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麦肯锡:电动卡车市场为何在此刻集中爆发?

2017年10月11日 14:40    来源: 中国商用汽车网综合    

  电动卡车其实并不是新鲜事物,自20世纪最初的几十年以来,它们一直在世界各大城市的道路上辛勤「劳作」。

  相比于由早期性能并不太稳定的由内燃机驱动的卡车,车队经理们更青睐电动卡车在动力性和可靠性方面的优异表现。现在,在这项技术的第二幕剧中,无论是现有的还是非传统的商用车制造商,正在多种细分市场和各大重量类别中推出新的电动卡车(eTrucks)。

  那么问题来了,近一个世纪都过去了,为什么电动卡车会在此刻集中爆发呢?

  麦肯锡认为,推广这项技术的时机已经成熟。此刻起直到2030年,三大驱动因素将支持卡车市场的发展:

  首先,从总拥有成本(Total Cost of Ownership,TCO)的角度看,电动卡车短期内可以和使用柴油或替代动力的卡车持平;

  第二,电动汽车技术在成本上正变得越来越具有竞争力,相关基础设施正在逐渐完善;

  第三,监管环境促使人们采用电动卡车,包括国家层面的排放法规(如针对车企所产汽车总二氧化碳的排放目标)和地方层面的准入政策(例如无排放区域的设立)。

  与此同时,采用电动卡车的障碍依然存在:

  新车型的可靠性有待证明;

  客户观念有待引导;

  员工、经销商和客户需要培训;

  在管理新供应链和安排新车型生产方面也存在挑战。

  基于对多种可能出现的场景(scenarios)的分析,麦肯锡的研究表明,在不同的细分市场中,商用车电动化进程将以不同的速度推进,视使用案例(use cases)的具体特点而定。

  电动化进程正在进行时

  麦肯锡在三个不同地区(中国、欧洲和美国)对纯电动商用车(Battery-Electric Commercial Vehicles,BECVs)进行了细化评价(granular assessment),其中包括三个重量类别和三个应用场景。这三个重量类别分别是:轻型卡车(Light-Duty Trucks,LDTs),中型卡车(Medium-Duty Trucks,MDTs)和重型卡车(Heavy-Duty Trucks,HDTs);三个应用场景分别是:城市内部、某一地区和长途行驶。

  麦肯锡的模型集中在两大类可能出现的场景(two scenarios)——早期采用(early adoption)和晚期采用(late adoption),来帮助在不同重量类别和地区中设置新的分析维度(如图 1 所示)。这两类场景反映了对于核心假设的不同观点,例如:监管方面能否有效推动?基础设施方面何时能够准备好?供应链方面能否保证?各相关方对这些问题的不同解决力度将决定电动卡车最终大规模普及的时间。

  麦肯锡的研究揭示了纯电动商用车强大的增长潜力,特别是在轻型和中型部分。与购买乘用车的决策标准不同,商用车购买决策更关注经济核算(economic calculation),并且对监管环境(如新出台的法律法规)更加敏感。由于缺乏对电动卡车模型有效性(model availability)的评判数据以及车队管理者的风险厌恶偏见,直到2025年,市场对于轻型和中型纯电动商用车的接受度可能会落后于乘用车。

  然而,麦肯锡的分析表明,在一类「早期采用」的场景中,由于相比于柴油卡车,轻型和中型纯电动商用车在总拥有成本方面具有无可否认的优势,其在某些地区的市场份额可能在2030年超过纯电动乘用车。

  从卡车重量类别的角度看,麦肯锡的研究表明,由于电池成本太高,重型电动卡车的总拥有成本需花费较长时间方能与柴油卡车持平,其市场增长也会比较缓慢。与之相对,在轻型和中型电动卡车市场:

  若采用「晚期采用」场景,纯电动商用车将在2030年之前占据 8% ~ 27% 的市场份额,取决于不同的地区和应用场景;

  若采用「早期采用」场景,即对于主要城市低排放区域的扩张速度做出更为激进的假设,纯电动商用车将在2030年之前占据15% ~ 34%的市场份额。

  麦肯锡预计,转折点将出现在 2025 年之后不久,届时市场需求可能会由于预期的监管收紧(例如,设立「零排放区域」)而得到巨大提振。此外,不断增长的客户信心、不断增加的充电基础设施、不断被验证的模型有效性、不断改善的针对不同使用案例和应用场景的成本效益等,都会刺激市场需求。

  总拥有成本的重要性

  总拥有成本(Total Cost of Ownership,TCO)在商业车辆采购时扮演越来越重要的角色,模拟TCO的变化可以帮助公司了解不同类的动力总成的TCO相等的时间点。麦肯锡分析了 TCO 相等的敏感性,以了解一个特定的使用案例最快在什么时候能够实现收支平衡(指纯电动卡车的TCO与柴油卡车相等)。

  需指出的是,在该使用案例中,针对预定义的驾模式和充电模式,进行了相应的技术定制化处理。在图 2 中,展示了不同应用场景和重量类别的纯电动商用车实现潜在TCO收支平衡点所将经历的时间间隔,图中每个带阴影的大点代表某一特定使用案例最早能够在什么时候达到收支平衡。

  中等日行驶距离最早出现TCO收支平衡点。从重量级别出发,我们可以确定使纯电动卡车与柴油卡车的 TCO 相等的最优日行驶距离。在图 2 中展示的例子中,最早的收支平衡点发生在日行驶距离200公里左右。这一最优点意味着电池容量足够大,可以在不需要多次充电的情况下完成有效的操作,且每年能够保证足够多的行驶距离,以从每公里的低成本中获益。与此同时,电池还需要尽可能小,以控制前期的资本支出。当电价和柴油价格之间的差异比较大时,这种效应是最强的。例如,欧盟的燃油税很高,导致两者的价差很大;而在美国,油价和电价都比较低,两者的价差相对较小。

  在重型商用车中,城市公共汽车将最早实现收支平衡。如图2所示,实现的时间平均处于2023年 ~ 2025年之间。2016年,由于监管方面的考虑,中国新电动公共汽车的销售份额已经超过30%。到2030年,如果市政当局制定有利的政策,电动公共汽车的销售份额可以达到50%的水平。相应地,在欧洲和美国地区的纯电动商用车中,城市公共汽车也将实现最高的市场渗透率。

  轻型电动卡车在城市使用场景中的收支平衡点对于使用案例中的微小变化很敏感。虽然轻型电动卡车平均将于2021年实现收支平衡,但如果稍微修改一下使用案例的特征(例如,使用容量更小的电池,在工作过程中可以充电,或者由于在城市内递送包裹时不开热空调而拥有更高的能源效率),则在今天就能实现纯电动卡车的总拥有成本与柴油卡车相等。

  三个关键假设对TCO收支平衡点(指纯电动卡车的总拥有成本与柴油卡车相等时的情况)影响最大,包括内燃机与电驱动系统的效率、电池的成本以及燃油与电力的成本。此外,麦肯锡的分析表明,相比于长途行驶的应用场景,城市内部的应用场景的TCO收支平衡对假设条件的变化更加敏感。其原因在于,就长途行驶而言,纯电动商用车与内燃机商用车的每公里成本会在较长时间段保持相对接近的状态。例如,在城市内部的应用场景中,TCO改善5%就能将收支平衡点提前3 ~ 4年;而在长途行驶的应用场景中,只能提前大约两年时间。

  基础设施准备情况纯电动商用车对充电基础设施的依赖是其增长所面临的主要挑战。不过,由于行驶模式的可预测性与重复性,以及充电行为的集中性,充电问题对商用车的影响并不像纯电动乘用车那么严重。一般来说,仓库中应配备充电基础设施,以便在纯电动商用车不工作时为其充电。建造这样一个配套的基础设施,需要车主进行投资。

  此外,如果在装货或者卸货的同时能够为其充电,那么对于那些配置较小电池容量的专用商用车而言,它将更能够满足在《麦肯锡:电动卡车市场为何在此刻集中爆发?(上)》第一小节「电动化进程正在进行时」中所描述的「早期采用」场景的假设。

  在长途行驶的应用场景中,商用车需要在行驶途中进行充电,例如在高速公路或休息区域。

  一方面,长途行驶路线的高可预见性使得对基础设施进行集中投资成为可能。各企业可以事先确定主要的行驶线路和充电设施布置点,并考虑优先对其投资。分析表明,在繁忙行驶路线上每隔80公里到100公里设置一个充电点,就能满足重型卡车技术早期发展阶段的需求。因此,充电点的绝对数量可能并不是限制因素。

  另一方面,各企业仍需解决快速充电方面的技术挑战,以便充分利用司机需要强制休息的那段时间。目前,对充电基础设施的投资主要集中在乘用车上,投资方包括欧洲和美国个体企业、汽车制造商以及国家电网这样的中国国有企业。虽然轻型卡车和中型卡车也可以使用乘用车的充电基础设施,但为了更加有效地给重型卡车充电,重大技术升级仍是必要的。例如,为了给电池容量接近 1000 千瓦时的重型卡车充电,普通的充电站(假设其平均充电功率为120千瓦)要花费8个多小时。

  电动卡车的研制趋势市场大规模的转向电动卡车仍有很长的路要走。目前,汽车制造商能够在某些特定应用场景的专用车辆上实现电动卡车与柴油卡车的总拥有成本(Total Cost of Ownership,TCO)相等。然而,由于市场上缺乏合适的产品,车队运营方还不能考虑将其运输车辆都变成电动卡车。

  一些汽车制造商正在开发新的卡车车型,并投入资金解决现有的电动卡车特有的技术难题。由于研发周期与产品生命周期加起来超过10年,汽车制造商要提供品类齐全的电动卡车,还尚需时日。

  目前,各制造商发布的产品主要集中在轻型电动卡车,它和乘用车的技术相似度是最高的。多款新车将于2020年左右发布,其中有7款将在2017年和2018年推出,电动卡车的产量也将相应增加。

  有趣的是,重型电动卡车的新车发布公告也越来越多。但如下文中图3所示,它要到2023年才会出现有益的使用案例,平均要到2030年才能实现与柴油卡车的TCO相等。自 2016 年以来,已有14家汽车制造商宣布正在测试或即将投放新一代重型电动卡车和城市公共汽车。到 2020 年之前,投放市场的新品数量将逐步增加。

  相比之下,在经济效益上更有吸引力的中型电动卡车迄今为止只有为数不多的新品发布公告。和重型卡车类似,对续驶里程要求相对较短、针对城市与地区应用场景的中型卡车将在2020年左右开始成形。

  监管环境对电动卡车销售的潜在影响在中国、欧洲和美国众多城市地区,针对柴油发动机的越来越严苛的排放法规以及未来很可能施行的柴油车禁售措施,都将加速电动卡车的市场普及。

  事实上,针对商用车的监管法规有比乘用车更快履行的趋势。例如,麦肯锡对欧盟的分析显示,监管法规留给商用车的履行期限更短:乘用车可以用16年来满足新标准,而商用车必须在3年内完成。此外,法国和英国已经宣布了关于设立零排放区域(zero-emission zones)的第一个时间表。

  在中国,政府在2015年就开始收紧针对中型卡车和重型卡车排放法规。整个产业的参与方需要密切观察,未来中国政府是否会针对中型和重型卡车要求强制性电动汽车积分,并对轻型卡车设置更严苛的法规(译者注:目前中国的「双积分政策」只针对乘用车)。

  在美国,联邦一级的法规要求,在2027年之前需减少25%的二氧化碳排放。然而,仅仅是这一限制并不能推动电动卡车的市场普及,因为使用其它技术也可以实现这些目标,例如改进汽车的空气动力学性能、使用低滚阻轮胎或提高发动机的热效率。

  尽管经过精心设计并经过了电动汽车领域的企业和专家的验证,麦肯锡的见解也只是大量可能结果的一种。考虑到预测的复杂性以及所涉因素众多,我们可以根据《麦肯锡:电动卡车市场为何在此刻集中爆发?(上)》中开头部分提到的三个因素的变化,对市场模型作出相应调整。

  5、大重要使用案例,点燃电动卡车市场麦肯锡聚焦于通用的和特定的使用案例(use cases),这种方式为行业参与者提供了一种清晰的视角,以理解促进纯电动商用车市场普及的因素。如图3所示,我们选择了在全球具有代表性的使用案例,相信它们将推动纯电动商用车在中国、欧洲和美国的普及。

  这5大使用案例代表了很大一部分纯电动商用车的行驶模式。需要指出的是,不同地区的行驶模式和详细规格会有所不同。作为例子,本小节将重点讨论针对欧洲市场定制的使用案例,中国和美国市场的情况与欧洲大致相似。

  用于地区性中心辐射型货物运输的轻型卡车(Light-duty regional hub-and-spoke delivery)在这一使用案例中,电动卡车现在就能够与柴油卡车的总拥有成本(TCO) 持平。虽然大多数行业参与者都专注于最后一英里和城市内部货运的解决方案,但从 TCO 的角度来看,地区性中心辐射型的配送方式更有利,其潜在客户包括需要地区食品配送服务的商店和餐馆。

  在这个使用案例中,轻型卡车可以共享乘用车的零部件和基础设施,以加速其市场普及。然而,如图4所示,需要在某一地区新建充电基础设施是这一使用案例实现的瓶颈之一。此外,在卡车装货和卸货期间,对优化设计过的电池进行适当充电,可以加速TCO持平到来的时间。

  用于城市内部「走走停停型货」物运输的轻型卡车(Light-duty urban stop-and-go delivery)这一使用案例大致可在2021年实现TCO收支平衡(注:指纯电动卡车的总拥有成本与柴油卡车持平),汽车制造商近期发布的新车型公告反映了这一点。轻型卡车可以利用最初为乘用车设计的零部件和基础设施,而相比于柴油机,轻型电动卡车的动力系统更适应「走走停停型」的行驶模式。

  车队运营方可以通过针对具体应用场景降低电池容量的方式来推动TCO收支平衡提前实现。同样地,柴油车禁令的颁布和城市零排放区域的设立,都可能加速在走走停停型使用案例中采用纯电动商用车。

  用于地区性中心辐射型货物运输的中型卡车(Medium-duty regional hub-and-spoke delivery)

  对于这一使用案例,大致可在2023年实现TCO收支平衡。然而,在汽车制造商的新车型公告中,并没有充分反映这一使用案例的全部潜力。通过调整车辆的控制策略以适应特定的行驶路线特征,以及通过利用行驶途中的充电机会来正确配置电池容量,部分使用案例甚至可以在今天就实现TCO收支平衡。

  城市重型公共汽车(Urban heavy-duty buses)这一类的纯电动商用车可能会在2023年实现TCO收支平衡,相比于柴油车,它们更适应集中式充电模式以及「走走停停型」的行驶模式。此外,车队运营方通过在日常运营中更频繁地对电池充电,可能提早到2020年实现TCO收支平衡。例如,在行驶途中的某些站点可以提供充电基础设施。

  同样地,柴油车禁令的颁布和城市零排放区域的设立,也将有助于电动公共汽车的普及程度。此外,市政府也可能会下令必须采用电动商用车,因为政府重视其低排放特性,即便此时TCO收支平衡尚未实现。

  用于长途行驶的点对点型的重型卡车(Medium-duty regional hub-and-spoke delivery)这一类的纯电动商用车平均要到 2030年才会实现TCO收支平衡。在一开始,对更大容量电池的需求会造成更大的成本差距,虽然重型电动卡车和柴油机卡车之间的这一差距将会减少。由电池自重导致的重型电动卡车有效载荷的损失仍然存在,使得这一使用案例不利于实现运输能力最大化。

  即便如此,麦肯锡预计仍会有几家公司在 2030 年之前推出重型电动卡车,其原因可能来自以下三个方面:

  首先,对于那些善于利用重型电动卡车优势的运营方而言,最早可能在2023年就能实现TCO收支平衡。例如,通过实现更高的车辆利用率(每年工作300天以上)、采用日间充电、降低平均有效载荷的需求等。

  第二,运营方通过将重型电动卡车纳入其车队,可完成未来可能会颁布的针对车队的排放指标,塑造注重环保的企业形象。

  第三,同样地,出于环保反面的考虑,某些客户会有较高的支付意愿,TCO并不是主要的驱动因素。

  最后,在未来十年中,编队行驶(platooning)的模式会有效提升车辆的行驶里程和运输效率。

  总的来说,电动卡车要取代柴油卡车,不仅要考虑到成本,还要考虑运行上的灵活性,因为车队运营方不能容易地预先确定所有的行驶路线或车辆使用模式。在对灵活性有相当要求的使用案例中,其最终结果可能会提供更好的关于TCO何时会收支平衡的参考数据。

  注重成本的商用车所有者会推动电动卡车变革在竞争激烈的物流领域,如果有机会降低卡车车队的运营成本,运营方很有可能会快速采取行动,因为相比于乘用车车主,他们更关注成本。

  通过坚持只做某些定义明确的的应用场景,车队运营方可以选择最佳的电池尺寸,从而避免车辆费用超支。此外,相比于个人消费者,车队运营方通常会采用更有效率且长期不变的行驶路线,而典型的针对货物运输的固定行驶路线,使得车队运营方能够更有效地规划充电设施的修建位置。虽然与成本因素无关,塑造「零排放车队」企业形象的意愿也会促使运营方采用电动卡车。

  自动驾驶技术将对每公里TCO产生积极影响,因为它或可消除主要的成本要素:卡车司机。这一技术还可以提高车辆的利用率,并加快电动卡车的投资回收时间。自动驾驶技术对在城市内部行驶的轻型卡车的每公里TCO影响最大,因为在这一使用案例中,司机成本占经营成本的份额最大。

  最后,麦肯锡的研究表明,主要经济体的电力供应可以应对电动卡车在非高峰时期的额外需求,这些电力需求只占2030年的总用电量的1%。而在用电高峰期,可能会出现困难。此外,在建有超级充电站的地区(为了中型和重型电动卡车充电),本地电网需要进行相应的升级。

(责任编辑: 龚磊 )

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