运营类电动汽车采用换电的模式探讨

2016-10-25殷志柱,王魏,王云

中国科技信息 2016年19期

运营类电动汽车采用换电的模式探讨

在能源多元化、环境治理的大背景下，电动汽车的推广应用具有重要的影响。在电动汽车的电量补给形式上，包括充电和换电两种模式。因为换电的快速性、便捷性，在包括乘用车、物流车等在内的运营类车辆的推广上具有很大的市场空间。另外换电模式下因为电池集中管理，便于实现电池的梯次利用和电池回收。目前电动汽车的换电的研究主要集中在充换电与电力系统的影响研究、换电网络的规划和建设，以及运营模式、网络管理系统等，随着电动汽车不断普及，建立可复制推广的换电运营模式成为一个关键课题。

换电模式的思路

从技术上说，电动汽车换电是电池与车之间通过标准化的接口进行互联，并能够方便的更换电池；从商业模式上说，用户只需要购买汽车，电池可以从负责电池运营的公司租赁，电池更换的时间在2～3min，这样就可以像汽油车一样，方便的获得电能供给，同时降低了一次性购车成本。相比充电模式大幅提高车辆的使用率，所以适合运营类车辆采用。整个换电运营模式如图1所示。

用电成本分析

从目前的市场情况来看，电动汽车的成本要比普通的燃油车贵50%，所以降低电动汽车的使用成本对于商业模式的推广具有重要意义。对于电力系统来说，电动汽车是可调节的负荷，可以通过电价机制对电动汽车充电的时间进行调节。但这种方式，一来对用户行为影响有限，二来是以牺牲用户“自由用车”的体验为前提的。换电站在时间和空间上可以实现充电和售电分离，从而就具备了获取最低用电成本的基础。充分利用峰谷电价、郊区低电价和工业园区的富裕配电容量，节约一次投资和用电成本。随着电价竞价上网机制的推广，光伏发电、沿海地区海上风电、燃气发电等分布式发电的加入，换电还具有进一步低电价空间。

表1给出了不同的能源选择的优劣势分析，从电力系统配电运行角度，采用合理的运营模式，换电不仅不会增加电力系统负担，而且能提高资产利用率。

电池的交易模式

图1 换电运营模式示意图

电池的交易模式在换电的商业模式中处于核心地位。电池交易模式包括两方面，一是换电运营商与电池企业之间的交易模式，二是换电运营商与电动汽车用户之间的交易模式。其中换电运营商和电池企业之间的交易模式可以有以下三种模式：

方式1：电池采购模式。运营商直接采购电池，电池企业负责提供电池和技术服务。这种模式运营商需较大的一次投资，同时承担较大的风险。

方式2：电池租赁模式。换电运营商从电池企业租赁电池，在电池衰减率允许范围内按月支出固定的租赁费用。这种方式能够大幅减少运营商的初始投资，仅获得电池使用权并对电池运营管理负责，电池厂家负责技术支持。

方式3：电池使用模式。运营商按电池实际使用情况，以电量为基准向电池企业支付费用。换电运营商建立电池企业与电动汽车用户之间交易平台，收取一定的服务费，不承担风险。

从目前电池的发展水平来看，电池租赁模式+电池使用模式结合比较可行，这样不仅能保证电池企业收益从而具有研发动力，而且换电运营商一次投资不大，同时可以通过提高运营效率而盈利，从而形成整个商业模式的良性循环机制。在电池的交易模式中，基于安全性、可用性建立一个科学的电池评价体系都是一个重要的课题。

用户使用电池，除了需要支付电池使用费，还需要提供担保。担保的形式，可以采用信用担保、付押金或资产抵押（比如，以电动汽车作为抵押）等形式获得换电资格。这种消费形式大幅减低了用户在电池使用上的投资，有利于市场推广。

表1 不同能源选择方式优劣势对比

盈利模式分析

换电的盈利模式，需要从各环节系统性考虑是否能够实现合理利益分配。换电的成本包括换电站的一次建设资金、用电成本、电池使用费。换电的收入主要包括收取的换电服务费、用户交纳的保证金、国家和地方补贴。本文以100块电池规模的换电站为例简略计算投资回报情况：其中每块电池15度电，每辆电动车可以配备2块电池，换电平均时间为3min，充电时间3h，按12h运营核算100块电池的换电站每天可以为200车次提供换电服务。

为满足充电要求，需要500kvar的配电容量，需投入约200万；换电装置投资300万元；电站施工费：100万元；换电站的一次投资约为600万元；考虑换电的补贴按直流桩的标准，补贴金额为30万元；换电站的投资相当于570万元。

假设电池电量使用率为80%，每车次换电为：2*15度*0.8=24度，每天换电电量为：24度*200辆=4800度；向用户收取服务费按0.8元/度，则每月收取服务费为：4800度*30天/月*0.8元/度=115200元；电池的月租固定成本按500元/月，并支付0.1元/度使用费，同时获取0.2元/度的电费补贴，每月的利润为115200元-500元/月*100块+（0.2-0.1）元/度*4800度*30天=79600元。

换电的投资回收期为：570÷7.96÷12=5.96年；

如果不单独建设配电，利用已有配电的富余容量进行充电，换电的一次投资将大幅减少，换电站的投资回收期会降低至3.8年。

从换电的投资回收期计算中可见，电站的一次投资、电池的使用费用、换电站的运营情况都直接影响换电站的效益。

衍生服务分析

电池集中应用的模式使得换电站具有更多服务的可能性。光伏和风电并网发电，因为线路容量的限制，需要计算线路能够成熟的接纳能力，从而确定风厂或光伏电站的输出，大幅降低了发电效率；电池储能成本过高，也在极大程度上限制了微电网的发展。用换电站替代储能电站，实现“一站多用”，降低微电网的一次投资，抑制风机光伏发电波动性给电网带来的冲击。同时储存的电能可以在电网需要调峰调频的时候使用，具有一定的经济性。

此外，基于换电站的商业模式有利于推进动力电池进行梯次利用和电池回收。