目前我國發展新能源汽車面臨以下幾個契機:環境問題嚴重、海外新能源汽車市場初現規模化跡象、國家扶持實質化、產業有技術積累。
國際能源署整理的各國規劃顯示,全球2015年將銷售約200萬輛電動汽車/插電式混動汽車,到2020年銷售大約440萬輛。美國、日本和歐洲是主要市場,中國市場也在積極成長。而2012年全球新能源汽車銷量僅為120萬輛,且以混合動力為主。
電池、電機和電控為產業鏈核心部分。電池方面,鋰電池是目前公認最安全、產業化后成本最有可能為消費者所接受的汽車動力電池。電機方面,目前高端車型(Tesla[微博])采用交流電機,而從經濟及性能考慮,永磁同步電機為主流發展方向。
發展新能源汽車成戰略選擇
新能源汽車包括純電動汽車、插電式混合動力汽車、非插電式混合動力汽車和燃料電池汽車等。2013年之前,全球新能源汽車發展較緩慢,一方面由于新能源汽車開發成本居高不下,相關車企大多虧損,另一方面也沒有代表性車型吸引消費者;2013年初開始,特斯拉[微博]成為新能源汽車領域最大亮點,Model S榮登一季度北美豪車銷售榜首位,并且實現盈利,成為全球迄今為止最成功的新能源汽車。
發展新能源汽車是大勢所趨。從國家戰略高度思考,在化石能源緊缺,環境污染愈加嚴重的今天,發展新能源汽車已成為降低化石能源消耗、減少環境污染的有效舉措,各國政府扶持新能源汽車產業發展的意圖十分明顯。而中國面臨著嚴重的環境污染問題、原油對外依賴度居高不下、汽車產業發展也落后于發達國家,發展新能源汽車是中國國家戰略的必然選擇。
20世紀末,高漲的油價和人們對氣候問題的擔憂,使電動車受到廣泛關注。歐美日各系廠商都開始在電動車領域發力。1993年,美國政府制訂了PNGV計劃,三大整車廠紛紛推出以內燃機為基本動力源(行情,問診)的混合動力概念車(輕混),這些概念車型由于采用了制動能量回收技術而更加節能,在降低油耗和排放方面都有十分出色的表現。盡管過高的成本未能使這些概念車實現商業化,但這個計劃在美國掀起了一波汽車新技術研發浪潮。大眾、豐田等車廠也推出了各自的混合動力車,其中,豐田Prius獲得了巨大成功。
如今,插電式混合電動汽車(重混)和純電動車已成為電動車發展方向。目前插電式混合動力汽車的性能已經基本可以滿足消費者的日常需求。純電動車方面,Tesla Model S最高續航已經超過500公里,部分性能甚至超過了傳統汽車。
為了促進新能源汽車的發展,全球各主要經濟體均制定了電動汽車的發展規劃或目標。根據國際能源署的統計,如果所有這些國家公布的目標都能夠實現,到2015年會銷售大約200萬輛電動汽車/插電式混合電動汽車,到2020年將銷售大約440萬輛。
2012年美國國內電動汽車銷售總量為5.3萬輛,其中純電動汽車銷售14687輛,僅為全年汽車銷售量的0.1%。2013年這一數據有了明顯的改善,2013年電動汽車的銷售總量為9.6萬輛,其中純電動車銷售量為4.8萬輛,是2012年的三倍之多。整個銷量呈上升趨勢,純電動汽車的貢獻較大。相較于美國,歐洲更青睞零污染的純電動汽車。在新能源車的推廣過程中,最為成功也是最為著名的一款車型是EV版標志106。該車型在歐洲各國的政府部門當中擁有大量的用戶?梢灶A見,未來市場將更偏向于消費純電動汽車。
“十一五”期間我國新能源汽車扶持政策密集出臺,且對于產銷量、補貼政策等進行了更為明確、細致的規劃,為行業發展提供了基礎與動力。這標志著我國新能源汽車進入實質性、快速發展階段。
2013-2014年,財政部、科技部、工信部、發改委公布前兩批新能源汽車推廣應用城市名單,涉及40個城市、區域。這40個城市、區域中,以經濟發達地區居多,亦包含城市群形式聯合申報的二三線城市,各個地區對于新能源汽車推廣具有較高積極性。
隨著我國新能源汽車進入實質性發展階段,我國新能源汽車呈現產銷兩旺的格局。2010-2013年我國新能源汽車產量復合增速51.78%,銷量復合增速55.01%。2013年,我國新能源汽車產銷量分別達1.75萬輛、1.76萬輛。
從車型結構來看,2013年,新能源汽車以純電動汽車為主,2012-2013年該車型銷量占比88.93%、82.78%,混動車型占比11.07%、17.22%。
截至2013年底,我國新能源汽車產銷量累計約5.6萬輛。根據《節能與新能源汽車產業發展規劃(2012-2020年)》,規劃到2015年,純電動汽車和插電式混合動力汽車累計產銷量力爭達到50萬輛;到2020年,累計產銷量超過500萬輛。我國新能源汽車產業在未來數年將迎來快速增長階段!笆濉逼陂g市場容量約450萬輛。
與儲能對接推動鋰電成本下降
電池技術路線(燃料、鎳氫、超級電容等)一直有爭議。而Tesla千兆鋰電池工廠的開工,至少說明Tesla對鋰電池中期發展有信心。盡管可能會有企業跳出Tesla的框架另起爐灶,但不可否認的是,更多的國家和企業(尤其是中國)會作為跟隨者和模仿者參與其中,而產業的進步速度往往與參與者的數量正相關。我們認為技術路線的基本確定,會加速產業的集群,產業集群會加速技術進步,并且由于鋰電池的產業鏈已經比較成熟,而且分工明確,成本下降空間大。
在技術路線確定,產業競爭加速成本下降的過程中,不僅是新能源汽車,儲能的需求也會快速甚至爆發式增長。電動車的電池可與儲能天然緊密對接。電動車對鋰電池的質量要求高,而儲能則不然,待新能源汽車市場啟動后,可以將置換或者淘汰的車用電池用于儲能(充電樁或者家用的系統),這樣多次利用,成本會大幅攤;鋰電池的成本下降不但會帶動電動車,也會帶動光伏自發自用的需求。
電解液、隔膜、正極材料和負極材料被稱為鋰電池的四大材料。
相較于鋰電紛繁復雜的技術路線選擇,鋰的需求非常明確,只要是“鋰電池”就需要鋰,不論是碳酸鋰、氫氧化鋰,甚至是金屬鋰。當前全球鋰資源供給呈高度壟斷態勢,三大鹵水廠商SQM、Rockwood、FMC合計占據了全球鋰市場45%的份額,鋰精礦供應商Talison依托中國強勁需求成功二期擴產,市占率2012年躍居首位,高達35%。三份鹵水+一份礦合計供應了全球80%的市場。
全球鋰供給與需求基本持平;趯﹄妱悠囋鲩L的預期,不論是原有四家寡頭,還是新進入者,均有產能擴張計劃。但是,由于資源品位不同、自然環境差異、融資進展以及開發工藝試驗等方面的不確定性,新進入者規劃的產能并不能迅速轉化成產量,因此在中短期內,供給仍主要由四家寡頭控制。
正極材料方面,目前鋰離子電池正極材料選擇方向很多,主流材料包括鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料等方向。正極材料約占整個電池成本的30-40%。
負極材料方面,技術相對最成熟。通常將鋰電池負極材料分為兩大類:碳材料和非碳材料。其中碳材料又分為石墨和無定形碳,如天然石墨、改性石墨、石墨化中間相碳微珠、軟炭(如焦炭)和一些硬炭等。其他非碳負極材料有氮化物、硅基材料、錫基材料、鈦基材料、合金材料等。
隔膜方面技術壁壘較高。鋰電池隔膜主要功能是使電池的正、負極分隔開來,防止兩極接觸而短路,同時允許電解質離子于其間通過;在電池過熱時,通過閉孔功能來阻隔電流傳導。
目前隔膜的發展有兩條路線,對消費電子類電芯而言,為了迎合美觀、便于攜帶的要求,輕薄化和提高能量密度是發展趨勢,一般采用單層PP、PE隔膜;對動力電池而言,由于主要應用在電動自行車、汽車、儲能電站上,因此更注重安全性,通常采用多層功能性復合隔膜。
我們預計2014-2016年全球鋰電池年需求增速在25-30%左右,到2016年,全球鋰電池隔膜市場將達到86億元左右,國內隔膜市場規模在13億元左右。未來若電動汽車、儲能電站需求爆發,隔膜市場更有望大幅增長。
電解液由鋰鹽(六氟磷酸鋰)、溶劑、添加劑組成,其中六氟磷酸鋰是電解液成本最重要的組成部分,約占到電解液總成本的43%。
2011年之前,國內可實現量產的六氟磷酸鋰生產企業僅日本森田化學(張家港)和天津金牛兩家,本土的天津金牛2010年產能僅250噸,六氟磷酸鋰幾乎全部依賴日本,當時Stella Chemifa、關東電化學工業、森田化學等幾家日本企業壟斷了全球90%的市場份額。
六氟磷酸鋰原本是電解液產業鏈條中技術壁壘最高的產品,但隨著國內廠商技術的突破,多氟多(行情,問診)、九九久(行情,問診)為首的國內廠商快速擴張產能,使得原本具有高壁壘高毛利率的六氟磷酸鋰盈利能力大幅下滑。
目前全球動力電池主要朝向三個方向發展:三元材料(NCA、NMC)、磷酸鐵鋰材料(LFP)以及錳酸鋰材料(LMO),主要為兼顧能量密度、成本和安全性。其中三元材料具有較好的能量密度和功率密度,但安全性能較低,成本相對較高;磷酸鐵鋰安全性能較好,成本較低,但能量密度以及功率密度較差;錳酸鋰綜合性能較為均衡,無突出優勢和劣勢。
以當前新能源汽車廠商選擇路徑來看,一種是以美國、中國為主的磷酸鐵鋰為正極的電池路線,另外一種是以韓國、日本為主的三元材料、錳酸鋰為正極的電池路線,目前還未確認哪種技術路線會成為最終的選擇,但因主流汽車生產廠商多為日系及美系汽車,而美系汽車鋰電池較多的由日韓鋰電企業供應,因此動力鋰電池更多是在三元以及錳酸鋰材料之間選擇。
此外,就電池單體容量發展方向看,除Tesla使用小容量18650電池單體(單體容量3.1Ah)外,更多的是專注于大容量鋰電單體研發,如為日產Leaf提供配套電池的AESC公司,PHEV、EV用鋰電池多為單體容量33.1Ah的鋰電單體。但因大電池單體市場研發尚處于初級階段,成本較高,以Tesla Model S與日產Leaf為例,Leaf所用鋰電池單位儲能成本約為Tesla Model S的兩倍左右。使得市場上大多電動汽車在電池組容量不大的情況下(約20Kwh)僅鋰電池成本就高達2-3萬美元。從而在成本上限制了電動汽車的電池組容量,進而限定了整車的動力性能。Tesla的成功將為整個動力鋰電產業樹立標桿,改變研發資源的配置路徑,鋰電池將會從專注于大容量單體的研發改為小容量單體、電池管理系統的研發,從而縮短電動汽車革命的進程。
核心產業鏈逐漸完善
新能源汽車是在傳統汽車產業鏈基礎上進行延伸,增加了電池、電機、電控系統等組件,其與傳統汽車最大區別在于動力系統。這些環節再加上充電樁、零部件等組成了新能源汽車的重要產業鏈。
新能源汽車電機取代發動機并在電機控制器控制下,將電能轉化為機械能來驅動汽車行駛。驅動電機的性能將直接影響整車運行性能。
目前電動汽車主要配備交流感應電機和永磁電機。前者歐美使用較多,特點是成本低,但轉速區間小,效率低;后者受日系車青睞,轉速區間和效率都有所提升,但需要使用昂貴的稀土永磁材料釹鐵硼。日本資源匱乏,面對日益升高的稀土價格,日本正在潛力開發開關磁阻電機,這種電機在性能上不輸給永磁電機,重要的是擺脫了對稀土的依賴。由于中國稀土儲量極大豐富,而且電機工藝已經接近世界先進水平,預計永磁電機將在較長時間內占據新能源汽車的電機市場。根據賽迪經智預計,“十二五”末我國新能源汽車驅動電機整體市場規模將達到250億元左右。
目前全球主要存在兩類新能源電機供應商:第一類是具有整車或者零部件制造背景的企業進入電機及電驅系統領域。這一類企業的優勢是具有整車或零部件的制造經驗,便于電驅系統與之相試驗相結合,如本田、豐田、上汽集團、一汽集團等。第二類是專業的電機電控企業,如大洋電機、江特電機、上海電驅動等。
從產業鏈角度看,釹鐵硼(磁材)是永磁電機的上游原料,隨著新能源汽車的普及發展,將刺激稀土磁材需求。釹鐵硼的磁性能高,性價比高,不足之處是工作溫度較低;目前國內及日本車用永磁電機一般采用釹鐵硼永磁材料。
未來新能源汽車和變頻設備是磁材發展的主要領域。對于新能源汽車而言,如果混動汽車使用永磁同步電機,單位需要磁材2.5千克/輛;而純電動汽車若永磁同步電機,其單位需要磁材會更多,具體的用量按照電機個數倍增。
永磁電機的原材料釹鐵硼雖然造價高,但僅占電機成本10%。其余主要材料是銅材(漆包線)和鋼材(硅鋼片、冷軋鋼板)價格下跌空間有限。如果按照90Kw車用電機,功能密度1.5KW/Kg計算,1輛轎車的驅動電機重量大概60千克。因此電機的降價還是來自于量產后規模效應導致折舊攤銷等成本的下降。
電機零部件配套市場是在近20年全球工業發展的歷次變革過程中逐步從電機整機行業分離并發展完善的。各大電機整機制造商在實行規;嫔a過程中,逐漸降低電機零部件自制率,致力于電機核心技術研發、終端銷售和品牌塑造,零部件主要依賴外部獨立的供應商,涉及定子、轉子、繼電器等。
新能源汽車電控系統主要包括電池管理系統、電機控制系統、能量回饋系統、電動助力轉向系統等環節。
配套服務方面有充電站及充電樁。充電模式主要分為:慢速充電和快速充電。慢速充電運用32A、63A等水平的電流連續充電5-8小時,可利用電價較低的夜間時間,節約充電成本,但難以滿足電動汽車應急充電需求。快速充電運用75-400A電流短時間充電20分鐘-2小時,高效快速,但電流較大,對安全性亦提出更高要求。
從成本構成來看,充電機、充電樁為充電站核心設備,占充電站總成本的45%-55%。充電樁成本主要由樁體、電能計量裝置等構成,預計國網集采后較小的慢充電樁價格4000元左右,毛利率約30%。
截至2013年底,國家電網[微博]累計建成400座充換電站、1.9萬個充電樁。南方電網公司在深圳共建設運營充、換電站7座,197個中速直流充電樁,2273個慢速交流充電樁。分區域來看,北京、上海、浙江城市群、廣東充電站、充電樁建設推進較快。
根據《電動汽車科技發展十二五專項規劃》,我國規劃到2015年底,在20個以上示范城市和周邊區域建成由40萬個充電樁、2000個充換電站構成的網絡化供電體系。
3月19日,國網啟動2014年第一批電動汽車充換電設備招標。直流充電設備招標383套,交流充電設備招標156套,換電系統招標8套。我們預估交直流充電樁、充電屏招標金額約5000萬元。
招標節奏方面,預計2014年國網共進行五次招標。2014年初國網規劃充換電站投資約39億元,近期根據各省網公司上報的數據,預計未來國網充換電站投資將達到600億元,其中充換電設備投資120億元。
目前發改委、國網對于快充、慢充充換電設備的建設持全面放開的態度,若相關企業、個人獲得政府批準,國網即積極支持,提供接電等配套服務,甚至考慮與車企聯合合作,為車企提供充電樁等產品。
目前中石油、中石化[微博]均有建設快充電站意向,諸多公司亦在為各地區電力公司提供充電樁、充電屏產品,積極涉足該領域。
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