28 Sep 从智能电动汽车到智能电网：构建能源互联网生态
2024年9月13日撰文：Bill Russo、汤文佳、陆仕诚 自21世纪初以来，中国已经将推动交通电气化纳入国家战略层面，目的在于增强其能源安全。鉴于中国约70%的石油需求依赖于进口，高度依赖外部能源在当前地缘政治日趋动荡的背景下，显然存在风险隐患。因此，减少对外部能源的依赖成为了中国的长期战略方针。在过去的十年中，中国通过发展新能源汽车（New Energy Vehicle）*的供应链，有效地解决了之前阻碍新能源汽车大规模商业化的诸多问题，尤其在降低成本和提升用户体验方面取得了显著成效。 近年来，新能源汽车在中国市场的迅速普及，不仅增强了中国在全球汽车供应链的实力，还推动了新能源汽车作为能源基础设施的下游应用的发展。这其中包括本地的充电设施和广泛的能源管理系统，使得汽车逐渐融入到“能源互联网”生态系统中，智能电动汽车成为了能源互联网中的关键组成部分。 * 新能源汽车（New Energy Vehicle）：包括纯电动汽车（BEV）、插电式混合动力汽车（PHEV）和燃料电池汽车（FCEV）。中国新能源汽车产业的指数级增长历程 在过去的二十年中，中国的新能源汽车产业经历了四个发展阶段。最初阶段，即2009年之前，发展重点在于鼓励加大对新能源汽车的投入及其在移动出行行业的推广，以推进整体汽车行业的发展。2009年，中国政府通过宣布对小型车的税收减免以及为农村地区的汽车销售提供激励，继续刺激市场。同年，政府发布了《汽车产业调整和振兴规划2009-2011》，提出了八八大主要任务目标，这些目标旨在确保中国汽车生产和销售的稳定增长，并支持新能源汽车研究，目标是借助更新、更高效的驱动技术赶超发达市场。到2017年，中国汽车销量持续扩大（参见图一），2017年也标志着中国国内汽车销售的顶峰年份，而新能源汽车的销量仅占市场总量的2.7%。当时新能源汽车的普及主要是由针对车队购买的重大激励措施所驱动。自2018年以来，中国新能源汽车销售已从依赖补贴的模式转向更为成熟的市场导向模式，购买主力从车队转变为个人消费者。同年，国家发展和改革委员会宣布，将在五年内逐步取消对汽车制造商的外资投资比例限制。首先取消新能源汽车领域的外资限制，到2023年取消所有类型的合资企业限制。2018年5月，特斯拉与上海政府签订了汽车生产基地协议，将于临港自由贸易区建设Gigafactory 3。中国政府向特斯拉提供了包括廉价土地和低息贷款在内的一系列支持，期望特斯拉能帮助培养本地供应商，促进中国电动汽车行业的发展。特斯拉在2019年于上海建设并投产的超级工厂通过推出价格合理且配置齐全的电动汽车，激发了整个中国电动汽车供应链的活力。同时，新兴的中国电动汽车品牌及传统汽车制造商也纷纷通过技术创新和发布新车型加速布局电动汽车市场。激烈的市场竞争和科技创新推动了电动汽车在中国的普及。2024年7月，中国新能源汽车的单月销量首次超过了纯汽油动力乘用车。 来源：中国汽车工业协会，Automobility分析 图一：中国汽车市场销量 2014-2023 在汽车行业的颠覆浪潮中破浪前行 目前，中国已经达到了一个转折点，正在经历一场深刻的、跨时代的变革，这场变革关乎出行需求的满足方式以及智能电动车技术的迅猛发展，中国的新兴优势也不再单纯依赖于政府政策和外资的投入。电动化并不能完整描述中国出行领域正在发生的变革——中国的互联网经济在这一变革中扮演着关键角色。 我们正经历一场互联网经济引导的出行革命，互联网企业正积极投资以提升各类出行服务的效率。截至2020年底，中国互联网用户数量接近十亿，为各类互联网服务构建了巨大的市场空间。几乎所有中国人都通过互联网平台获取服务，这些服务包括人或货的流动。 始于20世纪末的信息和互联网技术革命，现在正成为推动出行创新的加速器，众多从数字经济中崛起的创新型公司正在积极布局出行创新领域。包括互联网巨头（百度、阿里巴巴、腾讯）和智能设备制造商（华为、小米）在内的互联网平台企业，正在大力投资，试图通过其开发的智能解决方案，在出行、能源和其他线上线下服务相关领域拓展新的业务。中国的数字经济正在引领一种全新的、以服务为核心的商业模式——从主要在销售时获得收益，转变为在其整个生命周期内以更多元的服务来获取持续性收益。新的商业模式与数字经济高度融合，因此其参与者通常来自互联网生态系统。互联网公司能够高效整合需求，并在提供智能化服务领域拥有丰富的商业化经验。中国的汽车行业爆发出的颠覆性力量不仅仅局限在技术发展方面。中国的出行市场在政府、创业公司和互联网经济的支持下，正在经历三个发展重塑阶段（参见图二）。这些在中国兴起并迅速扩展的浪潮，通过为用户提供更加便捷且实惠的出行解决方案，正快速推动共享出行经济的普及。 来源：Automobility 图二：汽车行业的三次颠覆性浪潮 在大数据时代，智能设备通过移动互联网为消费者提供个性化服务。如今，这些互联网技术正被整合到交通工具中，改变这些工具的盈利模式。这一变革始于基于手机应用的按需出行服务，在“Automobility1.0”时代，便捷且高效的出行服务，将我们的生活、工作和娱乐紧密相连，使得这类服务在中国迅速普及。同时，公共交通系统、停车、充电站等都已通过共享平台为用户提供服务，吸引了众多互联网巨头和主机厂的投资。 在“Automobility2.0”时代，中国的汽车行业全面迈入了“智能电动车”或“智能网联汽车（ICV）”的新纪元。我们见证了高级驾驶辅助系统（ADAS）技术的加速商业化，让驾驶体验变得更加轻松。未来，我们将迎来“Automobility3.0”时代，即自动驾驶按需出行（AMOD）时代，届时无论是人员（如无人驾驶出租车）还是货物（如无人驾驶送货车）的运输都将实现自动化运行。虽然传统的汽车驾驶出行方式仍将存在，但智能无人驾驶汽车运营的成本优势将推动其大规模商业化。中国借助其庞大且充满活力的数字经济，正在将传统的以产品为中心的汽车产业转型为以用户服务为核心的移动物联网商业模式。当车辆被视为智能设备时，它能够收集用户、车辆及其周边环境信息并将数据上传到云端进行分析，以便更好地为用户提供基于大数据的服务（参见图三）。 来源：Automobility 图三：移动物联网数据商业化 通过让汽车变得更加智能和互联，中国正在引领将智能电动车融入诸如能源管理的城市智能管理系统。这种融合不仅成为全球市场的典范，也预示了智能电动车在城市能源系统可持续管理中将可能扮演的重要角色。能源互联网生态系统的蓬勃发展 2021年10月，我们在《智能电动汽车如何驱动智能能源管理的转型》一文中首次提出了“能源互联网生态系统”的概念。过去几年，我们见证了该生态系统的发展趋势：智能电动汽车技术不仅局限于其核心应用，更扩展将至智能电网和城市能源管理领域。在这一生态系统中，电动汽车逐渐扮演起分布式储能单元的角色，它们不仅能储存能量，还能与电网进行动态的能量交换。这种整合不仅增强了电网的稳定性，还提高了可再生能源的利用率，预示着中国正在向构建一个更具弹性和灵活性的能源管理系统的转型。在这个不断进化的能源管理系统中，新的商业模式正迅速涌现，它们突破了传统的车辆所有权模式，开辟了全新的收入渠道（参见图四）。智能电动汽车制造商正积极推出专属的补能解决方案，以提升电动汽车用户体验和品牌知名度。例如，蔚来汽车作为换电技术的领跑者，通过其“蔚来能源”平台，推出了创新的电池即服务（BaaS）商业模式。这种商业模式允许用户根据日常需求选择合适的电池容量，并可随着技术升级换装更先进的电池，确保车主的车辆性能和续航里程始终处于最佳状态。此外，蔚来通过将电池成本从车辆购买价格中分离出来，显著降低了其电动汽车的销售价格。从2019年起，蔚来也一直是车网互联（V2G）技术的领导者，在一些试点城市部署了V2G站点，进一步推动了电动汽车与城市能源互联网生态系统的融合。 来源：Automobility 图四：从核心领域向外围领域拓展的能源互联网生态系统 中国新能源汽车充电基础设施发展概况 中国在全球电动汽车充电基础设施方面处于领先地位，无论是快充桩还是慢充桩的数量均显著增长（参见图五）。截至2023年，中国的充电桩总数已超过欧洲和美国的总和，新能源汽车与公共充电桩的比例保持稳定，同时，私人家庭充电桩的普及率也显著提高。在充电方式上，快充因其便捷性更受消费者青睐，公共快速充电服务主要由几家国内领先的运营商主导。 来源：国际能源署（IEA），Automobility分析 图五：全球主要地区电动汽车充电基础设施统计 从2019年至2023年，中国的充电基础设施实现了爆发式增长，以支撑电动汽车的大规模普及。在这四年间，中国充电桩总数增长了超过七倍，从120万增至860万，而新能源汽车的保有量也增长了约5.4倍。充电设施的发展速度超前于新能源汽车的增长速度。就充电桩类型而言，新能源汽车与公共充电桩的车桩比保持在大约7到7.5辆车每桩的水平。值得注意的是，随着技术的发展和电网分配效率的增强，公共充电站中快速充电桩的数量正在增加，这显著提升了公共充电设施的效率。车网互联（V2G）技术在本地能源管理中的创新应用 随着电动汽车的普及率不断提高，越来越多的居民开始安装私人充电桩，这对住宅社区的电力基础设施带来了不小的挑战。如果充电过程缺乏有序管理，可能会对电网造成过重的负担。短期内，建议采用分时电价机制来引导有序充电。这种策略鼓励车主在用电低谷时段充电，这样不仅能享受到更低的电价，还能减轻高峰时段的电网负荷，帮助稳定电网并优化能源消费模式。中期来看，引入车网互联（V2G）技术和分布式能源资源管理将大幅提升电力管理的灵活性（参见图六）。长期而言，必须提前规划并实施大规模的电网升级，以适应未来的需求。 借助V2G技术，电动汽车可以充当移动的储能设备，电动汽车不仅能从电网中获取电力，还能在需要时将电力回馈给电网，从而在用电高峰时段平衡电力供需。要实现V2G功能，需要进行一系列的技术升级，包括更新电池管理系统（BMS）以支持双向充电并管理双向能量流动。此外，车载充电器和通信协议也需要升级，以确保与电网的无缝高效集成。充电站同样需要增强，以具备双向充电能力，并配备智能管理系统和先进的通信接口，有效管理双向能量流动。 然而，将V2G技术整合进现有体系并非易事，面临多重挑战。首先，现有电动汽车和电网基础设施的改造技术复杂性高。其次，频繁的充放电循环可能会加速电池老化，影响电动汽车的长期使用和经济效益。此外，经济效益层面的考量也至关重要，目前仍在探索一种能够覆盖各项成本多方共赢的财务模型。最后，确保双向能量交易的安全性对于预防可能对车辆和电网造成的风险至关重要。 来源：Toka Energy 图六：V2G 和分布式能源管理 分布式能源资源、虚拟电厂与城市能源管理的未来 分布式能源资源管理是一种模块化的技术，能够在需要的地方提供电力容量，减少了对大规模电网调度的依赖。在这种情况下，配备车网互联（V2G）技术的电动汽车成为了分布式能源资源中不可或缺的部分，它们像移动的储能设备一样，有助于增强电网的稳定性。然而，推广家庭分布式能源系统面临着诸如成本高昂、隐私担忧以及缺乏成熟的电力市场定价机制等挑战。 来源：Automobility分析 图七：虚拟电厂示例 虚拟电厂是现代能源管理中的一次革命性创新，它通过整合来自工业和住宅领域的分布式能源资源，优化并实现区域能源资产的货币化（参见图七）。虚拟电厂利用智能软件实时协调众多小型能源资源，提高能效并快速响应需求变化。例如，自2016年起，上海黄浦区实施的虚拟电厂项目在整合和管理商业楼宇及住宅社区的用电负荷方面取得了成效（参见图八）。 来源：黄浦发布图八：商业建筑运营和住宅能源需求响应平台 城市能源管理的未来和能源互联网生态的扩展，离不开各利益相关方的积极参与以及技术整合。能源的全面转型是一个长期而复杂的过程，它需要政府主导，从顶层设计出发，推动电网的深度改革。这种策略对于通过创新和协作有效转变城市能源管理至关重要，为打造一个更加可持续、高效的城市能源生态系统奠定基础。 关于作者Bill Russo 是Automobility Limited（上海谋拓商务咨询公司）的创始人兼首席执行官。他拥有超过40年的行业经验，其中包括在克莱斯勒公司担任高管15年，以及在中国和亚洲地区超过20年的工作经验。他还曾在IBM和Harman公司工作了近12年，积累了丰富的电子信息技术产业经验。Russo先生为众多跨国公司和中国本土企业提供咨询服务，协助他们制定和执行全球市场及产品战略。此外，Bill目前还担任上海美国商会汽车委员会的主席。 通过电子邮件联系：[email protected]汤文佳 是Automobility Limited（上海谋拓商务咨询公司）的项目总监。她拥有超过十年的专业经验，其中包括六年的咨询经验，专注于汽车和数字领域，以及五年的移动出行和自动驾驶行业经验。她对中国汽车行业有着深入的理解，特别是在共享化、电动化、智能化和自动驾驶等领域。汤文佳还曾领导了多个创新型“0-1”项目，涵盖从创新商业模式的设计到成功实施全流程。 通过电子邮件联系：[email protected]陆仕诚 是Automobility Limited（上海谋拓商务咨询公司）的咨询师。他拥有超过6年的专业经验，其中包括作为普华永道的审计师，负责汽车、能源和航空行业的IPO和审计工作3年。他还曾在一家专注于金融科技投资的风险投资公司担任投资经理。陆仕诚目前在为跨国公司和初创企业提供咨询和投资顾问服务。 通过电子邮件联系：[email protected] 英文原文：From Smart EV to Smart Grid: The Internet of Energy Ecosystem ...
