电动车要实现对燃油车的取代,从根本上要实现两个突破,第一个是摆脱对补贴的依赖,第二个是从经济性上追平燃油车。

　　中国对新能源汽车的补贴预计在最近两年就会退出,目前看上半场战役已经结束,在特斯拉(NASDAQ:TSLA)的带领下,各大厂商基本做好了断奶的准备。

　　下半场核心的经济性问题就浮出水面,那就是制约电动车吊打燃油车的里程焦虑。而这个问题,归根结底出在电池上。

　　这是两款今年上市的新车,一款是国内的电动车龙头,比亚迪的汉EV,另一款是世界电动车龙头,特斯拉的model 3。

　　首先给大家普及几个大体的概念。我们知道,一般家用的乘用车,通常油箱容量在55L左右,按照百公里8L的耗油量,大概可以跑600公里出头。电动车厂商为了实现对燃油车的无缝替代,基础目标也是充一次电,跑600公里。

　　理论上你可以堆足够多的电池来实现这个目标,但我们知道,电池本身也有重量,而且还不轻,所以厂商就必须要在长里程、车重以及电池效率之间找一个平衡。这个平衡点,就是我们说的电池成组效率。

　　这是一个典型的动力电池系统的构成图。可以发现,电池片模块(也就是我们常说的电芯)只占其中的一部分,除此之外,还有各种杂七杂八的配件,比如冷却系统、绝缘层、接线盒、连接端子等等。

　　电池系统容量的核心是电芯,电芯的能量密度由wh/kg来衡量,就是每公斤的电芯,能够产生多大功率的能量,kwh是我们日常说的度电,那么单体电芯能量密度170wh/kg代表的意义就是,每公斤的电芯,可以产生0．17度的能量。

　　我们用电池系统能量密度来衡量一辆电动车实际的能源效率。电池系统除了电芯之外,内部包含的这些电池管理系统,热管理系统,高低压回路等占据了电池系统的部分重量和内部空间,所以电池系统的能量密度都比单体电芯能量密度低。

　　电池系统能量密度与单体电芯能量密度的比值就是电池成组效率,是衡量一个电池系统效率的核心指标。

　　比亚迪的汉EV,电芯能量密度是170wh/kg,组成电池组之后电池的系统能量密度就降到了140wh/kg,成组效率为82．53%;特斯拉最新的model 3 长续航版,电芯采用松下的21700电池,电芯能量密度比比亚迪汉EV采用的磷酸铁锂刀片电池近乎高一倍。

　　但特斯拉选择的这种三元锂电池,相对比亚迪的刀片电池,更容易发热,需要更多的散热设备,电池管理系统也更复杂,因此组合起来的电池系统能量密度快速降到161wh/kg,成组效率只有53．67%。

　　他们的续航里程都在600公里以上,总功率大约在77kwh,也就是77度电,电池系统都很重,比亚迪汉EV549kg,半吨多,特斯拉model 3 长续航版477kg,基本占到全车重量的四分之一。无论从节能还是从挖潜的角度出发,电池技术都必须要有大的革新。

　　目前市场公认的答案是,现有电动车的电池系统能量密度翻一倍半,从普遍的160wh/kg,到400wh/kg,才是电动车彻底取代燃油车的开始。这个指标意味着600km的续航,80度电,总重大约200kg。现在这个重量大约是450-550kg之间。

　　400wh/kg,是一个非常刚性的指标。一个产品最终推广开来必须要做到适者生存,核心就是成本,讲再多的理想和未来,也比不过现实的便宜真香,电动车如果迈不过性价比经济性这条线,就永远只能是个小众的玩具。

　　如果奔着400wh/kg这个指标去,你就会发现,现在的动力电池市场,还远远谈不上竞争格局已经清晰,大家基本都在同一个起跑线上。

　　上图是我们从光大的报告《固态电池:抢占下一代锂电技术制高点》中截取的图,勾勒了现在的电池技术发展路径。

　　我们当下主流的电池,无论是磷酸铁锂电池,还是三元锂离子电池,都是液态电解液的锂离子电池,理论的最高能量密度就是350wh/kg,如果再加上各种电池管理系统,能够做到全系统300wh/kg,基本上就是极限。

　　能。恩格斯说过,“社会一旦有技术上的需要,则这种需要就会比十所大学更能把科学推向前进”。需求是最好的动力。电动车相比燃油车,有更大的空间和潜力。

　　根据BloombergNEF的数据,在过去的10年里,电芯的能量密度基本提高了两倍。这也说明了,在强大的需求推动下,产业界的进步有多快。

　　数月前,特斯拉将model 3的入门版从29．18万元一下降到了24．99万元,降了4万还多。我们看好电动车取代燃油车的过程,但是这款入门车型采用的是宁德时代的磷酸铁锂电池,电池系统能量密度不会比比亚迪的刀片电池好多少,也就是140-160wh/kg左右。

　　相对于原来降价前产品的三元锂电池配置,model 3的电池安全性略有提升,但系统能量密度还有所下降,对现有的这些电动车厂商比亚迪、小鹏等等有冲击,也会下探到传统的B级车、雅阁、凯美瑞的市场,对他们产生一定的压制左右。

　　但总体来说,如果电池系统的能量密度没有大的提升,不能突破400wh/kg这个门槛,还都属于战术性的改进,格局上不会有太大的变化。

　　我们知道,光伏这个行业遵循摩尔定律,每年的发电成本都会成比例下降。2020年已经实现了平价上网,也就是价格跟煤电打平,后续发电成本还会继续下降,最后极限就是能源价格接近为零。

　　用“傻瓜扯扯淡”的说法,光伏要想实现对传统能源的平推,要突破两个限制:一个是摆脱补贴约束,这一个伴随着平价上网,已经基本实现,第二个是摆脱并网约束,这个是将来要实现的。

　　光伏作为一种新的能源形式,优点肉眼可见,节能环保资源可再生,取之不竭用之不尽,所以一开始各个国家都给了大量的补贴,但这种补贴不是长远之计。

　　羊毛出在羊身上,新能源的成本还是需要全社会来承担,如果不能摆脱这种补贴的约束,光伏只能作为一种时尚,偶尔出现在政绩报告上,作为一种点缀。

　　要想摆脱补贴,光伏的价格必须下降到足以与传统能源竞争。随着中国制造在光伏技术上的快速迭代,成本下降很快,终于到2020年,成本已经接近煤电,可以甩掉补贴直接上网了。第一个约束就这么解决了。

　　但是如果第二个约束,也就是并网约束不能突破,光伏的推广还是要被限制在一定范围内。为什么呢?这是由光伏发电的特点决定的。

　　上面这张图就是著名的鸭子曲线,图上标出了美国加利福尼亚州每年3月31日这一天的用电净负荷。加利福利亚我们知道,阳光明媚,风景秀丽,光照时间长,特别适合光伏发电,加上又是硅谷所在地,对新能源的接受程度高,光伏发电的占比接近30%。

　　一天里,中午光照最强,但是用电却不多,所以电网负荷最低,而到了晚上,光伏歇菜,用电量却飙升,电网负荷也快速跃升,就出现了图中这根长长的鸭颈。

　　由于中国的加入,太阳能组件的价格逐年下降,加州光伏发电的占比也越来越高,从2012年以来,中间用电净负荷的这个鸭肚腩也越来越大,整体像一只鸭子,所以叫鸭子曲线。

　　这条曲线反应了光伏发电面临的第二个约束,并网发电。光伏发电毕竟受自然条件约束,白天有太阳,发电就多,晚上就停摆,但我们用电却反过来,白天少,晚上多。

　　要解决这个问题,现在我们采取的是煤电或者天然气发电调峰的方式来补偿。白天的时候这些调峰机组停机,晚上的时候才开机。

　　这就涉及到一个电网消纳比例的问题,整个电网系统,光伏发电的占比有一个极限,这个上限基本上在30%-40%左右,具体取决于电网的调峰水平和日常的光照条件。

　　这个图来自于兴业证券电力设备研究员朱玥的报告:《成长锋芒,中国力量》。光伏发电要想突破这个30%-40%的上限,就需要配置储能设施,在中午发电高峰期把电力储存起来,到晚上用电高峰期把电放出来,这样就可以彻底淘汰掉煤和天然气,只用光伏全天候满足整个电网的需求。

　　为了突破第二个约束,光伏发电需要达到配置了储能设施之后的光伏+储能发电的系统成本低于现有的煤电,才能甩开并网约束,真正进入哲学上说的“自由王国”,改变电网,也彻底改变这个世界。

　　光伏并网对储能的最核心的要求就是,绝对价格足够低,这个价格指的是全成本。我们看兴业证券整理的光伏储能电站中标项目报价情况,如下图:

　　现在光伏储能电池最低的中标价格为0．86元/wh,加上电池管理系统(BMS),逆变器(PCS)之后的电池系统最低中标价为1．49元/wh,包括土建、系统集成在内的全光伏储能电站,最低为1．94元/wh。

　　而这个1．94元,就是光伏储能的全成本。1．94元/wh,一度电是kwh,换算成度电建设成本就是1940元/kwh,假设可以实现10000次的充放电循环,不考虑资金成本,摊到每度电上的储能成本就是0．194元。

　　但是实际上,我们现有的储能电站,很难做到1万次的充放电循环寿命,普遍在5000次左右,那摊到每度电上的成本就是将近0．4元,这个价格大约相当于现有火电的价格,长期看需要有下降的空间。

　　那么储能的成本需要降到什么的价格才会实现突破呢?目前市场普遍的共识是,10000次的循环寿命,1元/wh的全建设成本。

　　按照这个指标计算,单度电的储能成本就是0．1元,在这个价格下,储能电站可以脱离任何的补贴或者峰谷电价差价而独立生存。在这个价格下,需要光伏发电成本从0．4元/kwh降到0．3元/kwh。这样光伏+储能的度电成本将为0．3+0．1=0．4元/kwh,价格约等于现有的煤电,从而彻底摆脱并网约。