2013年6月，特斯拉首次公开93秒的换电技术，并于2014年在美国加州哈里斯农场建立第一个新能源汽车换电站。然而，2015年开始特斯拉停止换电业务运营。我们认为换电模式最终不敌充电模式的原因有三点。1）换电模式价格贵、手续繁琐不受用户青睐。车主换电需要额外支付60-80美分的换电服务费用，并且更新后的账单需要自费邮寄给特斯拉换电站；2）换电站成本高利润低。换电站所提供的电池兼容性低，异形电池无法跨车型共享，低利用率无法摊销换电站的高昂建设及运营成本；3）缺乏政府支持。换电站的选址难度大，特斯拉多为私有车型，车主轨迹多样，为了尽可能服务更多的客户，换电站的地皮批准往往需要政府提供支持。同时，政府还应为换电站建设提供财政补贴。如今新能源土壤已备，但资本和产业对换电站仍存质疑，主要是换电站存在诸多制约发展因素主要问题集中于：1）动力电池规格、材料、技术标准化程度低，不利于换电体系流转；2）主机厂间协议难以互通导致换电只能品牌内部流转；3）换电方式存在差异；4）换电站建设及运营成本高昂。动力电池材料种类丰富。动力电池主要以锂电池为主，市场上根据锂电池的正极材料，可以将锂电池分为磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂以及三元材料。磷酸铁锂稳定性好，循环寿命长，安全性较高，但是低温适应性差，能量密度低。锰酸锂资源丰富，但是稳定性和循环性能欠佳。钴酸锂有较高的能量密度和低温适应性，但是稳定性差，安全性较低。三元材料有较高的能量密度和较好的低温适应性，但是循环寿命不长。综合材料的性质，目前市场上主流的动力电池以磷酸铁锂和三元锂电池为主。主流动力电池厂家技术发展路线迥异。动力电池行业龙头宁德时代已经推出第三代CTP技术，可应用于其旗下的磷酸铁锂电池和三元电池，被称为“麒麟电池”。比亚迪则专注于发展磷酸铁锂电池，其发布的“刀片电池”电芯扁平窄小，可以通过阵列的方式排布。蜂巢能源布局“短刀电池”，涉及无钴、三元材料到磷酸铁锂多种电池材料。亿纬锂能则致力于发展大圆柱电池，在2022年中国电动汽车百人会论坛上，亿纬锂能董事长表示，大圆柱的叠片方案的磷酸铁锂电池将是行业主要的发展方向。卫蓝新能源在2022年中国电动汽车百人会论坛上表示，公司推出混合固液电解质电池，可单次充电续航1000km。电池规格多样化，标准化程度低。2017年《电动汽车用动力蓄电池产品规格尺寸》（GB/T34013-2017）推荐性国家标准发布，把动力电池分为145种规格，包括圆形电池6种，方型电池125种，软包14种。然而，由于各企业的技术路线存在差异，在电芯层面上的规格差异更加突出。据我们对各电池商推出型号的不完全统计，2020年1到9月实现装机的电芯单体型号有近280个，其对应的电芯单体尺寸有300多种。电池尺寸规模上的差异会直接影响电池生产制造、整车配套和电池回收多个环节。对于换电站而言，电池尺寸规模的差异还会造成在不同车型之间的切换困难。换电电池包通信协议、电连接器技术不统一。CAN协议主要用于汽车中各种不同元件之间的通信，以替代昂贵的配电线束。传统车辆通常采用SAE-J1939的形式制定CAN总线协议。然而新能源汽车加入了电池系统和新的电机系统，面临重新设定PNG码等问题。因此，各车企之间形成了不同的CAN通讯协议。电池供应商需要根据主机厂的定义，修改电池包的CAN协议。不同车企之间的电连接器技术也在多元发展。因此，通信协议和电连接器技术的差异会导致换电难以在不同品牌、不同车型之间进行，通常只能在车企内部进行标准统一，进而导致换电受众规模小，难以盈利。各品牌间利益牵扯较深，新能源车企间较难统一标准。新能源汽车行业发展过程中涌现出一大批新能源车企，每个新能源车企都拥有自己的核心技术和平台。核心技术与平台的多样性意味着换电标准也难以统一。要统一换电标准，新能源车企需要进行多方面的调整，包括知识产权、平台管理、生产线等一系列问题亟待解决。除此之外，车企和电池供应商之间还需要共享相关数据。由于不同车企的行业地位、技术发展水平不一致，强行统一标准将会触动多方利益。因此，新能源车企或为了维护自身利益不愿意统一标准。不同车企的换电方式之间存在差异。目前换电模式主要分为垂直对插式换电、侧面对插式换电和端面换电三种方式。垂直对插式换电即车身运行方向和电池行进方向互相垂直，代表车企有蔚来和特斯拉。侧面对插式换电即车身运行方向和电池行进方向平行，代表车企有众泰和力帆等。端面换电和对插式换电基本类似，电池安装在底盘，但是换电过程中由插件接触面定位，而非通过导向的轴孔，代表车企有北向新能源。除上述三种换电方式外，还有少部分车企采用手动换电模式，例如康迪电动汽车在电池安装好后手动连接电池和车辆的插件。统一换电模式需要对不同的车身以及底盘结构进行统一改造，车企的设计和改造成本高，配合度较低。换电站投资成本重，运维成本高。根据协鑫能科2022年5月发布的《新能源换电站建设项目可行性分析报告（修订稿）》显示，单个乘用车换电站投资概算为490.72万元，其中换电站投资260.72万元，线路及其他投资100万元，备用电池投资130万元；单个重型卡车换电站的投资概算为914.14万元，其中换电站投资420.14万元，线路及其他投资235万元，备用电池投资259万元。据北汽新能源公告，一个重卡换电站的建设成本近1000万元，每个站按标准需要储备28块替换电池，每块电池成本标价11.5万元，备用电池投资就高达322万元。除了高昂的投资成本之外，换电站还需要支付不菲的运维成本，包括土地租赁费用、人工费用和电力费用。一座占两个车位的蔚来换电站就需要两位值守人员，多座换电站之间还需要共享基建维护和安全维护人员。同时我们也看到各种制约因素正逐步减弱电池逐步标准化：车企和电池供应商正在主导电池标准化进程，以降低生产成本同时将有效推动换电实施可行性。电池标准化的重要前提之一是电芯的设计限定阈值。在此基础上，车企和电池供应商分别主导着不同思路的标准化。比亚迪将刀片电池尺寸标准锁定在960*13.5(14)*90(102)mm，通过增减串联的方式改变电池容量，同时将电池材料统一为磷酸铁锂，实现材料的标准化。上汽“魔方”电池将长度和宽度固定在1690mm和1300mm，通过改变高度和串联设计改变电池容量，并运用不同的材料体系实现容量分级。除了车企外，宁德时代主要推出148mm的电芯，打造多种容量规格的电池，并运用在蔚来、小鹏等车企上。无论是车企还是电池供应商主导的标准化，目的都是最大程度上降低成本。在未来，动力电池将有望实现标准化统一。换电站正在向兼容多种电池和车型发展。以蔚来为例，2023年3月，蔚来三代站首发亮相海南海口。新一代的蔚来换电站对高柔性换电机构进行了升级，轴距兼容范围为2800-3300mm，从3100mm增加到3300mm，轮外侧距兼容范围为1900-2800mm，从2500mm增加到2800mm,可兼容更多尺寸的车型，特别是可向下兼容阿尔卑斯品牌车型。蔚来三代站还将电池仓位数量从13个增加到21个，可以兼容不同尺寸的电池包，特别是可以兼容阿尔卑斯车型上的电池。在未来，换电站还可以发展出多通道换电站，以适应不同换电方式的车型。换电站通过增强自身的兼容性，可以逐步减轻标准化程度低的问题。新能源汽车龙头效应愈发明显新能源汽车龙头效应明显，集中度进一步提升。2022年新能源汽车实现销量524.9万台，其中销量前三的厂商分别为比亚迪、上汽通用五菱和特斯拉（中国），分别销售158.3万、44.7万和44.2万辆，分别占比30.2%、8.5%和8.4%。CR3的厂商占市场份额的47.1%，CR10厂商占市场份额的69.4%。新能源汽车龙头效应明显，市场集中度高，少数几家车企占据整个市场份额的半壁江山。高市场集中度有助于促进电池标准化。车企内部实现标准化相对而言较为容易。当市场集中度较高时，车企内部实现动力电池的标准化整合，会促使动力电池的集中度也相应提高。以比亚迪为例，2019年至2022年，比亚迪的市场份额经过2020年短暂环比下降后，迅速挤占市场，2022年市场份额提高至30.16%，上升趋势明显。同时，比亚迪内部也在推进动力电池标准化，将刀片电池尺寸标准锁定在960*13.5(14)*90(102)mm，将材料统一为磷酸铁锂。两种趋势的协同促进下，市场上的动力电池有望实现进一步统一标准。换电站成本正在