导言:由于政府补贴将在2020年之后退出,市场对于新能源汽车的渗透率和动力电池需求存在疑虑。我们认为,随着锂电池成本持续下降,新能源汽车作为消费品的性价比优势将逐步体现,渗透率持续提升,加上储能行业即将突破,动力电池在未来十几年内的需求将维持25%以上的高复合增速。

本文来自乐晴智库精选,作者彭翀、卢日鑫、李梦强 ;有关产业、金融的更多精彩内容,欢迎点击此处,

汽车电动化是动力电池需求的主要来源

2017年全球新能源汽车销量超过122.3万辆,比2016年增长58%,推动全球新能源汽车销量在全球汽车总销量当中的占比首次突破1%。

2012年以来,国内外新能源汽车的产销量持续高速增长,近五年来复合增速达到54%。

截至2017年底,全球累计新能源车销量已接近400万辆,占全球汽车保有量的0.3%,其中中国新能源车累计销量超过160万辆,占全球累计总量的42%,除中国以外的主要市场还包括美国、日本以及挪威、德国等欧洲国家,前十大消费国累计销量占全球总量的93%。

国内新能源汽车产销量从2011年不足1万辆增加到2017年近80万辆,6年复合增速超过100%,2017年国内新能源汽车产销量同比增长50%以上,2018年以来继续保持高增长,前7个月国内新能源汽车产销量双双突破45万辆,同比增长近80%,占国内汽车总销量的比例达3%以上,汽车电动化的趋势已经明朗。

根据新能源汽车动力来源和续航里程的大小,电动车可分为轻混电动车(带电量较少,主要功能是降低启停油耗)、混合电动车(HEV)、插电式混合电动车(PHEV)和纯电动车(BEV)。

纯电动车又可根据续航里程的长短分为低端(小于250km)、中端(250~380km)和高端电动车(380km以上),纯电动车的续航里程由汽车携带电量决定,一般而言,1kWh电量可以驱动汽车行驶5-7km。作为电动车动力的主要来源,动力电池是汽车电动化的最大获利者。

受益于新能源汽车行业销量的快速增长,动力电池的出货量节节攀升,在锂电池应用中的占比快速上升。

2017年全球锂电池总出货量达到148.1GWh,其中动力电池总出货量达到62.35GWh,储能电池的出货量增速也很快,2017年储能电池出货量达到10.4GWh。

2014年以来,动力电池和储能电池的复合增速分别达到80%和77%,传统消费类电池的复合增速仅有7%,锂电池行业的新增需求将由动力电池和储能电池主导。

国内锂电池出货情况也呈现类似的走势,2013年之前小型电池的出货量占比在90%以上,到2017年动力电池和储能电池的占比就已达55%。

新能源汽车驱动力切换,不改电池行业高成长性

性价比决定汽车电动化进程,电池成本是关键推手

汽车作为大众消费品,性价比是决定其技术路线的根本因素。与燃油车相比,电动车与传统燃油车的区别主要包括以下方面:结构上,电动车采用动力电池取代燃油发动机,并且简化了燃油车的动力总成系统,成本的差别也来自于此;

性能上,由于动力电池的能量密度较低,而且快充能力受限,电动车的续航里程和充电体验较燃油车仍有劣势,不过随着电动车带电量的增加,“里程焦虑”已大为缓解;

成本上,由于动力电池成本仍然较高,电动车的购置成本高于燃油车,同时电动车的使用成本更低,优势的多寡取决于年行驶距离以及油价/电价比。

我们构建了模型研究不同车型的购臵成本和使用全成本(totalcostofownership,TCO)。在基准条件下,普通燃油车的购臵成本为19.6万元,同档电动车的购臵成本为24.6万元,电池成本为1500元/kWh(含税);运营寿命8年,每年行驶15000公里,车辆残值分别为6万元和4万元。运营期间燃油车和电动车的TCO分别为21.3万元和24.8万元。

相比而言,燃油车的购置成本仍然更有竞争力,电动车的燃料成本在比较高的电价之下仍有明显优势。

电池的成本对电动车的TCO和购置价格都有非常明显的影响,在其他因素不变的情况下,当电池价格降至900-1000元/kWh时,电动车的TCO基本与燃油车一致,普通乘用车消费者采购新能源汽车的积极性将加强,当电池成本进一步下降至700元/kWh以下时,纯电动车的购置成本可与燃油车相竞争,其渗透率将进入加速提升的阶段。

我们据此将电动车的发展阶段划分为“前TCO平价”阶段、TCO平价阶段和购臵成本平价阶段。

在前TCO平价阶段,由于成本仍然缺乏竞争力,电动车过去几年的高速增长主要是由政策驱动,尤其是补贴政策的驱动,此时产业处于补贴驱动的时期;

随着电池成本的下降,电动车与燃油车的TCO不断逼近,在部分应用场景中电动车甚至已具备TCO成本优势,此时,采用一些非补贴的产业政策推高燃油车的使用成本,可以进一步提升电动车的渗透率,此时行业由政策倒逼来驱动;

一旦电池成本突破临界点,电动车的购臵成本将占据优势,行业也将过渡到消费驱动阶段。驱动力切换的内因在于动力电池成本快速下降,电动车成本竞争力持续增强,外部原因在于产业政策的调整。

补贴政策助力新能源汽车完成市场导入

尽管动力电池成本已从2009年1000$/kWh快速下降到目前150~170$/kWh,新能源汽车尤其是纯电动车的购置成本和使用全成本仍然远高于传统燃油车。

根据BNEF的研究,2018年美国燃油小型车的成本约为18000美元,其中动力总成系统成本约5500美元,而电动车的电池系统与动力系统成本接近12000美元,因此截至目前最有效的政策仍以直接补贴为主—如中国对于各种车型的购置补贴、美国对于销量在20万辆以下的车企给予每辆7500美元的税收抵免—以缩小电动车和燃油车的成本差距。

在补贴等相关政策的驱动下,新能源汽车在全球的导入过程非常迅速,2012年全球范围内新能源汽车的销量占比仅有不到0.2%,到2017年市场份额已上升至1.26%。

进入2018年,全球新能源汽车继续保持大幅上涨的态势。据统计,今年上半年全球电动汽车销量达到76万辆,同比增长69%,整体市场份额达到1.6%。

海外主要市场新能源车的渗透率呈加速提升的趋势,上半年,欧洲电动汽车销量同比增长43%,注册量达18.5万辆,市场份额增至2.2%,美国电动车销量也突破10万辆,达到12.2万辆,其中53%为纯电动汽车,市场份额达到1.4%,同比提升0.3个百分点。

中国新能源汽车的市场导入经历了三个阶段,历时十几年。

其中,2003-2008年为技术验证与科技示范工程阶段,标志性事件是在北京奥运会上开展的全球最大规模的奥运会新能源汽车示范运行,共投入595辆节能与新能源汽车;

第二阶段为2009-2012年的第一期“十城千辆”新能源汽车推广工程,在此期间在25个试点城市开展的新能源汽车规模化示范运行,总共推广新能源汽车2.7万辆;第三阶段为2013-2015年的第二期“十城千辆”示范工程。

具体政策层面,2009年国务院发布《汽车产业调整和振兴规划》,其中首次提出了“启动国家节能和新能源汽车示范工程,由中央财政安排资金给予补贴”的政策指导意见。同年,财政部发布《关于开展节能和新能源汽车示范推广试点工作的通知》,明确对试点城市公共服务领域购臵新能源汽车给予补助,公共领域新能源汽车补贴时代正式来临。

彼时,一辆纯电动最高可拿到6万元/辆的国补资金,插混(默认为40%节油率以上)一般也能拿到5万元/辆的国补资金,纯电动大巴的补贴更是高达50万元/辆。

在强力的补贴刺激下,我国新能源汽车产销规模节节攀升,2015年中国新能源汽车销量达到33万辆,在新增汽车销售中的占比首次突破1%,在当年全球销售新能源汽车的占比超过50%。

至此,中国新能源汽车产业的发展出现了不可逆转的拐点,导入期基本结束。2017年我国新能源汽车的销量已达汽车总销量的2.6%,2018年前7月份该比例高达2.84%,中国新能源车的渗透率已走在世界前列。

补贴退坡,限制性政策登场,行业驱动力悄然换挡

2017年全球范围内新能源汽车渗透率超过1%,同时动力电池的成本仍在快速下降,继续维持之前的补贴激励政策对于各国政府都是沉重的负担。

因此,全球范围内补贴政策退场已是大势所趋,而在新能源车仍不具备成本竞争力的阶段,对燃油车施加一定的限制性政策、推高其生产/使用成本将成为一段时期内汽车电动化的主要驱动力。

国内:补贴退坡,双积分接棒

随着电池价格持续下降,我国政府对于新能源汽车的补贴力度也在逐渐下调,自2009年施行补贴政策以来,纯电动车补贴上限从6万元/辆下调至5万元/辆,对于里程的要求则从没有硬性规定到400公里以上,如以度电补贴计,早期纯电动车每kWh的补贴强度最高可达3000元,2018年的最新标准降至1200元/kWh以下;

插电混合乘用车的补贴强度则从5万元/辆降至2.2万元/辆,2019年的补贴将在2016年基础上再降40%,而按照规划,2020年之后电动车的直接补贴将全部取消,届时中国的新能源汽车产业也将走完依靠补贴政策驱动的阶段。

与此同时,尽管电池成本持续快速降低,但预计在2025年之前,电动车的成本竞争力仍居于劣势。换挡阶段,工信部推出双积分政策,迫使传统车企加大新能源汽车产量,提升新能源汽车的渗透率。

2017年9月28日,工信部、财政部、商务部、海关总署、质检总局等五部门联合发布《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》,规定该办法自2018年4月1日起施行,同时规定对畅通能源乘用车年度生产量或者进口量达到3万辆以上的企业,自2019年开始设定新能源汽车积分比例要求,这标志着备受关注的双积分政策正式落地。

根据双积分政策的实施方案,NEV正积分的企业可以通过交易新能源积分获取额外收入,传统车企面对积分不达标的惩罚压力,也有动力向电动车转型。

双积分对于车企可以看成是一种隐性的成本,随着这种法规成本越来越高,以至于会成为一种政策性的壁垒,这需要车企投入大量的资源和资金去跨越。

初步估算,2020年NEV积分比例达到12%对应当年200万辆的新能源汽车销量。通过调整不同车型的分值、NEV积分比例等方式,双积分政策可以作为一项长效机制来推动新能源汽车销售占比的提升。

在当前补贴仍未完全退出的情况下,各种约束政策的作用已逐渐显现,预计2020年之后新能源汽车行业的主要推动力切换为约束性政策对于整车企业的倒逼作用。

国外:排放标准趋严提升燃油车成本

海外市场的补贴退坡进程也在稳步推进。在美国市场,由于特斯拉电动车累计销量已接近20万辆的临界值,购买电动车所享受的7500美元税收抵免将削减一半至3750美元,并将在一年半之后全部取消补贴,其他销量较大的车型如通用Bolt、日产聆风也面临补贴退坡的问题。

另一方面,持续提高燃油车的排放标准,推升燃油车的生产成本,也能从另一个角度缩小电动车与燃油车的成本差距。

根据现有资料或趋势判断,到2020年全球主要市场的燃油车排放标准将提高到100~120g/km,较2010年全球的排放标准降低20%~40%,按照目前燃油车的技术水平,届时多数传统车企能够满足排放标准。

2020年之后,排放标准进一步趋严,欧盟希望整车厂商2020年1月1日前将CO2的排放量控制在95g/km,每超出1g将对每台车处以95欧元的高额罚款,并计划到2025年将排放标准进一步降低到78个/km以下。

与此同时,燃油车为满足要求额外需要投入的成本将快速提高,达到经济性瓶颈,据BCG估计,假如2025年燃油车排放标准提高到80~100g/km,将导致每辆燃油车成本上升470~580美元,届时尽管新能源汽车的成本竞争力仍不充分,整车企业出于达标的要求会考虑生产一定比例的新能源汽车。

在美国,整车厂商为满足监管要求,将燃油车辆的整体市场份额从2020年的95%降至2025年的66%,同时推出更多MHEV和BEV车型。MHEV具有相对低的制造成本,并且可以适用当前的车辆平台。

BCG预计MHEV在2023年的市场份额将扩大到近20%。之后,BEV将成为最有效的解决方案;随着电池成本的下降,它们的份额将从2020年的接近2%迅速扩大到2025年的8%。

由于欧洲法规对BEV提供了倍增效应,欧洲市场电动车的发展将呈现不同的轨迹,纯电动汽车有望成为实现欧盟当前和预计任务的最有效方式。

虽然燃油车仍将继续保持最大的市场份额,但预计BEV的份额将从2020年的1%增加到2025年的13%,而所有其他xEV的份额将从5%上升到18%。

在此期间,汽油车和柴油车的份额将从93%下降到68%,柴油车的份额下降最快。

TCO趋于平价,细分市场有望不断涌现

随着动力电池成本的进一步降低,新能源汽车的使用成本和生产成本不断接近甚至低于传统燃油车,即实现使用全成本平价(TCO平价)和生产成本平价(costofproductionparity),电动车的驱动因素切换为市场竞争力。

对影响TCO的各项因素进行敏感性分析,可以发现对TCO影响最显著的因素主要是年运营里程和燃油价格。

当年运营里程增加一倍至30000公里/年时,两种车的TCO接近,当进一步增加至45000公里/年时,电动车的TCO将比燃油车低4万元。燃油价格对于二者TCO的影响也比较明显,当油价从7.5元/升下降20%时,燃油车的TCO优势将扩大至4.8万元,当油价上升20%时,燃油车的TCO优势将收窄至2.2万元。

这个结果与BCG的研究成果相一致。BCG的研究结论认为,对汽车TCO影响最大的因素包括燃料价格、购置价格、年运营里程。

从全球范围内来看,按照使用全成本衡量,中国市场将率先成为电动车使用成本平价的区域市场。

对于某些细分市场,如年行驶里程超过平均值的出租车、网约车等行业,使用电动车已经更具经济性。

BCG预计,2020-2025年期间电动车将实现TCO平价,到2025年纯电动车的渗透率将达6%,到2027年前后将实现生产成本平价,到2030年纯电动车的渗透率将达到14%。

受此影响,2018-2020年动力电池的复合增速超过20%,2018-2030年动力电池的复合增速将达到29%,动力电池行业需求在未来十年中将呈现极高的成长性。

生产者平价开启消费驱动新时代

进一步地,如要实现电动车加速替代,需要满足的前提条件是电动车的生产成本低于同档燃油车。

据不同机构估算,到2025-2030年间,动力电池的价格将降至50-70$/kWh,届时电动车的生产成本将低于燃油车,新能源汽车真正迈入“生产者平价”阶段,供需两侧都有动力推动汽车电动化加速发展。

BCG预计到2025年,全球6%的汽车销量由纯电动车占据,到2030年该比例将提升到14%,MorganStanley的预测值分别为9%和16%,UBS则预测2025年纯电动车和PHEV合计占比达到13.2%,到2040年以后各机构一致认为电动车将成为汽车市场的主要部分。

尽管各家机构对于渗透率提升的速度预期有所不同,但即使按照最悲观的假设,2025年全球新能源汽车的年销量也将数倍于2017年销量,动力电池的需求量也将随之成倍增长。

据初步估算,假如2025年全球纯电动车销量占比达到6%,PHEV销量占比达到2%,按照2种车型带电量分别为55kWh和15kWh计,2025年动力电池需求量将超过580GWh,到2030年总需求将超过1300GWh,2018-2030年12年复合增速接近30%。

对于中国市场而言,根据工信部等部门的规划,到2020年国内的新能源汽车保有量将达到500万辆,当年实现新能源汽车销量200万辆,占汽车年度销量的12%左右,假设新能源汽车平均带电量为45kWh,则2020年动力电池需求量将达90GWh,对应2018-2020年需求复合增速达到33%。

随着电池成本的进一步下降,新能源汽车的渗透率持续提升,假设2025年和2030年渗透率分别达到15%和20%,2020-2030年电池需求量的复合增速将仍达到20%以上。

可以说,无论是国内市场还是全球市场,动力电池行业都是成长空间和成长速度兼具的优质行业。

储能:应用前景无限,市场即将破晓

应用场景多元,需求空间广阔

传统电力系统是由需求侧决定的实时平衡系统,其结构为典型的枝叶型结构,分为“发电-输电-配电-用电”等环节,由于当前储能成本仍然较高,储能在电力系统所扮演的角色比较局限。

近年来,随着风电、光伏等不稳定电源的占比快速提升,以及越来越多的分布式电源从配网侧接入,维持电网安全的挑战越来越大,对于储能的需求也日益迫切。

储能的应用场景非常多样,在电力系统发输配售四个环节均能发挥巨大的作用。

在发电侧,储能主要用于可再生能源的移峰;在输配电环节,储能可以发挥区域调频的功能,部分国家调频市场开放,采取竞价机制,电池储能的参与度较高,但调频市场的总容量有限。国内市场,储能主要是通过辅助火电机组进行调频,提高火电调频响应速度;

在用电侧,储能系统可以显著提高供电的稳定性。

根据CNESA全球储能项目库的不完全统计,截至2017年底,全球已投运储能项目累计装机规模175.4GW,同比增长4%。

其中抽水蓄能的累计装机规模占比最高为96%,较上一年下降1个百分点;电化学储能累计装机规模为2926.6MW,同比增长45%,占比为1.7%,较上一年增长0.5个百分点。

在各类电化学储能技术中,锂离子电池的累计装机占比最大,超过75%。

2017年,全球新增投运电化学储能项目装机规模为914.1MW,同比增长23%。新增规划、在建的电化学储能项目装机规模为3063.7MW,预计短期内全球电化学储能装机规模还将保持高速增长。

截至2017年底,中国已投运储能项目累计装机规模28.9GW,同比增长19%。抽水蓄能的累计装机规模占比最大,接近99%,但较上年有所下降。

电化学储能的累计装机规模为389.8MW,同比增长45%,所占比重为1.3%,较上一年增长0.2个百分点。在各类电化学储能技术中,锂离子电池的累计装机占比最大,比重为58%。2018年上半年国内新增锂电池装机100.2MWh,同比增长133%。

应用场景方面,2017年全球新投运的电化学储能项目中,33%应用于集中式可再生能源并网,26%应用于辅助服务领域,其他份额则流向电网侧、电源侧和用户侧的场景;

国内则以用户侧领域应用为主,2017年达到全部新增投运量的59%,其次是集中式可再生能源并网领域,份额达到25%,辅助服务的份额约16%。

储能行业有着巨大的市场前景。可再生能源并网方面,随着并入配电网的分布式能源(光伏、风电等)日益增加,既有电源与新并网的分布式电源之间的相互影响对于电网管理和运营而言构成巨大的挑战,由于分布式电源的稳定性较差,其电网渗透率的进一步提高将对电网的平衡增加额外成本,储能系统在今后的电力系统中将扮演愈发重要的作用。

近年来我国每年新增风电、光伏装机容量达到50GW以上,按照2小时配比,即存在100GWh的潜在需求空间。

调频的储能需求空间也比较大,国家电网中心专家表示,预计未来五年国内储能调频装机量将保持8%的年均增长率,每年仅调频需求就达2GW左右。

其他场景的应用更加广泛,以基站为例,中国铁塔股份有限公司目前在全国范围内拥有近200万座基站,备电需要约44GWh,60万座削峰填谷电站需要电池约44GWh,50万座新能源站需要电池约48GWh,合计需要电池约136GWh。

此外,以存量站电池6年的更换周期计算,每年需要电池约22.6GWh;以每年新建基站10万个计算,预计新增电站需要电池约2.4GWh,合计每年需要电池约25GWh。

锂电池储能优势明显,成本下降已接近临界点

在新近发展的各项储能技术中,锂电池储能在能量密度、功率密度、循环次数、成本等方面的综合优势极为突出,也成为近年来新增储能容量的最主要来源。

2017年全球新增储能电池容量914.1MWh,其中锂离子电池占比达93%;国内新增储能电池容量100.4MWh,其中锂离子电池占比达58.5%。

制约锂离子电池进一步大规模应用的主要障碍在于其相对较高的成本。

2010年前后储能系统的投资成本高达11元/kWh以上,对应的储能度电成本(Levelizedcostofenergystorage,LCOS)超过2元/kWh,到2017年储能电池的成本已降至2元/Wh以下,加上PCS等全系统成本约2.6元/Wh,对应的LCOS为0.6元/kWh,与我国的峰谷电价差接近,部分削峰填谷项目已初步具备经济性。

随着电池系统成本的不断下降,储能的LCOS有望降至0.3元/kWh,在更多应用场景都有使用价值,储能系统容量也将进入快速增长期。

据BNEF估计,到2024年全球电化学储能电池容量将超过81GWh,为2016年累计容量的10倍,10年复合增长率达38%。

国内方面,据CNESA估计,到2020年我国储能设备容量将达到41.99GW,其中电化学储能容量达到1.78GW,达到2017年底电化学储能累计装机量的4.5倍,对应新增锂电池需求达2.6~5GWh。

值得一提的是,当前以磷酸铁锂、三元等新材料为主的动力电池,在储能市场十分受欢迎。

与传统铅酸电池相比,锂电池具有更高的能量密度,以三元锂电池为例,一台40尺集装箱可最多放置4.8MWh锂电池,并且集成HVAC、FFS、BMS、通讯保护等辅助单元。

同时,相较于传统的铅酸电池,锂电池对温度适应性更强,更适合户外的储能需求。此外,储能电池还可以采用退役的动力电池梯次利用,降低成本的同时也能有效解决动力电池退役后的处理问题,成为国家鼓励的产业发展方向。

长寿命和高安全性要求有利于集中度提升

汽车动力电池对于电池的功率和能量要求较高,而储能电池则更偏重于安全和寿命等方面,而且在不同工况下对于产品性能也有不同的要求。总体而言,电池的安全、循环寿命和日历寿命、价格和存储效率等因素是储能系统优先考量的性能。

安全性方面,由于锂电池储能电站的电池容量较大,一个系统往往包括成千上万个电芯,出现热失控的概率更高,造成的后果也更加严重,一旦某个电池出现热失控,很容易导致电池系统的整体失控,因此储能系统对于锂电池的安全性能有极高的要求。

2017年年初以来,韩国的储能项目共发生7起起火事故,共影响到78MWh的项目容量,占韩国所有项目容量的3%,2011年以来受起火事故影响的电厂级储能项目数量达11个,发生事故的多个储能系统都采用了同一厂家的镍钴锰三元电池。

此外,为了实现储能系统在整个寿命周期内的经济性,储能系统还必须保证几千次的充放电循环和大于10年(甚至到20年)的寿命。

电池系统的安全性和寿命与材料路线和电池厂商的生产能力高度相关。

技术方面,目前汽车动力电池已全面转向镍钴锰三元体系,该体系的能量密度和工作电压较高,但大规模集成存在爆炸风险,而且循环寿命最多仅有3000次左右,并不能很好的满足储能需求。

与此相比,磷酸铁锂电池则表现出非常好的稳定性,即使在高达300°C的温度下都不会导致热分解反应,并在电池单体测试中表现出全面卓越的循环稳定性,在整个寿命周期内容量衰减都很低。

将磷酸铁锂与钛酸锂(LFP-LTO)作为正负极材料的电池单体循环寿命甚至超过20000次,预计随着锂电池储能应用规模的日益扩大,安全性相对更高的磷酸铁锂电池有望得到更广泛的应用。

生产能力方面,储能电池的安全隐患主要来自生产过程中各种误差的累积,提升安全性主要依赖厂商对于产品质量和生产过程一致性的把控。储能对于安全性的高要求更有利于一线技术实力有优势的企业,预计该领域的市场份额将会比较集中。