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關鍵詞:電動汽車;電網企業;戰略選擇
中圖分類號:F407.471 文獻標識碼:A 文章編號:
隨著環境和能源問題的日益嚴重,全世界范圍內都在尋求一種可持續發展的能源利用模式,電動汽車作為環保和節能的代表,大范圍的推廣和應用是必然趨勢。電網企業作為電動汽車能源的供應商,電動汽車快速發展和大規模市場化必然給電網企業帶來巨大的影響。電網企業應積極應對,主動尋求應對策略,分析電動汽車帶來的影響,選擇合適的發展戰略,進行戰略部署。
在對待電動汽車飛速發展的問題上,電網企業的壟斷地位、電網的運營經驗等,使得企業在進軍電動汽車相關業務上處于有利地位。但也存在一定的薄弱環節。其內部的劣勢如組織構架、管理落后等方面對企業的影響較小,并不得阻礙電網企業開拓電動汽車市場的腳步。但是主要競爭對手石油企業存在較大的威脅,其龐大、完善的終端銷售網絡相對電網公司而言具有絕對的優勢,不可超越,這將嚴重制約電網企業在電動汽車充電行業的快速發展。總體而言,電網企業布局電動汽車充電市場,具備優勢,符合電網企業的戰略發展目標。
1、電網企業公司層戰略
電網企業試圖大力開拓電動汽車用電相關業務,并形成一定的競爭優勢,其戰略部署需要與電網企業現有的公司戰略和企業文化相適應。因此任何有關電動汽車業務戰略模式的選擇和具體實施方案都要以其現有的長遠戰略目標為出發點。電網企業開拓電動汽車相關業務,在公司層戰略上應采取縱向一體化戰略。
縱向一體化是指一家公司生產它自己所需的原料(后向一體化)或擁有自己的產品分銷渠道(前向一體化)。在我國電網企業掌握著電能的輸送到營售環節,在開拓電動汽車相關業務時,為電動汽車提供電能補充服務是電力價值鏈的延伸和電力服務業務的擴展。電網企業應立足于為電動汽車提供電能補充這一核心業務,以電動汽車的快速發展為契機,以智能電網的發展為基礎,向上下游延伸,實現全產業鏈的發展,通過縱向一體化的相關多元化戰略獲得市場影響力。
電動汽車的產業鏈如圖1:
圖1. 電動汽車產業鏈
電網企業是電網的運營者,電能的供應商,其核心業務應該在電能補充和電池租賃這一部分,為電動汽車提供充換電服務。這一部分也將是電動汽車產業鏈中最大的利潤來源,電網企業應抓住這一核心業務,大力開展充換電站的基礎設施建設。
在電動汽車產業鏈上,電網企業在做好為電動汽車提供充換電業務的同時,向電動汽車產業鏈上游拓展,可利用電網企業強大的資金實力,進行電池的研發。在電池的研發過程中,電網企業能夠掌握電池的關鍵技術,制定充電電池與充電站之間的標準接口,提高行業的進入壁壘,有效阻止其他對手參與競爭,掌握產業鏈上的話語權。同時,在電池研發的過程中,電網企業充換電設施的建設有利于形成標準化,降低建設成本。
在電動汽車產業鏈下游,電動汽車的售后服務上,電網企業具有廣大的電力用戶基礎,在普通電力用戶成為電動汽車用戶后,再使用關于電力相關產品及服務,不可避免的會優先選擇專業的電網企業,電網企業也可利用現有的電力客戶營銷系統提供電動汽車相關的售后服務。因此,電網企業拓展電動汽車的售后服務,不但可行,而且具備一定的優勢,拓展成本也不會太高。
2、電網企業業務層戰略
業務層戰略是指公司使用的通過對某一特定產品市場的核心競爭力的利用以獲得某種競爭優勢的一整套相互協調的使命和行動。其目的是在公司與其競爭對手的定位之間產生差異,形成競爭優勢。電網企業在開拓電動汽車相關業務時,電動汽車用戶存在差異化的需求,電網企業也應提供差異化的充電產品,而非單一標準的電能。同時,電網企業掌握著電能的供應,具備天然的成本領先優勢。因此,電網企業應同時采用差異化和成本領先相結合的組合戰略。在實施差異化時,要顧及成本;在實施成本領先時,考慮到差異化,這樣電網企業才能具備多重競爭優勢。
2.1差異化戰略
電動汽車作為一種電力負荷接入電網,電動汽車用戶的需求就具有差異性和多樣化,電網的差異化戰略是要按照不同的電動汽車用戶的需求,向其提供不同的電力充電產品和電力服務。
電動汽車用電負荷與普通的電力負荷不同,電動汽車用電負荷具有隨機性。電動汽車充電地點會根據電動汽車停放的位置不同而發生變化,這會影響不同地區的負荷預測。電動汽車負荷也會隨著電動汽車充電時間的不同而改變,這也影響電網負荷調度安排。不同類型的電動汽車進行充電,其用電負荷也有較大差異,電動公交車的用電負荷就遠大于普通的私人用車。目前對電動汽車進行電能補充,目前主要有充電、換電兩種方式,充電又可分為常規充電和快速充電兩種。
常規充電,所需的充電時間較長,充電過程中車輛不能使用。因此常規充電適合在夜間車輛停運時段進行充電,為夜間充電方便,同時便于充電后電動汽車用戶繼續使用車輛,常規充電應在居民小區、大型公用停車場、企業內部停車場等位置進行。這需要根據地區電網負載情況,因地制宜地建設充電樁以滿足需求。
快速充電,所需的充電時間短,由于通過大電流進行充電,對電網負荷的安全穩定運行影響較大,同時影響電動汽車動力電池的使用壽命,一般作為應急需要。快速充電需要配備大容量電抗器、濾波器、充電裝置等專業設備,因此必須建設專用的充電站,可選擇在大型的商業中心、火車站等交通樞紐場所。
換電方式,是通過直接更換電池來完成,所需時間短。但電池組的更換、安裝也需要專業人員采用專業工具進行,因此換電方式也需要在充電站內完成。更換電池的方式中用戶可租用充滿電的蓄電池,對更換下來的蓄電池利用低谷時段進行集中充電,有利于提高電池的循環壽命,降低充電成本,這種模式應用需要電池與電動汽車的標準化,需要規范電動汽車的設計改進、充電站的建設和管理以及電池的流通管理等,專業化要求高,因而換電方式只適用于標準的充電站。
不同的電能補充方式各有其特點,有著不同的適應范圍和局限性,如果只發展單一的供給模式,將不利于電動汽車產業的健康發展。電網企業實施差異化戰略,應同時考慮到電動汽車用戶的需求存在明顯的差異性和多樣化,采用充電和換電方式協調發展的“充換結合”模式,這是電網企業保持差異化特性的選擇,也是我國電動汽車電能補充服務發展的合理選擇。電網企業可以根據電動汽車車型和用途,結合電動汽車的發展方向,因地制宜有差異的建設不同類型的充換電設施,滿足各類電動汽車用戶的需求。
采用差異化戰略,電網企業需要為不同的電動汽車用戶提供不同的充換電服務。對于普通電動汽車用戶,電網企業提供常規充電方式,方便電動汽車在停運時段充電,建少用戶充電成本;對于電池電量不夠,急需用車的用戶,電網企業提供大電流充電的快充方式,為電動汽車用戶提供應急之需;對于使用標準電池的電動汽車用戶,電網企業通過建設換電站,提供快速更換電池的服務,節省用戶等待時間,節約用戶采購電池的成本。通過智能電網技術,電網企業還能將電動汽車作為電源接入電網,反向電網銷售電能,提高電動汽車的利用率,為電動汽車用戶創造效益。
隨著未來電動汽車及其充電技術、設備、管理系統的快速發展和相關政策、法律、標準、規范體系的逐步健全完善,電網企業在加快電動汽車充換電設施的規模化建設進程中,其差異化戰略思路也應不斷調整。
2.2 成本領先戰略
在我國現有模式下,電力行業已實現“廠網分開”,電網企業在我國掌握著電力能源的輸電、配電、售電等環節,在為電動汽車提供電能補給時,省去了中間商的環節,具有天然的成本領先優勢,可采用成本領先戰略。
在電動汽車產業鏈中,最大的利潤來源是電能補充環節,電網企業作為電能供應商,具有天然的壟斷優勢,通過充電站建設,從充電業務中獲得高額的利潤。
最大的競爭對手石油石化企業參與充電業務,電能的流通是從電網企業到石油石化企業再到電動汽車用戶,對電網企業來說,電能是直接從電網企業到電動汽車用戶,省去了中間環節,節約了成本。
對于石油石化企業來說,從電網企業購買電能,再將電能出售給電動汽車用戶進行電能補充,屬于商業性質,則從電網企業購買電能時須執行商業電價,商業電價遠高于普通居民用電,則電費支出一項成本變大很多。電網企業可根據電網負荷變化情況,對電動汽車充電電價進行優惠,并執行“峰谷電價”。如將每天二十四小時按照電網負荷曲線劃分為多個時段,按照用電高峰、用電低谷等時段分別制定不同的電價水平,以鼓勵引導電動汽車充電用戶合理利用安排充電時間,降低充電成本,同時也提高了電網企業的電力資源利用效率。
電網企業大力發展智能電網,更有益于電網企業從技術上實現成本領先戰略。智能電網V2G技術(vehicle-to-grid)的實現,可以使電動汽車與電網之間進行充放電互動。在電動汽車電池需要補充電能時,電網可對其進行充電;而當電動汽車不使用時,電池的電能可反過來銷售給電網。利用大規模的電動汽車負荷,配合智能電網技術,將電動汽車作為微電源接入電網,反向電網提供電能,可以有效地調節電網負荷,減少發電備用容量的投資,為電網企業節省不必要的發電裝機和電網改擴建成本。
電動汽車不同的起始充電時間對電網的影響差異很大,如果在電網負荷大的峰段時進行充電將加重電網負擔,影響電網的安全運行。但如果在負荷低谷時段進行充電將增加低谷負荷,起到“填谷”效果,對電網的運行有利。電網企業采用峰谷分時電價,引導電動汽車用戶錯峰用電,能夠保障電網的安全穩定運行,降低運行成本。
電網企業的成本領先戰略不僅能使電網企業獲得競爭優勢,而且有益于電動汽車用戶降低使用成本,實現雙方共贏。對于電動汽車用戶而言,根據電網企業優惠措施,電動汽車用戶在用電高峰時段少充電、低谷時段多用電,有利于降低用電成本。
2.3合作戰略
電網企業開拓電動汽車業務時,在公司層采取縱向一體化戰略,在業務層采取差異化和成本領先相結合的組合戰略,同時電網企業還可以在電動汽車充電業務上輔以合作戰略。合作戰略能夠與最大的競爭對手石油石化企業進行有效的資源整合,提高電網企業在電動汽車充電業務上的績效,形成競爭優勢,達到共贏,并能夠有效的推動電動汽車的市場化。
在電動汽車電能補充業務上,電網企業擁有配電網技術、電網運營管理、電能來源等方面具有得天獨厚的優勢。但是根據目前國家的土地政策及現狀,電網企業想要大規模征地興建充電站,卻難以實現。特別是在經濟發達的北上廣深等地區,這些地區經濟發展較快,市民環保意識也較強,電動汽車使用率相對較高,然而這些地區寸土寸金,土地資源稀缺,電網企業想在這些地區布局,形成有規模的網點幾乎不可能。這是上游電網企業進軍電動汽車充電業務最大的短板。
電網企業最大的競爭對手石油石化企業在全國擁有布局廣泛的加油站、加氣站等銷售終端,對加油加氣站稍加改造就能變身為充電站。其進軍電動汽車充電市場,免去了圈地的麻煩,擁有完善、成熟的渠道,配套服務也更加成熟。
電網企業無法在短期內大量征地,建立自己完善的銷售渠道,石油石化企業為電動汽車提供電能補充業務也難以繞開電網企業自稱體系。兩大陣營均擁有雄厚的企業實力,若展開競爭,必然影響兩家企業的發展,造成國家資源的浪費。若電網企業在電動汽車充電業務層采取合作戰略,與石油石化企業展開合作,共同以最小的成本布局電動汽車充電網絡,共享未來巨大的利潤,對企業的發展將是利大于弊。
對電網企業更加有利的是,石油石化企業不止一家,而電網企業卻只有一個,在合作中,電網企業也必將能占據主導地位,成為最大贏家。
3、總結與展望
基于電動汽車的快速發展,關于電網企業戰略選擇,本文有以下結論:
電網企業應立足于為電動汽車提供電能補充這一核心業務,以電動汽車的快速發展為契機,以智能電網的發展為基礎,向上下游延伸,實現全產業鏈的發展,通過縱向一體化戰略獲得市場影響力。
在業務層,電網企業應采取差異化和成本領先相結合的組合戰略。由于電動汽車用戶對電能補充方式需求的差異性,電網企業可采取差異化戰略,同時發展多種充換電方式,差異性地建設多種充換電站,滿足不同用戶的需求。電動汽車是通過電能進行能源補給,電網企業是電網的運營商,具有天然的成本優勢,可采取成本領先戰略。
最大的競爭對手石油石化企業,具有巨大的渠道優勢,而這正是電網企業的短板,電網企業可采取合作戰略,在電動汽車充電網點的布局上與競爭對手進行合作,實現共贏。
在未來社會,隨著對新型能源的不斷開發,不論是宏觀環境還是行業競爭環境都瞬息萬變。特別是電池技術研發的不確定性,制約著電動汽車的大規模市場化。國家對電力企業的改革也進一步深入,電網企業的壟斷地位也有動搖的風險。在目前的國家政策下,電網企業在充換電網絡建設上征地困難等問題難以解決,在渠道上仍存在劣勢,有較大的風險。
面對未來各種不確定性,電網企業應抓住機遇,采取積極戰略,搶占市場,加大技術研發,成為行業標準的制定者,提高行業的進入壁壘,開發如無線充電技術等,解決渠道問題。
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關鍵詞 農村電網;電動汽車;充電設施;充電站規劃
中圖分類號U469 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708(2011)49-0063-01
0 引言
實現電動汽車的產業化是我國維護國家能源安全、振興汽車工業的戰略選擇,建設電動汽車充電網絡又是實現產業化的前提。因此,作為國有特大型能源的電網企業,有義務承擔起自己的社會責任,積極推動各類充電設施建設,為我國實現經濟增長方式的轉變做出應有的貢獻。
1 電網企業布局電動汽車充電設施的意義
電動汽車是未來我國發展前景廣闊的一種交通工具,目前,在充電設施建設方面,國家電網及下屬地方電網都已陸續推出了各自的智能電網規劃,充電設施布局正在成為世界各國電動汽車產業化研究的重要領域。電網企業布局電動汽車充電設施有諸多意義。用一句話概括,即積極推動電動汽車充電設施建設不僅有利于國家經濟的發展,也有利于電網的發展。首先,電網企業大規模建設電動汽車充電設施,有利于電網企業向下游產業延伸,也有利于擴展電網企業的服務領域。其次,電動汽車的普及能有效改變我國的能源消費結構,提高電能在能源消費中的比重,有利于擴展用電市場。再次,隨著電動汽車蓄電池技術的不斷發展,電動汽車未來必將成為移動的儲能設備。終上所述可見,建設電動汽車充電設施對于電網企業推動堅強智能電網建設有著積極的意義。因此,電網企業應該積極承擔起自己的社會責任,繼續加快推進電動汽車充電設施建設。
2 電動汽車充電模式
對于能源供給方式的選擇,現如今普遍存在整車充電系統和地面充電系統兩種模式,其中整車充電系統又包括常規充電和快速充電這兩種模式。第一,常規充電模式。采用這種模式電動汽車具有充電設施和安裝成本較低;可提高充電效率及延長電池使用壽命;可降低充電成本等優點。這種充電方法就是采用小電流的恒壓或恒流充電;第二,快速充電模式。快速充電電池的出現,為純電動汽車的商業化提供了技術支持。這種充電模式具有充電時間短;可大容量充電及放電;充電電池壽命長等優點;第三,地面充電系統模式。它是通過直接更換電動汽車的電池組來達到為其充電的目的。這種充電模式也具有諸多優點:一是由于電池的充電、更換等工作,均是由專業人員來完成的,因而能有效發現電池組中單電池的問題,并及時進行維護;二是電動汽車用戶可租用充滿電的蓄電池,更換已經耗盡的蓄電池,這有利于提高車輛使用效率。由此可見,常規充電、快速充電和地面充電系統這三種充電模式各有各自的優點,因此在實際操作過程中,可將這三種方式進行有機結合,以達到每天的行駛要求。
3 城鎮電動汽車充電站建設規劃
農村城鎮由于城區小、電動車行駛里程少、人口集中等因素,適合發展電動汽車。在充電系統中,城鎮充電站的建設需要根據城鎮電動汽車的交通密度和充電需求、城鎮總體規劃和路網規劃、本區域的輸配電網現狀進行相應的規劃和設計。
1)充電站分布應與電動汽車交通密度和充電需求的分布相一致
交通密度通常是指在單位長度車道上,某一瞬間所存在的車輛數。密度基本上是在一段道路上測得的瞬時值,通常將瞬時密度用某總計時間的平均值表示。而交通密度又和充電需求密切相關,同時還受到電動汽車的運行方式的制約。充電需求是指一定數量的電動汽車在特定時間和特定地點對充電的需求。一般情況下,該區域的電動汽車交通密度越大,說明在區域內運行的電動汽車數量越大,從而對充電站點的需求就會越大。因此,充電站網點數量控制應與各區域內電動汽車的交通密度成正比,應充分考慮與充電需求的分布盡可能保持一致。
2)充電站的布局應滿足城鎮總體規劃和路網規劃要求
從長遠角度來考慮,充電站的布局應有統籌規劃,應與城鎮規劃和路網規劃相匹配。充電站布局是對不同區域的充電站需求條件分析后得出的結果, 因而政府應對充電站的建設采取市場準入制度,根據城市發展規劃及電動汽車推廣應用情況,積極對充電站布局建設作出科學規劃安排,以防止出現“一窩蜂”的重復投資現象,從而減少投資浪費。此外,如果充電站布局具體到充電站選址定點,那么還須考慮其實施條件的可能性。充電站的選址定點也應結合城鎮建設規劃和路網規劃,以網點總體布局規劃為宏觀控制依據,通過對布局網點及其周圍地區規劃選址方案的比較,最終來確定網點設置用地。
3)充電站的設置應充分考慮本區域的輸配電網現狀
充電站的設置應與電力供應部門協調,充分將充電站建設規劃納入城鎮電網規劃中,并充分考慮本區域內輸配電網情況。這樣既可以為充電站運營提供可靠的電力供應保障,還能提高充電站電能供應的穩定性。另外,由于一些負面影響,比如電動汽車充電設備工作時,會產生較高的諧波電流,諧波注入電網會造成電能質量降低;再如充電站快速短時間充電時,由于負荷變化太快,沖擊電壓也可能對電網造成一定影響,使得在建設充電站時應予以考慮及重視。又據了解,電動汽車年電力需求逐步樂觀,可見,未來的電力配送體系和充電站基礎設施建設應能支撐電動汽車巨大的電能需求。
4 結論
布局合理的電動汽車充電站規劃對電動汽車的普及發展將起到不可替代的作用。在進行城鎮電動汽車充電站布局規劃時,要充分考慮到城鎮電動汽車的交通密度和充電需求、城鎮總體規劃和路網規劃的要求以及本區域的輸配電網現狀,總之,充電站規劃應具有前瞻性和全局性,應留有潛力。
參考文獻
[1]康繼光,衛振林,程丹明,等.電動汽車充電模式與充電站建設研究[J].電力需求側管理,2009(11).
關鍵詞:電動汽車 租賃 現狀 發展
電動汽車租賃作為一種新型的商業模式,正在國內一些地區悄悄興起,電動汽車正通過租賃業務,慢慢滲透進人們的生活。這也是繞開“定向購買”這一新能源汽車推廣初期的無奈之舉。從2011年新能源汽車推廣情況看,目前的私人汽車推廣進程與推廣目標差距甚遠,不僅真正意義上能面向市場銷售的車型屈指可數,少數幾款車的推廣效果也差強人意。針對私人轎車領域電動汽車大規模推廣難的問題,無論是整車廠還是能源供應商,各家都有自己的苦衷。而可選車型不多、價格高、充電難、擔憂電池使用情況等問題正成為擺在消費者面前的主要難題。
1、推動電動汽車租賃的原因和意義
要想推動電動汽車走向私人家庭,目前來看,可以從電動汽車租賃入手,鼓勵社會資本面向電動汽車市場成立專業汽車租賃機構,承擔商業運營推廣、參與基礎設施建設的基本職能,推行先租后買、以租代買的靈活租賃方式,或許可成為破解當下在私人汽車領域推廣純電動汽車難題的良策。
第一,這是進一步擴大電動汽車消費群體的必然要求。目前,電動汽車的購買群體多為相對富裕的高收入人群,并多作為其家庭的代步車、保姆車、后備車,而且大多是二次購車人群。但實際上,如果僅局限于此類群體,電動汽車推廣將難以有很大的突破。經濟適用型的電動汽車應是電動汽車發展的方向,在完成充電基礎設施及解決電池快換快充問題之后,電動汽車首先承擔的應是城市內家庭交通出行的職責,在油價高漲的背景之下,未來電動汽車的用戶定位將覆蓋到有一定經濟基礎的人群。因此,如何通過汽車租賃方式能讓中低收入家庭更充分地接觸電動汽車,挖掘其消費潛力,從而讓電動汽車真正走向百姓,走入私人家庭。
第二,推動電動汽車營銷策略的方法之一。作為新產品,讓消費者接受需要一定的過程,而市場該如何加快消化這個過程?推行先租試行、由租代買的靈活租賃方式是一個辦法。它一方面可以緩解消費者前期對電動汽車的顧慮,另一方面通過租賃的媒介可使消費者更迅速全面地了解電動汽車的優勢,以加快消費購買需求。先租試行,是讓消費者承擔最小的租賃風險來體驗使用電動汽車的優勢。由租代買,即是讓前期消費者過渡性的租車變為后期一次性的買斷。
中國全國政協副主席、科技部部長萬剛,在2010年電動車汽車大會上的講話指出,在電動汽車示范推廣應用的過程當中,我們將更加突出商業模式創新的重要性,將圍繞電池租賃、充電站的布局和維護等方面開展創新的商業模式。在物流、供應和汽車租賃方面,配合著電子商務和中國高速軌道交通建設的步伐,我們將在這兩個領域當中逐步地開展電動汽車的應用和示范。因此,電動汽車租賃的推廣可以帶動電動汽車的發展。
2、電動汽車租賃業務的現狀
電動汽車租賃是一種新型的商業模式,去年才有首例電動汽車租賃服務推出的報道,國內外已有一些城市率先開展電動汽車租賃業務。租賃的方式包括長租和短租兩種,長租即以月為計時單位來租賃汽車,一般一年一租,至少半年;而短租則以小時為計時單位來租賃汽車,即一次性租賃。
2.1 長租方式
杭州是全國13個新能源汽車示范推廣試點城市之一,也是全國5個私人購買新能源汽車補貼試點城市之一。但由于市場對新能源車仍是“叫好不叫座”,“電動汽車租賃模式”遂被官方提上日程。截至今年6月,杭州已建成62座充換電站和配送站、5座充電站、620個交流充電樁,城區平均每兩座充換電站(配送站)間距約4.5公里,初步形成了15分鐘充換電服務圈。到年底,還將新建25個充換電站。
繼公共自行車之后,杭州又開始探路“純電動汽車自駕公交運營網絡系統”。8月12日,杭州正式啟動純電動汽車租賃項目試點,并接受報名預約,市民可以用不到1000元的月租金,租賃一輛兩座自動擋電動汽車。其中首批投放100輛電動汽車,在未來兩年內,杭州希望將其規模增至2萬輛。此次推出的電動汽車外形和大小酷似奔馳smart,車內可坐兩人,電池充滿后可行駛100公里,最高時速70公里。據了解,該車裸車售價4.3萬元,鋰電池價格4.5萬元左右,成本價近9萬元。
在這次試點中,杭州市財政將提供兩項補貼:一是租金補貼,約占租金的30%~50%;二是電費補貼,租賃期間的換電池及充電全部免費。租賃者最終需要支付的月租在1000元以內。不過,若日后推出四門四座車型,租金將高于1000元。同時,供租賃的車輛已交過包括車損險、交強險等各種基本險,年檢、保險、車輛自身故障,也不需要用戶掏錢,但因交通違法產生的扣點和罰款,需由用戶自行承擔。
不同于公共自行車的“隨借隨還”,此次電動汽車租賃實行的是長租業務,也就是“分期租賃”。一般一年一簽,最少半年。每租一輛,需付1萬元左右的押金。租賃到期,可選擇歸還、續租、換車,也可買下這輛車。
2.2 短租方式
在歐洲,法國政府積極發展電動汽車行業,目前在巴黎、里昂、波爾多、馬賽、梅茲、雷恩、圣艾蒂安、圖盧茲等城市均推出了電動汽車租賃服務。根據調查顯示,70%的法國民眾認為當前油氣價格過高,如汽油價格超過1.8歐元/升,將會考慮減少汽車使用。約23%的法國民眾有意購買電動汽車。法國巴黎去年12月5日正式推出全球首個電動汽車租賃公共服務,倡導民眾環保出行。從12月5日開始,巴黎市民可以從1200多個停車充電點的站點租賃電動汽車。根據現行辦法,電動車租賃的日會員費用為10歐元,周會員15歐元,而年會員需支付144歐元。消費者在具體使用時,必須根據每次租借時間的長短來付費,租借第一個半小時收費5歐元,第二個半小時為4歐元,之后每半小時加收6歐元。巴黎市推出的“自由汽車”租賃計劃,意在通過倡導民眾改變出行方式,讓城市變得更加潔凈、更加寧靜,進而改善城市的生活。
類似的項目在美國和其他歐洲國家也已開展,如比利時、德國和瑞士等。比利時在去年年初啟動時就提供了30輛純電動汽車,人們可通過網絡、電話或在布魯塞爾的15個停車點預訂汽車,該計劃的標準年費是40歐元,具體租賃使用時白天每小時需支付7歐元,夜晚每小時5歐元。
杭州目前暫時還做不到“分時自助”租賃的方式,一是涉及車輛保養、保險等問題,二是無法像公共自行車一樣在市區建電動汽車的租還網點。目前,杭州已有小區和大型公司試水這種“分時自助”業務,但均為民間行為,其共同之處是:只限制在一個點,租、還都須在同一地方完成。如在杭州良渚文化村,這個大型住宅區距離市區有一定距離,出門辦事較困難。現在正在試行電動汽車租賃,試行車輛為香檳色的眾泰5008EV純電動汽車,這種車起步快,無噪音,正常情況下,充電一次可行駛160公里。這里的電動汽車租賃業務從今年6月18日開始推出,服務時間從早6點到晚22點。目前良渚文化村網點有11輛純電動汽車,租賃價格為29元/小時。由于受制于租還網點的局限,這一服務目前只針對良渚文化村里的業主和工作人員。
3、電動汽車租賃的發展趨勢
電動汽車的推出,對解決能源短缺和環境保護問題都很有意義,電動車在行駛中不產生污染,電池產生的污染可集中處理,因此,電動汽車未來應該是個大方向。但目前電動汽車還處于市場導入期,電動汽車價格如果沒有政府補貼,要比汽油車高出不少,同時,使用電池有很多不足,在電池續航里程方面還沒有突破性進展,號稱滿充狀態130至150公里的航程實際測試只有90至100公里,未來需要不斷提高電池性能。另一方面,當前的基礎設施有局限,需要加強充換電站的建設。電動汽車租賃最大的價格優勢其實是省下“油費”,百公里耗電約為12度,一般也就七八塊錢,大概只是燃油車的十分之一。電動汽車受制于技術發展,前景還不明朗,須由政府補貼推廣,不斷積累消費者使用反饋,改進提高整車性能。期待在推行電動汽車租賃模式后,電動汽車能逐漸被市場接受,成為消費者出行的主流方式之一。
新能源汽車已經“被熱”好幾年了,但電動汽車租賃尚是一項創新的商業模式,才剛剛起步,因此,對這一嶄新的服務模式開展研究可搶占市場先機。杭州是電動汽車租賃商業模式的典型城市,配套設施日漸完善,政府補貼到位,電動汽車企業不斷創新,從8月12日開始推行電動汽車長租試點,但短租方式暫時還未推廣。今后,圍繞用市民卡或電動汽車專用租車卡的方式如何在杭州周邊景區、地鐵樞紐、交通樞紐等地,便捷地租賃電動汽車進行往返100公里內的當日業務等全面開展研究,像租公共自行車一樣租電動汽車,將具有重大意義。
4、結語
電動汽車現下還存在車型選擇少、車價較高、電池蓄電能力不足等因素約束,私人購買可能比較困難,而電動汽車租賃費用補貼多,且節能環保,實現資源共享,還是有很大的市場,需要政府、新能源廠家、租賃公司通力合作,一起推動電動汽車這個行業朝著良性的循環發展。總之,電動汽車租賃未來必將走上繁榮的發展之路。
參考文獻
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關鍵詞:電動汽車產業;戰略定位;氣電混合動力汽車
作者簡介:何東(1964-),男,四川彭州人, 西華大學管理學院副教授,副院長、所長、碩士生導師,經濟學博士,研究方向:區域經濟、循環經濟和戰略管理研究。
中圖分類號:F061.5 文獻標識碼:A文章編號:1672-3309(2009)12-0023-04
汽車產業作為成都市的支柱產業,其發展受到了企業、政府、學術界的廣泛關注。如何抓住國家出臺振興汽車產業的政策機遇,利用成都市建設國家新能源基地的契機,對成都電動汽車產業發展進行定位,使之成為成都經濟發展新的增長極,從而實現經濟效益、環境效益、社會效益并舉的目標,成為一個重要而緊迫的課題。
一、國內外電動汽車產業發展概況
電動汽車按動力裝置類型分類,可分為三類:純電動汽車(PEV)、燃料電池電動汽車(FCEV)、混合動力電動汽車(HEV)[1],近年在傳統的混合動力汽車(HEV)的基礎上,又派生出一種外接充電式(Plug-In)混合動力汽車(PHEV)。3種動力車型,經過技術檢測、示范運行,已具備了整車生產的能力。預計20年后,所有電動車總的市場份額將會超過燃油汽車[2]。
自上世紀90年代以來,在各國政府的支持下,國外各知名汽車公司均投入巨資開始進行電動汽車的研制和開發。法國、日本、美國、德國等國家都開發出具有商品化水平的電動汽車,如法國PSA 公司的標志P106 和雪鐵龍AX電動轎車,日本豐田汽車公司的RAV-4EV 電動轎車,美國通用汽車公司的EV1 電動轎車。此外,混合動力公交車也在美國、日本、歐洲等地投入了實際運營。
近幾年,我國也研發了幾款混合動力汽車:比亞迪股份有限公司的F1混合動力轎車,奇瑞汽車公司的A5ISG混合動力汽車,力帆集團公司的新520車型混合動力車,吉利汽車公司也生產了輕度混合動力汽車。據中國客車統計信息網統計,到2008年底,我國已有17個省(市)的30多家企業開始涉足混合動力城市客車。
二、成都市發展電動汽車產業條件分析
1.豐富的能源資源和自然資源
四川省的天然氣資源居全國第二位,水電資源可開發量居全國第一位,二者都是發展氣電混合電動汽車產業的動力能源。四川盆地的天然氣地質資源量達3.6萬億立方米,可探明地質資源量為3.5萬億立方米,可采資源量為2.28萬億立方米。其中,新近發現的普光氣田和龍崗氣田,預計可開采量分別達到3562億立方米和7000億立方米①。我國現探明的鋰資源儲量約380萬噸,居世界第二位,鋰礦資源(除鹵水外)70%分布在四川省的甘孜州和阿壩州②。四川省擁有我國鋰行業中技術領先、規模最大的鋰資源開發和鋰產品的研發、生產和銷售企業――四川天齊鋰業股份有限公司,其生產裝備水平和產能居亞洲鋰行業第一,能有效地為成都電動汽車的電池生產提供原料和研發技術支撐。
2.先進的天然氣汽車(CNG汽車)改裝技術
四川省計委于1997年批準成立了全國首個CNG汽車檢測中心和培訓中心――四川南方天然氣汽車檢測中心、四川省CNG汽車培訓中心(設在西華大學),負責對省內部分改裝車進行檢測,組織天然氣改裝技術的培訓學習。1999年成立的四川省清潔汽車工程技術中心(設在西華大學)承擔了《CNG汽車及加氣站安全技術研究》等國家科技攻關課題以及國家“863計劃”課題,部分技術成為科技部“十五”清潔汽車重點推廣應用項目。經過十余年的發展,截至2009年7月,四川省CNG汽車保有量已超過30萬輛,充裝站220余座,均占全國50%以上③。
3.掌握有電動汽車關鍵技術
目前,成都的電動汽車產業尚處于研發的初級階段,還沒有正式投產。但是,成都市電動汽車企業在整車、電池、發動機、電動機控制等關鍵技術方面,擁有一定的研發、生產實力:
(1)整車研制
位于成都市龍泉驛區的成都市經濟開發區是四川省汽車產業規劃布局中的集中發展區域,目前成都市經濟開發區已聚集汽車整車生產廠商16家,其中有一汽集團、吉利汽車公司、四川汽車集團3家汽車整車生產廠商涉足電動汽車的研發和生產。一汽集團的電動汽車研發和生產基地在長春本部,主要生產電動客車;吉利汽車公司的電動汽車項目落戶于湖南湘潭;四川汽車集團的電動汽車項目布局在龍泉驛區生產。四川汽車集團在2007年就提出發展電動汽車,計劃于2009年8月份出產電動汽車樣車。集團中期規劃實現年產1萬輛電動汽車和1萬輛電動客車。
(2)電池技術
成都市擁有包括中科來方、寶生科技、成都建中、成都國環科技等多家電池生產企業,涉及電動汽車、航空、航海、軍事等領域,其產品在國際國內已具有優勢。成都中科來方能源科技有限公司與中信國安集團、比克國際(天津)有限公司聯合承擔了“863”電動汽車重大專項的“新型動力電池隔膜及其工業化技術”項目。該公司擁有國內首創的隔膜和水性粘合技術,為電動汽車的電池技術提供了有效支撐。隸屬于中國核工業集團的國營成都建中鋰電池廠,是目前我國生產能力最大、技術水平最好的鋰電池專業生產廠家,曾為“神舟五號”、“神舟六號”飛船配套研制鋰電池產品;四川寶生科技發展有限公司在成都完成了無釹稀土系AB5型低溫貯氫電極合金及寬溫區鎳氫(動力)電池的成果轉化,寬溫區鎳氫(動力)電池年生產能力達5000萬Ah,成果水平居國際前列。
(3)發動機、電動機控制技術
成都市已掌握了電動汽車的發動機、電動機及控制技術的研發和生產。成都華川電器有限公司與中科院電工研究所聯合研制的混合動力汽車電機控制器及ISG電機,是汽車電動、發電集成一體化電機,技術達到國際水平。該公司開發的混合動力系統已經用于長安汽車的杰勛、志祥等車型的使用和驗證。此外,東電集團四川東風電機廠有限公司自上世紀90年代開始研制電動車用驅動電機產品,擁有較強的研發能力,并且具備產業化生產的條件。公司的產品已用于包含純電動、混合動力、燃料電池等各類清潔能源車輛,產品也適用于輕型轎車、大型公交車等各種車型。
4.潛在的市場需求
由于電動汽車行駛里程較短的瓶頸尚未突破,電動汽車技術主要應用于行駛線路相對固定的公交車、出租車。成都地處川西平原,是中國西南地區最大的交通樞紐,機動車保有量排全國第三位。四川省現有CNG車輛30萬輛,其中成都市CNG汽車保有量約2余萬輛,運用水平居全國前列。目前成都市的CNG公交車輛約4000余輛,按照《成都市總體規劃1995-2020》、《成都市建設事業“十一五”發展規劃》的要求,成都市的城市交通發展以普通公交為主體、客運出租汽車等為補充的城市公交體系,到2010年,成都市的CNG公交車輛預計將達到8000輛,出租車也將新增2000余輛。成都市CNG公交車每年以25%左右的速度發展,出租車輛也以較大的比率增長,因此,成都市電動汽車適合從公交車、出租車入手,有著巨大的潛在發展市場。
三、成都市發展電動汽車產業的SWOT分析
SWOT矩陣分析法[3]是一種綜合考慮組織的內部優勢(Strength)、劣勢(Weakness)和來自外部環境的機會(Opportunity)和威脅(Threat)的系統分析方法,它是組織揚長避短、趨利避害的有效工具。根據成都市電動汽車產業現狀和SWOT分析法原理,可列出成都市發展電動汽車SWOT矩陣(見表1)。
通過對成都市電動汽車產業的SWOT矩陣分析,其產業在未來發展中有著良好的外部機遇和內部優勢,同時也有其不可避免的困難與挑戰。這就要求成都市電動汽車產業要有一個正確的戰略定位,并能得到有力的政策保障。
四、成都電動汽車產業發展的戰略定位
(一)電動汽車產業選擇
成都市電動汽車產業必須選擇一款電動汽車類型,進行重點突破發展,做專做強成都電動汽車產業。通過對現有的3種電動汽車在續航里程、尾氣排放、經濟性、市場情況等方面進行比較[4](見表2)可以看出,純電動汽車雖然具有很多優點,但因為技術、成本等許多原因,還不能取代傳統的燃油/氣動力模式;燃料電池電動汽車由于電池存在技術瓶頸,不具有產業化能力;而混合動力電動汽車既繼承了電動車輛作為“綠色汽車”的節約能源和低排放的優點,又彌補了純電動汽車的續駛里程不足的缺點。根據國外研究表明,混合動力汽車的燃油消耗指標與裝備同類型發動機的傳統汽車相比平均降低30%-40%,尾氣排放指標平均降低50%-60%[5]。同時混和動力汽車不需要大的基礎性投資,與現有內燃機體系有較好的兼容性而最具產業化優勢。
現有的混合動力汽車,按動力能源分類,有氣電混合動力汽車、油電混合動力汽車兩類。通過對兩類汽車進行比較(見表3)可知,氣電混合動力汽車不僅具有低排放、低維護成本、高安全性等優點,并且國內已經擁有了整車生產的技術。四川豐富的天然氣資源作為發展成都混合動力電動汽車重要能源來源,不依賴國際進口,價格便宜,更加環保,并且國內市場暫無銷售,有著巨大的發展優勢。隨著西氣東輸工程的啟動,天然氣資源將覆蓋全國大部分城市,對氣電混合動力汽車的推廣有著重要的意義。
從上面的分析可以看出,成都市電動汽車產業定位應根據電動汽車產業的現有技術,結合成都自身條件,通過集成成熟的內燃機技術、天然氣汽車改裝技術和汽車整車生產系統,實施差異化發展戰略,發展氣電混合動力汽車。
(二)戰略路徑
通過整合成都市內現有資源,形成氣電混合動力汽車產業鏈,圍繞產業鏈上的關鍵技術――電池、發電機及控制系統,重點攻關;通過集成成熟的內燃機技術、天然氣汽車改裝技術和汽車整車生產系統,發展氣電混合動力汽車,形成成都市電動汽車特色產業,實現氣電混合動力汽車技術國內領先;重點開發公交車、出租車,逐漸推廣到其他車型;產業立足四川,輻射全國,爭取進軍國際市場。
1.整合現有資源,形成產業鏈
成都市現有成都一汽大眾汽車有限公司、四川汽車工業集團等整車企業16家,有成都中科來方能源科技有限公司、四川寶生科技發展有限公司、成都華川電器有限公司、中汽成都配件有限公司、成都正恒動力配件有限公司等電動汽車電池、電動機及其它零部件生產企業130余戶。由于成都市涉及電動汽車的企業各自為政,資源分散,無法實現氣電混合動力汽車的突破性創新。通過整合成都市內現有汽車產業資源,可形成氣電混合動力汽車產業鏈(見圖1)。
2.重點攻關電池技術、驅動裝置及控制系統
成都市氣電混合動力汽車發展應以產品為中心,聯合企業、高校、科研機構,對電池、驅動裝置以及控制系統等關鍵技術進行重點攻關。組建成都市動力電池重點實驗室和氣電混合動力汽車技術中心,加強對動力電池關鍵技術的研發及控制系統的調制。
3.以公交車和出租車為突破
城市公交車、出租車運行空間相對固定,便于充電網絡建設,可以有效彌補氣電混合動力汽車行駛里程較短的缺點。因此,成都市氣電混合動力汽車應以生產出租車、公交車為出發點,開拓產業前期市場。
(三)保障措施
成都市發展氣電混合動力汽車已經具有一定的基礎條件,但車輛價格和運行成本偏高,為保證車輛運行的可靠性、安全性和可維護性以及研發的需要,必須得到政府在規劃、政策、技術、資金、推廣使用等方面的支持――抓緊制定成都市電動汽車中長期發展規劃;產學研政相結合,完善電動汽車研發體系;加大對電動汽車研發及產業化的資金支持;加大氣電混合動力汽車推廣使用力度;發揮政府的主導作用,有序推進充電網絡建設。
注釋:
①數據參考《四川省天然氣發展“十一五”規劃及2020年遠景目標》
②數據參考:鋰資源:阿壩新的經濟增長點[N].四川經濟日報,2008-01-31.
③數據參考:四川省CNG氣瓶車將憑“身份證”加氣[N].市場與消費報,2009-08-07.
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關鍵詞:預約充電;階梯函數;費率切換;分時計量計價;經濟性對比
中圖分類號:F407.471 文獻標識碼:A 文章編號:
國家“十二·五”規劃明確提出,大力發展新能源產業,電動汽車作為重點扶持項目,已在北京奧運、上海世博會、廣州亞運上紛紛亮相,工信部將北京、上海、深圳、杭州等25個城市定為新能源汽車試點城市,深圳、上海、杭州、合肥、長春等5個城市啟動私人購買新能源汽車補貼試點工作,補貼最高額度為6萬元。在政策與需求的雙重推動下,電動汽車頻頻亮相各大展會,巨大的市場要求我們電網公司務必要做好電動汽車充電基礎設施建設工作。因此,有必要結合電網運行的特點,充分吸收國際先進理念,展開電動汽車充電樁IC卡信息技術的探究,以滿足日益增長的電動汽車充電需求和充電樁設施建設的矛盾。
電動汽車充電樁IC卡信息技術旨在解決電動汽車充電方式、付費方式、信息存儲、數據管理、平衡用電負荷幾個方面進行統一,尤其是在平衡用電負荷方面,采用分時計量計價函數,鼓勵消費者夜間充電,大規模投入使用后,削峰填谷作用明顯。本文分別從國內外研究現狀、系統研究需求、研究目標、技術方案、研究方案等方面進行了探究。
1國內外充電設施研究現狀
1.1電動汽車發展現狀
汽車作為現代社會化大工業的產物,為推動人類文明向前躍進做出了巨大的貢獻,給人類的生活帶來了舒適和便捷。根據聯合國的統計數據顯示,目前汽車的耗油量已占全部石油消耗的75%,同時也帶來了巨大的環境污染。
要緩解這個日趨嚴重的問題,汽車工業必然向著環保、清潔和節能的方向發展,包括發展清潔替代燃料汽車和電動汽車。
電動汽車在環保、清潔、節能等方面占據明顯的優勢,據相關統計,電動汽車在能量利用率比燃油汽車高7.5個百分點,污染物排量僅為普通內燃機車的2-8%,基本無污染物排放。電動汽車具有無(低)污染物排放、噪音低、能效高、維修及運行成本低等優點,它的廣泛普及將是緩解大氣環境污染和能源緊缺的最有效方式之一。
1.2國外電動汽車充電設施發展狀況
目前,美國、日本、以色列、法國、英國等國家都已開始建設各自的電動汽車充電設施,主要以充電樁為主。美國國土遼闊,且各州獨立性較強,在電動汽車及其充電設施設想上各州有所不同,加利福尼亞州、弗吉尼亞州等地都開展了充電設施的建設。其中加州的建設力度最大,由“美好空間項目”公司與加州北部的舊金山、奧克蘭和圣何塞等城市的政府聯手建設,將于2012年在上述城市的所有居民區、商廈、停車場和政府大樓安裝充電樁,以方便電動汽車駕駛者隨時為汽車充電。該公司還將在上述地區興建電池更換站,以方便長途駕車者隨時更換電池,項目計劃總投資達10億美元。此外,美國第一太陽能公司(SolarCity)在加州101高速公路上建造了5個充電站。每個充電站能夠提供240V、70A快速充電服務,能夠在3.5h內為特斯拉純電動汽車充滿電。
1.3國內電動汽車充電設施發展狀況
多年來,國家政策引導下,我國在電動汽車、充電電池、直流電機等領域取得了突破性進展,國內多家汽車公司,如比亞迪,萬向集團,上汽,奇瑞等均研發出電動汽車,并在奧運場館、多個城市的公交線路已經投入運行。電動汽車研發技術已經趨于成熟,多家汽車公司已經具備批量生產能力,多款電動汽車已經上市。為推進我國節能環保汽車的技術進步,促進汽車工業產業升級,國務院頒布《汽車產業調整振興規劃細則》,“逐步實現國產電動汽車產銷規模”堪稱是對純電動車產業化的最大支持。在加速電動汽車充電站布局和建設中,國家電網、中石化、中海油、南方電網、中石油等大型央企紛紛發揮自身優勢,均在全國范圍內開始為充電站樁建設獻力。
2電動汽車充電樁IC卡信息技術的研究需求
2.1用戶充電需求分析
汽車充電不同加油,需要的時間廠,且環境多為無人值守。目前,充電結算的方式主要有,刷卡、投幣、插卡三種方式。投幣式充電,需要人工經常回收硬幣,增加人工成本,硬幣留著無人值守的充電樁內也不安全,另外,還不能找補,在電動汽車充電的應用上不合適。插卡式充電,因長時間用戶不在現場,帶有金額的卡插在設備上,會增加不安全感。刷卡式充電,卡隨身攜帶,充點電后再次刷卡結賬,操作方便簡單,賬戶安全可靠,汽車充電樁更合適采用刷卡式充電模式。
電動汽車為上班族提供了一個清潔、環保、便捷、節儉的交通工具,82.5%的上班族用車習慣是公司——家之間兩點往返,車輛停放時間長,使用時間短,100公里續航里程足夠滿足用戶當日使用,這個群體需要更可靠、更實惠、更經久耐用的充電方式。17.5%的上班族除了上下班的需要,周末喜歡自駕游,這個群體,除了滿足正常的充電需求外,還需要提供快速補充電能的解決方案。
2.2解決辦法
要求可靠、實惠、經久耐用的用戶,需要交流慢充的充電方式,根據用戶的使用習慣,可分為自動充電、按時間充電、按金額充電、預約充電四種模式。
自動充電是一種最簡單快捷的充電方式,通過充電樁與電池取得聯系獲取充電信息和充電狀態,當電池充電電量飽和的時候自動斷開充電電路,完成一次充電的過程。另外,在充電樁內部增加傳感器,判斷充電的電壓電流,形成一套自身的判斷電路,避免通信干擾造成的錯誤數據對充電過程的干擾,有效杜絕過充電對電池造成的不可恢復的損害,有效保護電池,提高電池的使用壽命。
按時間充電模式,臨時補充電能的最佳方式,利用充電曲線達到穩態前的快速爬坡狀態,對電池的電能進行及時的補充,是用戶在緊急補充電能狀態下的最佳解決方案。
按金額充電模式,為用戶量身定制的充電功能,一些喜歡消費計劃的用戶可以使用此充電模式方便自己理財賬戶,讓用戶有一種VIP式服務的感受。
預約充電功能是針對平衡用電負荷開發的充電方式,啟用預約充電功能用戶車輛充電進入管理模式,系統會自動計算低電價切換時間,進入電價切換時候自動進行充電,為用戶節省了開支又協助電網完成削峰填谷的一種充電方式。
需要快速補充電能的用戶,可以有快速充電和換電兩種方式,本文著重就適合大多數用戶需求的慢充進行討論。
3電動汽車充電樁IC卡信息技術的研究目標及經濟指標
3.1研究目標
通過開發電動汽車充電樁IC卡刷卡操作系統,實現電動汽車充電樁IC卡刷卡付費、電費計量等功能,以適應電動汽車產業發展的市場需求。
主要目標:
3.1.1完成一套使用IC卡刷卡操作的電源管理系統,能對充電進行過程管理,有效控制意外造成的過充電對電池形成的不可恢復的損傷,提高充電質量,全面保護電池,最大限度保證電池使用壽命;
3.1.2實現電動汽車在充電時,能夠按需完成自動充電、按時間充電、按金額充電及預約充電功能。
3.1.3特別在預約充電功能上,能夠利用峰谷電價差值,在夜間用谷值電價對電動汽車進行充電,達到對電網的合理利用,減少電網基礎設施的投入,又能滿足電動汽車充電的需要。達到鼓勵消費者夜間充電,協助電網完成用電負荷的平衡目的。使新技術達到本地充電樁配套的技術要求,提升電動汽車動力電池充放電關鍵部件使用壽命,保持動力電池的安全和性能水平,為各類新能源汽車充電及其推廣應用提供先決基礎條件。
3.2經濟指標
使用費用經濟性對比(以傳統汽油車1.4L排量車輛計算)
注:汽車按年平均行駛里程27000公里計算
從上表中可以看出,在汽車排量相等的情況下,使用電動汽車平均每年的費用在白天充電時比傳統汽油車省17280-4374=12906元,在夜間充電時比傳統汽油車省17280-1749.6=15530.4元,使用分時段計價、計費經濟性非常突出。
4電動汽車充電樁IC卡信息技術的研究方案
4.1技術構架
4.2功能設計
交流充電樁有三種充電方式,用戶刷卡輸入密碼正確即進入充電方式選擇界面。在此之前,如充電電纜松動或未插入,或者急停按鈕按下,屏幕上方會動態顯示故障原因及LED燈閃爍警示。充電樁設置了四種充電方式:自動充電、預約充電、按金額充電及按時間充電。
4.2.1自動充電
進入充電界面后,界面顯示有啟用充電和取消兩個按鈕。選擇啟用充電,觸發充電開關開始充電。
4.2.2預約充電
使用預約充電功能,如果在低電價時段則自動開始充電,如果在高電價時段,則進行等待切換費率時段再進行充電。
4.2.3按金額充電
選擇按金額充電,進入輸入金額界面,用戶可根據個人需求設定充電金額,啟用充電。
按時間充電
4.2.4選擇按時間充電
進入輸入時間界面,用戶可按個人需求設定充電時間,啟用充電。充電過程中,如遇到充電電纜松動或者被拔下,抑或者急停按鈕按下,充電過程立即結束。
結束充電之后,進入刷卡確認界面。該界面顯示用戶本次消費金額、本次充電度數及本次充電時間三個數據以便客戶即使了解自己的消費。刷卡確認,充電過程結束。
5電動汽車充電樁IC卡信息技術的研究方案
5.1研究思路
5.1.1標準化
產品設計采用的技術標準文件:
接口采用GB/T20234.2-2011《電動汽車傳導充電用連接裝置第2部分:交流充電接口》
執行中國南方電網有限責任公司的《電動汽車充電設施通用技術要求》——Q/CSG11516.1-2010。
滿足Q/SFKJ001-2012《電動汽車交流充電樁》,備案登記號:450200-3570。
充電樁產品具備一致性與通用性,可以滿足網區內電動汽車即插即用。
5.1.2專題研究
為確保項目的實施,在環保、節能、安全方面采取了有效的措施,產品的生產主要涉及機電加工制造,通過上下游的產業鏈方式,形成專業的工序分工協作。充電樁體和表面的油漆涂裝是通過專業的配套廠家完成,有效地避免了環境污染和生產安全的風險,產品的設計開發、核心技術部分及電器組裝、調試等技術含量較高部分有我公司完成,這樣不但大大的提高產品的生產效率,同時也減少應設備的重復增加而導致的資源浪費。產業鏈的形成以及專業化加工能力的提高,形成資源節約型合作體系,有力于社會資源的有效利用。
5.2研究重點
項目研究的關鍵技術包括:過充過放保護系統、預約充電系統、分時計量計價函數、IC卡管理系統。
過充過放保護系統。在充電樁內部增加傳感器,判斷充電的電壓電流,形成一套自身的判斷電路,避免通信干擾造成的錯誤數據對充電過程的干擾,有效杜絕過充電對電池造成的不可恢復的損害,有效保護電池,提高電池的使用壽命。
預約充電系統。通過使用IC卡刷卡操作完成預約充電功能,能在費率較低的時段自動切換至充電模式。需要同步切換費率的時鐘與設備時鐘,需要使用電表的RS485通信,對電表信息進行讀取。
分時計量計價函數。設計一個費率運算邏輯,當前電價是一個變量函數,函數值是一個受時間控制的階梯函數。新一代智能電表具備分時計量功能,分時計量計價函數建立在電表高精度,高可靠性的計量基礎上,通過編輯費率建立邏輯函數,在邏輯運算的基礎上,結合數據庫存儲系統,實現分時計量計價函數。
6結語
關鍵詞:電動汽車 互補資產 交通輔助系統
一、我國電動汽車的發展現狀及其互補資產
(一)電動汽車發展現狀及主要存在問題
我國電動汽車重大專項已設置了8年之久,各研究機構、高校及汽車生產廠家經過多年努力,在純電動汽車、燃料電池汽車、混合動力汽車等領域都有重大突破。自主開發的混合動力汽車節油率達到30%以上,已在幾個城市投入示范運營, 純電動轎車和純電動客車均已通過國家質檢中心的型式認證試驗。雖已經初步掌握了燃料電池、電機、整車電控從單體到系統的全套技術,并通過小批量示范考核驗證了技術的可行性,但是在電池使用壽命、電池系統集成、快速充電材料、大規模生產工藝設計、生產過程質量控制等方面與國外仍有差距,部分關鍵零部件仍然依賴進口,使得成本過高,主要存在企業規模小、研發力量分散,產品價格高、消費者購買意愿不足,政策不配套、充電設施缺乏投資等現實問題。
同時,國內很多城市確立了用以公交車和軌道交通為代表的城市公共交通來滿足增長的交通需求,因此如何發展與本城市相適應的個人交通與之相銜接也將至關重要。
(二)互補資產理論
Teece 最早提出了互補資產的概念:即技術創新的成功商業化需要核心知識和互補資產共同發揮作用[3]。互補資產具體包括: 互補性技術、營銷渠道、服務絡、客戶關系、供應商關系、品牌、制造能力和財務資產等。現在電動汽車的性能有了大幅度提高,但缺乏其大規模使用所需要的充電設施、服務網點等互補資產。我們不能等待電動車的技術問題都解決了才去著手推廣,而是應該盡快在某些領域代替傳統燃油汽車開發利用,以市場需求帶動技術發展,實現環保產業鏈。電動汽車作為公共交通的補充將會很好解決上述銜接問題,故其互補資產亟需建立。
二、電動汽車互補資產交通輔助系統
(一)系統軟件層面
1、不對稱管制:即政府為調整不對稱競爭,扶持弱小經營者,創造公平的競爭環境而采取的一種過渡性管制手段。在交通輔助系統中,由政府對交通管理、營運費等方面實施不對稱管制措施,來削弱內燃機汽車積累下來的龐大互補資產所產生的優勢。比如:推行城市公交車、出租車、短途客運車電動化,減免相應上牌費、年檢費、路橋費;城市早晚高峰加大對燃油汽車按牌號限行力度,對電動或混合能源汽車不限制;促使電力企業保障電力供給,投資電網,使電動汽車電費遠低于燃油費等。
2、共同研發:面對技術力量不集中、研發重復等問題,可通過建立戰略聯盟,共同研發共性技術來解決。考慮到企業間存在規模、產業結構不同,技術投入不同步等問題,在本系統中,可由汽車企業和關鍵零部件企業拿出銷售額一定比例的資金,組建專業化的電動汽車研發部,并吸收大學與科研單位入股,同時國家對電動汽車研發的專項經費也全部投入到該研發部。研發成果反饋給投資方和相關企業用于產品生產。研發部的負責人可由汽車工業協會和中央政府主管部門指定,各出資單位拿出部分股東大會的投票權由汽車工業協會代為行使,這樣可以避免被出資較多的大股東操縱,知識產權歸屬該研發部,使其基于整個行業利益來確定研發項目。
(二)系統硬件層面
1、充電網絡的建設:本系統中通過政府開放充電網絡建設市場,可以引導社會資本來完成充電網絡的建設和運營[4]:建立寬松和完善的制度,提供高效的審批流程,并在運營方面提供稅收優惠,將會極大地推動充電網絡的建設;充電網絡運營商向消費者提供有限使用壽命的電池和相關套餐服務,如每月在一定的公里數之內無限制地享受充電或更換電池服務,超出路程再按成本收費,也可以按照實際的行駛公里數來收費,回收的電池可經過加工處理再投入其他領域使用。充電網絡的普及將會大大促進電動汽車的普及。
2、電動汽車租賃:在本系統中由電動汽車和租賃點組成租賃服務,可作為城市公共交通的補充。本系統針對城市道路堵塞,根據電動汽車出行的區域化優勢,設置了可以很好與公共交通銜接的租賃點:一種可設在公共交通站點附近;另一種可在社區、辦公大樓、購物中心附近修建,體現了電動汽車出行中短距離方便,長距離換乘快捷的原則。通過刷卡的方式,方便快捷的租賃到電動汽車,到達公交車或軌道交通的租賃點后,可以同樣通過刷卡將車還給租賃點,然后無間隙的換乘公共交通系統;若是近程,人們可以直接通過租賃電動車實現小范圍的移動。在技術、充電網路完善了以后還可以被租賃當作自駕游的交通工具使用,實現該系統在城市間的連通。同時,電動汽車快速,輕便,可拆卸,占地面積小,停放方便,具有一定的載重能力,適合多種出行情況。
三、結論與展望
本文通過分析了國內外電動車發展的現狀、存在問題,在此基礎上根據互補資產的理論設計了一個電動車交通輔助系統作為公共交通的補充,該系統很好得解決了個人交通與公共交通之間的銜接問題,通過其中的電動汽車租賃服務,減少人們對汽車的需求和依賴,同時通過建立互補資產增大了電動汽車在城市交通系統中的比重,從而實現城市交通的可持續發展。希望本系統能為解決電動汽車的應用問題提供參考。
參考文獻:
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北京處于產業發展轉型期,機動車存量和燃煤消耗量長期居高不下,有著汽車消耗的剛性需求和煤炭等傳統能源使用的長期歷史。更大規模地改進現有交通動力供給,促進新能源在全社會的推廣應用,應是解決空氣污染,推動生態文明建設的有效舉措之一。
作為首都電力的關鍵企業,國家電網北京市電力公司(以下簡稱北京電力)積極響應“綠色北京”發展戰略,充分發揮自身業務優勢,攜手上下游伙伴,積極服務于電動汽車、新能源等綠色產業的發展。
同時,發揮電網企業在配、用電專業方面的技術優勢,積極配合政府部署,推進“煤改電”配套工程建設和電力需求側項目應用,帶動全社會節能減排,持續改善北京空氣質量。
零碳動力
如今,從市郊鐵路S2線一出來,時尚的“低碳族”鄭女士習慣了向那些嶄新的電動出租車招手。鄭女士住在京郊延慶地區,平時在王府井上班。坐在聽不到噪音、聞不到汽油味的電動出租車上,徜徉于綠色山水間,回家路途更輕松愉悅。
舒適的交通出行得益于延慶城南電動汽車充電站的建成,這是京城首個為電動出租車服務的充電站,也是第一個分布式充電站,是目前國內最大規模的新能源乘用車示范項目。2012年4月底,這座充電站完成了擴建工程,能夠滿足150輛電動出租車的充電需求。
電動汽車能量利用率較傳統燃油汽車高,在交通堵塞時不需要怠速運轉,能量消耗比傳統車輛減少50%以上。根據電動出租車運營公司測算的數據,電動車每年可節省3萬余元的運營成本。
同時,電動汽車無直接污染物,可謂零碳排放,是汽車產業的重要發展方向。2012年4月,國務院通過《節能與新能源汽車產業發展規劃(2012-2020年)》,提出以純電驅動為新能源汽車發展和汽車工業轉型的主要戰略取向。
在北京市,出租車年平均行駛里程15萬公里,而私家車年均里程至多1.5萬公里。“如果北京6.6萬輛出租車都電動化,相當于70萬輛私家車改成純電動,那就相當于三年實現新增轎車零排放。”北京電力營銷部智能用電處處長陳強為本刊記者算了一筆“減排賬”。
作為國家電動汽車“十城千輛”和私人乘車購買補貼政策雙試點城市,建設成為最具影響力的新能源汽車示范應用城市,是北京市的重要戰略定位之一。自2001年121路電動公交車投入運行以來,北京電動汽車發展逐漸駛入快車道。2012年全年,北京市電動汽車累積充換電量526萬千瓦時,充換電次數14.65萬次,服務車次行駛里程932萬公里。
按需建設
目前,國內電動汽車產業還處于發展初期,車輛購置成本偏高、續駛里程有限、能源補給時間較長,限制了電動汽車的大規模推廣應用。充換電設施是能源補給的基礎,具有超前性、網絡性以及市場培育周期長等特點,需要提前規劃建設。
在首善之區,北京電力響應國家新能源汽車戰略,正持續推進電動汽車充換電服務網絡建設,服務于電動汽車普及推廣,服務于“人文北京、科技北京、綠色北京”和世界城市建設。
截至2012年年底,公司已建成60座電動汽車充換電站,1080臺充電樁。其中,2012年3月投入運營的高安屯充換電站是世界上規模最大、充換電能力最強、充換電設備種類和模式最多的電動汽車充換電站。
一輛載重8噸的電動環衛車停靠在換電流水線上,兩個換電機器人從電池組架的位置出發,沿著環形軌道停靠在環衛車兩側電池的位置,伸出“手臂”麻利地取出電池后沿著軌道駛離;另兩組換電機器人則帶著已充好電的兩組電池從它們身后趕來,熟練地更換好。
在高安屯電動汽車充換電站,記者目睹了整個換電池過程,用時僅2分多鐘,“加上車輛進入充電通道及停靠時間,整車每次綜合換電只需6到8分鐘,跟傳統車輛加油時間差不多。”高安屯電動汽車充換電站負責人告訴本刊記者。這里每天能同時充電1104塊電池,充電機總容量10080千瓦。配送工位每小時可配送24組電池。換電和配送速度處于世界領先水平。
目前,從電動汽車投入運營規模看,北京地區運行的純電動汽車超過2500輛,在充換電站建設和示范推廣電動車數量上,北京市在全國20個“十城千輛”示范城市中均處于領先地位。
據陳強介紹,經過近幾年的發展,電動汽車產業正從導入期轉入培養期,關鍵技術還沒有取得突破性進展,現階段充換電服務網絡建設,還應按照換電為主、插充為輔的思路,堅持經濟實用、安全可靠和按需建設的原則,以實用化為主,滿通運行實際需求。
相較于其他省市,北京市電動車發展特點在于車型較多,涉及公交、環衛、出租和乘用車等。以公交車與環衛車為例,北京市80路、90路公交車單趟來回行駛里程為40公里,“充電一次跑兩圈下來后就只能停駛,需要采用換電模式,而像環衛車,就早晚用,里程40公里左右,充一次電能滿足一天用,就可以采用直充方式。”陳強向本刊記者舉例道。
電力專業人士告訴記者,現階段電動汽車一次行駛里程最多可達一百三四十公里,并和電池、充電及整車制造技術發展水平有關,采取“換電為主、插電為輔”的建設思路符合電動車輛實際運行需求。
未來幾年,北京電力將始終秉持“按需建設、適度超前”的產業推進原則,維持適度的電動汽車充換電設施建設發展規模。記者拿到的一份資料顯示,到2015年底,北京電力計劃建成充換電站272座、充電樁3.03萬臺,形成以北京為中心的環渤海電動汽車智能充換電服務網絡,滿足規劃的5萬輛電動汽車充換電需求。
合作共贏
配電網建設是決定電動汽車充換電服務網絡建設的前提。保持適度的充換電服務網絡之外,強化堅強智能電網支撐是電動汽車產業規模化的關鍵硬件投入所在。
與政府規劃決策部門建立起常態化、流暢的溝通渠道,積極參與全市電動汽車發展規劃滾動編制工作,是北京電力推動電動汽車產業戰略發展的重點。
由北京市委市政府牽頭,各相關企業組織參與的新能源汽車聯系會定期舉行。相較于其他省市,這是北京電力的先天優勢,有助于推動政府盡快落實國家已經出臺的相關政策,不斷推進電動汽車運營補貼、稅費優惠的政策落地。
另外,北京電力一直致力于加強利益相關方合作,深化與上游企業合作,構建合作共贏平臺。這些企業涉及電動汽車原材料、電機、電控、電池到整車、基礎設施等領域。
基于C30車型,聯合北汽新能源合作開發采用底盤換電的新款乘用車,是北京電力在2013年的創新重點。陳強表示,這有望完善現有的乘用車換電模式,增加其續航里程。
北京電力還同北汽新能源、北汽福田、長安汽車等車企,蒙古鋰、普萊德等電池廠開展協同創新,力促電池技術和整車生產的國家標準落地,如充電接口、計量方式標準。
未來幾年,北京電力仍將維持適度的電動汽車發展規模。記者拿到的一份資料顯示,到2015年底,北京電力計劃建成以272座充換電站為骨架,210座配送站為網點,3.03萬臺充電樁為補充的三級智能充換電服務網絡,按照國家電網公司統一部署,積極服務建成以北京為中心的環渤海電動汽車智能充換電服務網絡,滿足7.13萬輛純電動汽車的充換電需求。
清潔能源并網
2012年11月5日,北京首戶居民向順義供電公司申請分布式光伏屋頂發電并網。該用戶項目建設容量為3千瓦,設計日均發電量10千瓦時,并網電壓為220伏。接到用戶申請后,北京電力嚴格遵循“支持、歡迎、服務”原則,安排專屬客戶經理開展一對一服務,通過電話、現場辦公等方式多次與客戶進行全方位溝通,2013年1月25日,該項目順利并網發電。
據介紹,源于政策補貼和設施建設支持,普通居民和民營企業對分布式光伏(單點并網容量在6000瓦以下)發展意愿很強。同傳統能源相比,分布式光伏、風電等清潔能源具有可再生性,無污染,其項目開發和利用亦迫在眉睫。
但由于大規模儲存電源技術尚無法實現,且清潔能源受天氣等不可控因素影響大,不穩定性強,電網企業需要應對新能源并網接納的諸多困難,實現實時平衡,“有多少負荷,就發多少電”。
優化清潔能源調度、并網運行,深化與新能源企業等利益相關方合作,是實現清潔能源接入的關鍵之處。
為此,在保障電力可靠供應的前提下,北京電力按照節能、經濟的原則,做好風電等新能源并網審核工作。同時,加快可再生能源發電接入系統及配套電網設施的建設工作,簽署與履行并網調度協議和購售電合同,加強發電計劃管理。
北京電力調度控制中心系統運行處處長趙瑞告訴本刊記者的一個實例是,由公司調度控制中心牽頭,會同運檢部,專門對北京電網內唯一的風電場鹿鳴山電廠進行了電網改造,優化送出系統,保證其15萬千瓦時的裝機容量能夠優先并網。
2月19日,位于城郊門頭溝地區的魯家山生物質垃圾焚燒發電廠,設備全部到位,即將進入調試階段。這是“世界單體一次投運規模最大”的垃圾分類處理焚燒發電項目,投產后年上網電量將達2.25億度。據了解,北京電力已為接納這一新能源發電的并網做出了相應的規劃。
據趙瑞介紹,在日常運行管理上,公司還充分做好新能源發電能力預測,即合理安排現有運行設備,尤其是調管設備的電廠發電計劃,將火電等其他系統額度發小,留好預度,在高峰期充分滿發。
目前,北京電力正配合國網公司調度中心,啟動分布式光伏并網的技術標準和管理規范工作。2012年,北京電力共批復31個清潔能源接人申請,總裝機容量達561.49萬千瓦,完成西南和東南熱電中心176萬千瓦燃氣機組并網工程。
綠色成效
至2012年底,有3座垃圾發電廠并入北京電網運行,總裝機容量35兆瓦。按照垃圾電廠年上網電量1.88億千瓦時測算,每年可減少消耗5.63萬噸標準煤。
與建設同等規模燃煤熱電機組相比,公司支持并配套建設的四大燃氣發電中心投運后,每年可減少二氧化碳排放1100萬噸、二氧化硫排放7500噸、氮氧化物排放12000噸。
從總量上看,新能源產業發展帶來的減排和治污效果更為明顯。通過支持清潔能源發電企業發展,每年共可減少消耗71.80萬噸標準煤,減少排放977.26噸二氧化硫及1905.64噸氮氧化物。
根據國家電網節能減排的總體部署,結合北京市相關發展規劃,北京電力在充分考慮北京打造世界城市發展需求的基礎上,確立“安全、全面、經濟、主動和可實施”的電網發展思路,積極打造資源節約型、環境友好型電力企業。
按照環保部公布的《重點區域大氣污染防治“十二五”規劃》,北京地區要求細顆粒物PM2.5年均濃度下降6%。“十二五”期間,北京預計將新增太陽能、風能、沼氣、垃圾焚燒等新能源裝機46.46萬千瓦,裝機占比由“十一五”末的2.45%提高到5.44%,每年可減少消耗72萬噸標準煤,減少排放994噸二氧化硫及1933噸氮氧化物。
北京電力還將積極開展新能源示范項目和智能發配用一體化示范項目,積極探索太陽能發電和智能一體化電網的建設,通過收集新能源發電替代石化類發電實現減排。
“煤改電”持續發力
“多虧了‘煤改電’,要是以前,哪兒能一下就這么暖和啊!”家住西城區西河沿192號院的沈先生不由對比起今昔采暖的境況。
記者走訪時得知,燃煤取暖時,沈先生屋子里的溫度也只能達到18攝氏度,趕上雨雪天氣,室溫可能更低。“煤改電”后,燒一晚上電暖氣,屋里一天都能維持在22攝氏度。
“煤改電”是指用“電采暖”代替“煤采暖”,以達到治理煤煙型污染、改善大氣環境的作用。作為電力企業,北京電力積極配合政府,承擔了配套電網工程建設的責任。
自2003年啟動“煤改電”工程以來,北京電力每年分片分區循序漸進。近十年來工程的實施既給首都二環內的核心區22.8萬戶居民帶來了方便、舒適、實惠,又確保了“綠色北京”目標的盡早實現。
燃煤取暖是影響冬季北京空氣質量的主要原因之一,尤其是在十年以前,這幾乎為北京市民所公認。在北京城區,主要是二環內東西城區的文化保護區,有大量散落的胡同、四合院以及大量城鄉結合部仍使用原煤散燒,其碳排放量不亞于電廠。
政府出臺的居民峰谷試點電價政策是北京電力得以順利推進“煤改電”的關鍵因素之一。專門面向“煤改電”居民用電的這項政策規定,在采暖季21時至次日凌晨6時,每度電收費0.3元,其他時間按正常電價收費,每度電為0.4883元。
在采暖季結束后,居民可以憑借證明領取區、市的兩級補貼,補貼標準分別為0.1元/度,這樣,“煤改電”居民冬季夜間用電的電價為0.1元/度。沈先生大致折算了一下,享受政策優惠后,只用1000元就能暖暖和和過冬,比燃煤取暖節省了一半花費。
“煤改電”取暖帶來的安全、方便和衛生亦是普通居民頗為看重的因素。沒有了煤灰、渣土,免去了煤氣中毒的擔憂,還省去了看爐子的精力和時間,這是“煤改電”居民們的一致感受。
為此,北京電力投入了大量的人員和物力。僅2012年全年,公司共投資6.78億元,施工涉及10千伏配電線路59條,敷設電纜總長度約224.81公里,新架架空線路總長度約49.97公里,新建箱變開閉器柱上變壓器等設備約308臺,新裝墻、地箱共約4226臺,改造居民戶表數近2.1萬戶。這實現的是對北京空氣質量的持續改善。
另據了解,北京市能源結構調整規劃指出,到2015年全市煤炭消費總量下降到1500萬噸以下,五環路內甚至城六區基本實現無煤化。
[關鍵詞]鋰電池組;均衡策略;SOC
近年來,我國的汽車行業發展迅速,已成為世界第四大汽車生產國和第三大汽車消費國。但是我國的石油資源短缺,目前石油進口量以每年兩位數字的百分比增長,預計到2020年進口依存度將超過50%。因此大力發展新能源汽車,用電代油是保證我國能源安全的戰略措施。因此大力發展新能源汽車是實現我國能源安全、環境保護以及中國汽車工業實現跨越式、可持續發展的需要。因此,結合當前的產業現狀分析,專業從事BMS業務的公司在該領域仍具優勢,原因主要在于BMS領域最核心的SOC估算和電池均衡技術具備相當的技術門檻;此外,前期堅持BMS主業的相關企業積累了大量的BMS運行方面的經驗數據,對后期產品改進具有極為重要的意義。
車用動力蓄電池是電動汽車產業化的關鍵,電動汽車電池管理系統(BMS)是電動汽車中一個越來越重要的關鍵部分,近年來已經有了很大提高,但在采集數據的可靠性、SOC的估計精度、均衡技術和安全管理等方面都有待進一步改進和提高。所以,大部分企業在電動汽車研制中曾遭遇尷尬,車用動力電池不僅是制約電動汽車規模發展的技術瓶頸,而且是電動汽車價格居高不下的關鍵因素,其成本占整車成本的30%-50%。因此,動力BMS的性能對電動汽車使用成本、節能和安全性至關重要。
我國在這方面的研究還剛剛起步,即使美國等汽車工業發達國家的研制工作也不完善。我國在“十五”期間設立電動汽車重大研究項目,積極推進BMS研究、開發和工程化應用,取得了一系列的成果和突破。在動汽車領域,我國與發達國家的科技水平差距不是很大,決定電動汽車產業成熟度的關鍵因素是動力電池技術,目前中國企業在電池技術方面處于領先地位,已經成為世界最大的車用動力電池供應國。當前主要是一些高校依托自己的科技優勢,聯合一些大的汽車生產商和電池供應商共同進行了如下研究:電池動態參數采集的穩定性和精度的提高;車載電池SOC的估測;電池模型的研究;電池組均衡控制的研究;BMS與充電機進行CAN通信,實現協調控制和優化充電;車載電池組箱體空間和機械結構設計及合理的散熱控制;電池故障分析與在線報警、BMS自檢及處理。
在國外,比較典型的BMS如:正在開展基于智能電池模塊(sBM)的BMS研究,即在1個電池模塊中裝入1個微控制器并集成相關電路,然后封裝為一個整體,多個智能電池模塊再與1個主控制模塊相連,加以其他輔助設備,就構成1個基于智能電池的管理系統;EVlBMS的功能和特點包括:單電池的電壓監測;分流采集電池組的電流;過放電報警系統;高壓斷電保護;電量里程預算等;BatOpt系統是一個分布式系統,包括中心控制單元(MCU)和監控模塊。監控模塊通過two wire總線,向MCU傳輸每個電池工作信息,MCU在收集信息后,對電池進行優化控制;BATYNIAN BMS強調不同型號動力電池組管理的通用性,其最大特點是:通過改變硬件的跳線和在軟件上增加選擇參數的方法,來管理不同型號的電池組。
目前進行電動汽車研發的主要企業有一汽、上海大眾、東風汽車、長安汽車、奇瑞汽車、吉利汽車、比亞迪汽車、江淮汽車、上海華普、上海通用等企業。然而,除奇瑞和比亞迪外,其他企業在電池管理領域沒有或僅有很少的專利申請。究其原因,一方面,一些電動車研發企業還沒有將研發重心放到電池管理系統上;另一方面,國內企業在知識產權保護上意識不足,還沒有自己的專利技術。目前,我國一些企業已經就電池管理系統技術申請了專利。在電池管理領域專利申請量排前六位的國內企業有:比亞迪、奇瑞汽車、深圳市比克電池有限公司、中興、天津力神電池股份有限公司和華為。
鋰離子電池是目前純電動汽車上應用最廣泛的動力電池類型,在能量密度、循環壽命、自放電率等方面具有明顯優勢。正負極材料的電極電勢決定了目前單節鋰離子電壓標稱只有不到4V,而驅動純電動汽車需要的電池電壓高達上百伏甚至數百伏,因此必須將多節電池串聯起來組成電池組,才能達到所需的電壓等級,一般純電動汽車電池組中用于串聯的單體電池至少幾十節,有些達到上百節。當多節電池串聯成組時,由于單體性能差異所引起的電池組不一致性問題就變得尤為明顯。這里提到的不一致性問題指的是串聯電池組內各單體之間存在的性能差異現象,其最顯著的問題就是單體電池SOC的不一致。
一、全球汽車產業加速創新
1.創新技術領域日益由傳統動力驅動向可替代能源轉變
湯森路透①的數據庫顯示,2003—2011年,全球汽車可替代能源已公開專利申請和授權專利項數從6847件(占當年重要專利數的8.15%)增長到2011年的22255件(占當年重要專利總數的21.03%),增長225%;與之形成鮮明對比,汽車發動機設計領域的專利數量從2003年到2011年僅增長了10.89%(見表1)。
2.運用新技術加速開發新車型
為迎合消費者對于新產品的追求,盡早獲得市場占有率,世界汽車巨頭采用現代電子仿真技術,如CAS(Computer Aided Styling Design,計算機輔助設計)等電子計算機技術,加速開發新車型。1996年保時捷新車開發周期已達2.5年,福特和通用1999年宣布實現新車型開發周期為22個月和24個月,最終目標是12個月~18個月。而今,幾乎所有的汽車大企業均已把新車開發周期縮短至1年之內。寶馬汽車公司甚至將10年前至少需要2年~3年時間完成的項目開發和產能,提速至3個多月。
3.零部件研發同步化和生產共通化
為與新車型實現同步,為新車及時、準確地提供合格零部件,零部件供應商往往在項目開發前期便涉入整車的同步研發。同時,為降低成本,提高質量,實現零部件系列化、標準化,早在2000年,美國三大集團便簽訂了共同零部件協議,通用公司提出產品“協同開發”與“協同商務”,德國大眾提出平臺化技術,福特公司提出零部件矩陣,美國通用、德國大眾和日本豐田三大集團協議共建部分標準零部件數據庫等。2013年3月底,豐田汽車宣布,自2015年起將陸續推出采用以零部件共通化等為核心的新設計方式“豐田新全球架構(Toyota New Global Architecture,簡稱 TNGA)”的新款車。以汽車底盤為例,在多達4000~5000種的零部件中,2~3成將實行共通化,未來將進一步提高至7~8成,并能將研發效率提高20%~30%,同時還可以強化發動機和變速箱的開發。本田公司提高最暢銷的3款主力車型換代(雅閣、思域以及CR-V)零部件通用程度,將采購成本削減30%。日產推出通用模塊系列CMF(Common Module Family),并與合作伙伴雷諾公司共享零部件,將通用率由目前的20%左右提高到80%,降低成本30%,每年將節約52億美元開支。
二、各國政府鼓勵新能源汽車發展
新能源汽車是指除汽油、柴油發動機之外所有其他能源汽車,包括電動汽車、混合動力汽車、燃料電池汽車、氫能源動力汽車和太陽能汽車等,其廢氣排放量比較低。進入新世紀,特別是2008年金融危機以來,石油短缺、環境保護和技術進步促使汽車產業加速向新能源汽車產業化邁進,美國、日本、德國紛紛通過制訂新能源汽車產業規劃,出臺減稅、資助研發和建設充電站設施等方式引導扶持。
美國能源部于2008年6月宣布撥款3000萬美元,資助通用汽車公司、福特汽車公司、通用電氣公司(與克萊斯勒汽車公司共同研究)2008—2011年進行的充電式混合動力汽車研究項目。2009年8月,美國總統宣布美國能源部將設立20億美元的政府資助項目,用以扶持新一代電動汽車所需的電池組及其部件的研發。為鼓勵消費,規定購買充電式混合動力車的車主,可以抵扣7500美元稅負;政府還投入4億美元支持充電站等基礎設施建設,同時各州還有補貼,如加州對CODA電動車補貼2500美元。
2006年6月,日本政府出臺了長遠能源規劃《2030年的能源戰略》,擬發展各類新能源,對新能源予以減稅、政府財政補貼,使日本對石油的依賴降低到40%。2009年4月,日本開始實施“綠色稅制”,將純電動汽車、混合動力車、清潔柴油車定義為“下一代汽車”,連續3年免除多種稅負。2012年后又以2015年度油耗標準繼續對達標車減免“機動車噸位稅”和“機動車購置稅”。
德國政府則在2008年6月與大眾汽車以及能源供應商EON等工業巨頭聯合公布了一項混合動力汽車發展計劃,并撥款1500萬歐元資助研發可再生能源(如風能,太陽能)的充電電池。2009年初,政府的500億歐元巨額經濟刺激計劃,很大一部分都用于電動汽車研發、汽車充電站網絡建設和可再生能源開發。
2001年初,我國科技部啟動“863計劃”電動汽車重大專項,實施新能源汽車發展戰略。2005年我國政府出臺了優化汽車產業結構、促進發展清潔汽車、電動汽車政策措施,明確了2010年電動汽車保有量占汽車保有量的5%~10%,2030年電動汽車保有量占汽車保有量50%以上的發展目標。2010年6月,我國出臺《關于開展私人購買新能源汽車補貼試點的通知》,給予純電動和插電式混合動力車每輛6萬和5萬元的補貼。2012年6月,國務院《節能與新能源汽車產業發展規劃》,各地紛紛出臺相關支持政策。
三、新能源汽車的發展困境
1.消費者對純電動汽車尚存疑慮
2011年和2012年,中美兩國純電動汽車銷量均不過2萬輛,僅占當年全部汽車銷量的0.1%和0.08%,與美國政府2015年要達到100萬輛充電式混合動力車、我國50萬輛電動車的銷量目標相距甚遠。從市場前景看,不少消費者愿意嘗試或購買電動車。德勤全球制造業組2011年初對美國、亞洲和歐洲共17個國家超過13000位消費者所做的全球調查中,把消費者分成潛在嘗新者、有購買意愿者和無購買意愿者三類。表2顯示,北美、歐洲、日本等發達國家的消費者對電動車的購買意愿不高,中國、印度、韓國、南美和南歐等國家對電動車的興趣非常高。
德勤的調查也表明,消費者對電動車續駛里程、充電便捷性、充電成本和購買價格存有較大疑慮(見表3),現有市場上的電動車產品僅能滿足2%~4%的消費者的預期,政府政策、電力基礎設施和替代產品也是影響消費者購買決策的重要因素。燃油技術、起動停車閑置技術和車重減少 等技術進步已使內燃機燃油效率接近50英里/加侖(21公里/公升)。依據美國2012年8月公布的燃油效率標準,到2025年,平均燃油效率要求為54.5英里/加侖。調查顯示,大型汽車市場中,這一燃油效率會使過半人數降低電動車的興趣,如我國人數達57%,美國高達68%。當燃油效率接近75英里/加侖(32公里/公升)時,絕大部分消費者將不太可能購買電動車。
2.高成本讓汽車企業顧慮較多
一是企業研發和市場運營成本較高。由于研發和生產成本高,直接導致新能源汽車市場售價比普通汽車平均高出30%。電動汽車前期投入巨大,需要花費高昂的技術研發、固定資產投入、人力成本、原材料采購價格、運營成本等等,因而眾多汽車企業望而卻步。全球排位較前的一些汽車公司,如三菱汽車僅在改進燃油系統等現有技術基礎上進行開發,日產與雷諾結盟,承諾投入50億美元用于電動汽車及電池的研發和生產。即使豐田、寶馬這樣實力雄厚的大公司,也還要聯手協作。2011年12月,日本豐田就與德國寶馬達成環保汽車技術合作備忘,2013年1月進一步簽署了關于“共同開發燃料電池系統”、“共同開發運動車型”、“共同研究開發輕量化技術”的正式合作協議,以及“后鋰電池”研究協議。
二是關鍵技術仍面臨重大困難。作為電動汽車關鍵技術的電池驅動,即便是成本不斷降低,在整車制造成本中仍高達50%。高昂的制造成本、技術不成熟導致產品起火以及由此造成的召回是電池企業和電動汽車銷售不旺的主要原因之一,電動汽車市場的不景氣反過來也會影響電池企業的發展。2012年1月,美國鋰離子電池制造商Ener1宣布破產;2012年10月,美國動力電池龍頭A123 System公司宣布破產,隨后被中國萬向集團收購。美國電動車制造商CODA控股公司也已申請破產保護。搭載A123電池的著名電動汽車制造商菲斯科卡瑪已經停產半年多,被譽為電動汽車界神話的汽車公司特斯拉2012年全年虧損近4億美元。即便是2012年美國插電式電動汽車銷量冠軍—通用旗下的沃藍達也在虧損。
三是關聯企業轉換成本較高。除整車研發和運營銷售外,汽車整車企業還面臨較高的關聯企業轉換成本,豐田這樣的家族型企業尤為明顯。零部件關聯企業更換成本,前期所投入的技術、勞動力成本可能都會變成沉沒成本。新能源電動汽車關系企業較少,利益鏈條與傳統產業鏈相比改變很大,無論是研發、生產、銷售還是服務,都會有較大的轉換成本,一旦新能源汽車成規模后,與傳統汽車相關的主要零部件如發動機、油箱、排氣管等生產有關的企業都會遭受巨大損失。作為家族系中的家長,豐田責任感很強,在產業鏈發展尚未成熟階段,不會貿然切換到新能源汽車鏈。
四、企業在新能源汽車方面的努力方向和突破點
1.加緊研發新能源汽車
新能源汽車的研發近幾年來進展飛速,2006—2011年,可替代能源專利增長了182%,主要集中在日本(55%)、韓國(25%)、美國和德國(各10%)。專利數量排在前五名的公司分別是豐田(1901項)、本田(587項)、日本電裝(413項)、通用汽車(349項)和松下電池制造(345項,為豐田普銳斯提供電池)。
其中豐田汽車研發技術和推廣理念超前,最為貼近市場。豐田汽車的研發做了多手準備,一方面迎合消費者需求,致力于燃油車的新技術開發,提高燃油效率,降低能耗;另一方面進行多種可替代新能源汽車研發,最新的研發方向是從水里提取氫,開發氫燃料電池車。據稱,這種水素汽車將在2015年上市,續航里程達830公里。一旦占領市場,全球汽車產業將會面臨一場大洗牌。過去16年,豐田投入了100多億美元研發混合動力汽車。2012年,豐田共在美國賣出了327413 輛混合動力車,全球范圍內售出了120萬輛,其中普銳斯占據了一半以上的份額。盡管豐田幾乎不做電動車的相關產業化,但混合動力車很容易就能向可替代能源擴展,去掉油箱和發動機就能變成純電動汽車,再加上外插式充電設備就變成了插電式混合動力車。
2.主攻核心技術
混合動力汽車的核心是動力電池技術,日本專業分析公司Patent Result于2011年2月公布的調查結果顯示,豐田汽車在動力電池專利技術領域獨占鰲頭,排名首位。而排在第二名的日本電裝也是豐田汽車所屬零部件企業。豐田汽車的綜合商社豐田通商與我國的中信國安、臺灣省的長園科等專業電池材料公司有著汽車電池方面的合作。2012年11月,豐田開發出鈉離子電池,室溫狀態下電壓值比鋰離子電池高3成左右。2010年1月,豐田涉足動力電池上游,豐田通商與澳大利亞礦業公司Orocobre合作,加入南美鋰產業爭奪。同時計劃在印度新建稀土提煉工廠,用于制造混合動力車電機。
3.致力市場推廣
在市場推廣方面,豐田公司的戰略最為長遠,觸角伸到新城市建設的諸多方面,為電動車推向市場展開全方位的準備。2011年11月,豐田汽車公司在其大本營日本豐田市推出智能住宅,安裝了太陽能發電設備、家庭能源管理系統和蓄電裝置等先進設備。豐田集團下屬的豐田住宅公司負責開發住宅,豐田智慧中心提供聯結、控制汽車和住宅的資訊(IT)技術。
五、對我國的啟示
從全球新能源汽車技術現狀看,常規的混合動力汽車技術已較為成熟,插電式和純電動汽車的電池技術、家庭用的充電樁等設施還受技術和現實制約。從專利技術的國別優勢看,日本在新能源汽車各子領域原創技術上具有絕對領先優勢,美國居第二,截至2012年底,專利技術數量日本(近9000件)和美國(4000件)位居第一、第二,所占比例分別為60%、22%。我國在混合動力汽車、燃料電池汽車等新能源汽車領域專利申請量達2011件,占全球專利申請總量的8%,與德國、韓國并列世界第三。國外申請人專利布局量較大,且占領了新能源汽車的各個關鍵領域。
我國新能源汽車研究雖上升較快,卻未形成具有絕對領先優勢的行業領軍企業或帶頭人,即便是技術研發水平較強的純電動汽車領域,性能可靠性和工程化能力仍落后于國外先進產品。中國和美國是重要的新能源汽車目標市場,中國雖在純電動汽車技術領域取得了一定優勢,但在燃料電池汽車技術領域的原創專利過少,將對國內市場培育產生影響。一旦純電動汽車市場占有率提高困難甚至失敗,燃料電池汽車市場興起,過于注重純電動汽車則可 能出現投入與市場的重大偏差。
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