电动汽车智能充电的创新前景（5.​电移动前景）

5.    电移动前景

本节概述了电动汽车市场、其演变以及影响电动汽车促进可再生能源整合能力的运输趋势。

插电式电动汽车包括可从外部电源充电的任何机动车辆：

• 全电池电动汽车（BEV）完全依靠电网供电。

• 插电式混合动力（PHEV）将可充电电池与内燃机电机相结合。

• 程器（REEV）最初是一种电动汽车；在没有充电基础设施的情况下，可以使用小型内燃机为电池充电并延长行驶里程。PHEV和REEV通常被视为一个单一类别。

5.1    电动汽车的成本和竞争力

到目前为止，在过去几年中导致电动汽车成本大幅下降的最关键因素是电池组成本的下降。电池技术的改进使电池组的平均价格从2010年的1000美元/kWh降至2017年的200美元/kWh左右（UCS，2017）。分析师预计2025年价格将进一步下降至100美元/kWh的水平（麦肯锡，2014年），这反过来将导致电动汽车与ICE车辆竞争。根据经验，电动汽车和传统汽油车之间的总拥有成本平价将以约175欧元/kWh的电池价格实现（UCS，2017）。

近年来，另一个有助于降低电动汽车价格的因素是市场上提供的车型种类越来越多。2010年，早期对电动汽车感兴趣的客户只能在少数几种有限的选择中进行选择，例如日产聆风（Nissan LEAF）、雪铁龙C-Zero等，而如今，车型范围更为广泛，在价格、行驶里程、动力传动系、电池组和消耗量等方面为买家提供了不同的5.E-MOBILITY OUTLOOK车型选择。随着越来越多的车型进入选择范围，市场变得更具竞争力，电动汽车的价格也下降了。

电动汽车将需要在第一成本基础上实现与ICE车辆的接近平价，并提供足够的便利设施（如行驶里程和充电便利性），以便消费者不认为它们比ICE车辆差或可比。

总拥有成本比较

总拥有成本（TCO）评估车主在其生命周期内产生的所有成本。它包括车辆购买成本、车辆使用成本和转售价值。每次进行TCO分析时，还应考虑研究区域的税收和购买激励措施。

经济比较表明，对于大多数用户来说，汽油和柴油目前都比电动汽车更具竞争力（主要取决于其年燃料消耗量）。如附件4所示，在一个地区大力实施货币激励措施，例如税收减免，可以在电动汽车和柴油车之间做出选择。

到2030年，电动汽车的总体拥有成本可能与两种燃料持平，这部分取决于油价。预计未来几年电动汽车的总体拥有成本将大幅下降。TCO平价的确切速度将取决于位置、年行驶距离和车辆消耗量。

电池资本支出（CAPEX）的进一步减少将是主要驱动因素。虽然所有其他电动汽车成本基本持平，但电池成本正在迅速下降。2016年，平均电池成本约为275美元/kWh。预计2025年将降至100美元/千瓦时，最乐观的预测是2030年降至60美元/千瓦小时（BNEF，2017a）。

图26显示了柴油和电动汽车的总体拥有成本在2050年之前的演变情况。该图虽然是说明性的，但旨在强调在中期（2020年下半年），即使没有补贴和税收，电动汽车最终也将比柴油车更具竞争力。如果是这样，电动汽车的全球车队渗透率可能达到7%（IEA，2018a）。

总体拥有成本的持续下降得到了前面描述的相同趋势的支持，并且可以通过另外两个观察结果来加强。一方面，由于预计到2050年将出现面向汽车共享实践的新移动业务模式，将从私人拥有的汽车转向共享汽车（见第5.3节）。这将不可避免地将电动汽车的使用率提高到每年40000至55000公里，并且与每年行驶相同里程的柴油车相比，电动汽车的燃油成本也将增加。

另一方面，一个未知变量是与柴油车相比，电动汽车的总体拥有成本下降的速度有多快。这一点可能会受到最近和即将到来的国家最早在2025年（荷兰）或2030年至2040年（法国和英国）禁止化石燃料汽车销售的浪潮的影响（表2）。

附件4中列出了欧洲最常见的电动汽车和柴油乘用车2030年总体拥有成本展望的案例研究。

车辆相关政策的演变

电动汽车政策激励的演变将取决于当地条件。一旦电动汽车与ICE车辆竞争，直接的货币激励可能就不那么重要了。到2025年至2029年，在许多国家，即使没有补贴，在考虑到燃料节约之前，电动汽车也将具有成本竞争力（BNEF，2017a），从而减少补贴需求。激励措施结束的另一个原因可能仅仅是政府已经实现了目标，从而使政策激励措施的追求过时。

然而，各地区之间的显著差异将影响激励措施的逐步淘汰时间。尽管预计电动汽车在主要汽车市场的销量将快速增长，但全球增长还远没有达到均匀分布。随着增长点的出现，这种差异已经开始显现，中国、荷兰、挪威和美国等国家的渗透率都很高。

可能还需要为岛屿等特定系统的电气化提供临时支持。斐济和斯里兰卡已经通过降低这些技术的税收来激励混合动力汽车。牙买加也考虑了对电动汽车的类似激励措施。

随着电动汽车市场份额的不断提高，传统激励措施（主要包括税收减免和税收抵免）带来的收入损失可能会越来越大，政府可能会越来越多地依赖于促进电动出行的替代方法。运输目标可能仍然与推动该行业脱碳相关。

5.2    电池展望

未来几十年，电动汽车将面临的一些主要挑战在于其电池。2030年和2050年可能会看到锂离子电池以外的其他电池技术及其在电网应用中的突破。

电池化学变化不仅会影响行驶里程等移动性方面，还会影响充电速度（也与电网基础设施加固需求相关）和电池提供电网服务的能力。

尽管高能量密度和适用于移动性和电网应用（详情见附件4），但锂离子技术在安全性和该元素（可能还有钴）的未来可用性以及相关的潜在成本影响方面存在局限性。提高任何锂离子亚化学的安全参数将反过来导致性能恶化（特别是能量密度）。预计未来几年，成本将下降。但与过去的铅酸蓄电池一样，它将达到sTable值。只有技术的改变（如钠离子的成本或氧化还原流量的安全）才能改变这些问题，即使锂离子（今天具有强大的优势）很难被取代。

为了应对电动出行的挑战，如功率、行驶距离和充电时间，必须采用新的电池技术。尽管正在进行锂离子的重大研究，但其他技术仍具有很高的潜力，并且正在开发中。

到2030年和2050年，电池技术的前景分别如图27所示。尽管锂离子电池可能在2030年之前仍然是主流技术，但其他技术的潜在突破可能会导致其在长期内被替代。

两项已经商业化的技术——例如，作为电动客车中的次要技术，大约10年——是非洲沸石电池研究所（ZEBRA）和锂金属聚合物（LMP）电池技术。

其他成熟度较低的技术目前正在开发中（仅销售电池，不销售系统），如果问题得到解决，可能会产生潜在的破坏性，包括：

• 以硅（Si）为负极的锂离子系统

• 锂硫系统（Li-S）

• 钠离子电池（na离子），由于其潜在的低成本和环境友好性而引起了人们的兴趣

• 金属空气电池，包括铝空气（铝空气）和锌空气（锌空气）

• 用于流动应用的氧化还原流动电池。

附件4对这些技术进行了更详细的描述。

图27：对电池技术与目前的成熟程度相比的展望

预测2050年的主流电池技术仍然很困难。然而，设想的电池能量密度的增加将导致更大的电池容量，并根据电力系统的需要提高可存储或释放的能量。配备200千瓦时电池（1000公里）的车辆可能会从承诺转向更广泛的实践。

5.3    共享电移动：移动即服务

不断变化的移动性需求将导致商业模式的兴起，这些商业模式可能在未来几十年内改变移动性系统。事实证明，消除旅行者在旅途中面临的痛点可能是新企业吸引客户的关键机会。一个新的概念已经为这些商业机会的出现铺平了道路，从以所有权为中心的运输方式转向作为服务消费的移动性选项。这种以服务为中心的移动性被称为移动即服务（MaaS）。

“移动即服务”是一种无缝结合各种提供商（包括共享移动提供商，但不限于此）的交通替代方案的方式。MaaS不仅仅是计算从一个地方到另一个地方的最快路径，而是提供从优化旅行行程到付款的一站式服务。因此，MaaS服务包括四个补充功能：行程规划、预订、付款和票务/账单。

然而，作为服务的移动性还远未实现。为了满足数千名客户的移动需求，MaaS将需要广泛的分析、移动建模和数据购买，以及开发全面的运输运营商产品组合，以确保所有用户都能及时乘车。为了实现这一愿景，新玩家的出现至关重要。

MaaS设计的核心是四个主要参与者，他们每个人都在提供MaaS产品方面发挥着关键作用。这些参与者是客户、MaaS提供商、数据提供商和运输运营商。尽管在过去十年中，客户逐渐采用了新的移动性可能性，尽管许多国家已经有了运输运营商，但MaaS提供商和数据提供商仍然几乎不存在。以下部分和图28阐明了价值链的每一步为客户提供的价值。

首先，MaaS提供商将使客户能够使用一个应用程序预订和计划上门旅行。为此，他们将提供一个包含无现金支付引擎、票务功能以及行程规划工具的软件。为了支持这些服务，MaaS提供商需要构建一个强大的分析引擎，以确定如何在高峰时间分配资源，并预测需求。此外，建立一个庞大的公共和私人交通运营商网络，对于提供最适合客户出行偏好的解决方案至关重要。

要使MaaS成为现实，还需要收集数千名客户的大量实时信息。因此，需要数据提供者。他们将访问和汇总来自不同来源的数据，对其进行分析并转售给MaaS提供商。虽然MaaS提供商可能也会扮演这一角色，但每项任务的复杂性以及数据隐私和反垄断法等问题的敏感性可能会阻止单个参与者单独履行所有这些职能（Catapult，2016）。

最后，交通运营商将向MaaS供应商提供运输能力，这对MaaS生态系统至关重要。尽管这些提供商可见且数量众多，但它们只是新移动生态系统的一部分。交通运营商的范围从公共火车到共享单车服务。这些运输提供商是我们今天所知的大多数。与通勤者关系所有权的转变可能是商业模式中最显著的差异，通勤者与MaaS提供商而非交通运营商打交道。

新的MaaS业务模式包括集成的MaaS提供商，他们负责根据客户的要求找到最佳路线，预订行程，然后在一张账单中开具所有发票。数据提供商使MaaS提供商能够提供真正量身定制的体验和运输提供商（基于当今已知的车队管理）。

5.4    自主电动汽车

技术支持的拼车和汽车共享服务正在为将人群从一个地方转移到另一个地方的新方式建模。汽车的电气化和自动驾驶汽车的出现预计将大大加快共享交通的普及，最终实现MaaS。

由于从私人所有制向企业所有制的转变意味着每天的里程数会更高，因此可以预期运输提供商不仅要购买最便宜的车辆，而且要考虑长期来看不太昂贵的车辆。由于未来十年电力将比柴油或汽油便宜得多，而且在监管机构希望确保城市空气质量的情况下，电动汽车排放的温室气体和颗粒物也会减少，因此车队管理人员很可能会青睐电动汽车而非内燃机车。

除了电动汽车的增长，自动驾驶汽车的出现将推动MaaS的发展。尽管自动驾驶汽车对MaaS的发展不是必不可少的，但它们可以成为无缝移动生态系统中强大的增长杠杆。自动驾驶汽车可以提供以下主要优势：

• 更多的自动驾驶汽车将意味着最终用户有更多的时间，因为这将允许乘客在“驾驶”时专注于其他任务。

• 自动驾驶汽车将使交通更加高效，因为它们可以以更高的速度行驶，彼此更接近，同时发生事故的风险更低。

• 自动驾驶汽车的出现很可能会降低车队运营的运营费用，因为驾驶员的工资占了这一费用的很大一部分。

• 最后，自动驾驶的趋势将有助于腾出停车位，因为自动驾驶车辆将提高车辆的使用率，从而减少停车时间。

车辆DNA的进化：走向自动驾驶汽车

汽车、公共汽车、卡车以及较小程度上的两轮车制造商正在积极开发联网汽车和自动驾驶汽车。图29总结了自动驾驶汽车引入市场的预期时间表。例如，戴姆勒公开宣布将重点放在CASE（互联、自主、共享和电动）战略上（戴姆勒，2016年）。

共享汽车与电动汽车相比更有意义，因为运营成本比同类汽油或柴油汽车更便宜，这意味着里程数越多，购买的回收速度越快。根据汽车工程师协会的分类，不同程度的自主性包括：

• 0级（手放，眼睛盯着）：无主动辅助系统

• 1级（手放，眼睛放）：纵向或横向导向

• 第2级（手部温度关闭，眼睛温度关闭）：纵向和横向导向（交通控制）

• 第3级（双手离开，眼睛离开）：应要求接管（接管意识）

• 第4级（不插手，不介意）：无接管请求（无驾驶员干预）

• 第5级（双手离开，驾驶员离开）：无驾驶员（Dyble，2018）。

谷歌推出的名为Waymo的自动驾驶汽车项目已经在美国凤凰城测试自动驾驶汽车，提供免费的自动驾驶出租车服务。

图29：自动驾驶汽车的预期发布时间

连接的汽车可以与驾驶员、基础设施（车辆对基础设施，或V2X7）或其他车辆（车辆对车辆，或V2V）通信。通过与驾驶员的沟通，通过汽车预热等服务，驾驶员的体验变得更加方便。此外，智能充电功能（能够查看汽车的充电状态并在更合适的时刻编程充电）也是可能的。V2X和V2V通过获取交通和道路信息来促进自动驾驶。有许多自动驾驶驾驶员。例如，在SCOOP项目中，雷诺正在使用V2V和V2X，通过减少交通拥堵和提高安全性来实现自动驾驶。该项目于2014年开始，2017年进入部署阶段，配备了1000辆专门装备的雷诺Megane车辆（雷诺，2017年）。

关于公共汽车，Navya和EasyMile已经在提议在一个明确的区域内以低速自主行驶的小型穿梭机。戴姆勒和Proterra等巴士制造商也对自动驾驶汽车表现出兴趣。尽管电动和自动驾驶卡车的成熟度较低，但类似的趋势可能会出现。例如，Embark正在开发自动驾驶卡车的技术，特斯拉2017年底发布的电动半自动驾驶系统也将包括增强型自动驾驶（特斯拉，2018）。由于特斯拉正在积极开发汽车自动驾驶技术，其技术也可以应用于卡车。

到目前为止，自动驾驶汽车方面有令人鼓舞的迹象，预计该技术的成本将下降。Aptiv预计，由于技术发展和更高的需求，必要的硬件和软件包的成本将从目前的7万美元至15万美元降至2025年的5000美元左右（Lienert，2017）。硬件包括图形处理单元（GPU），用于根据来自传感器的输入控制车辆（例如，特斯拉Model S包括8个360°环绕摄像头、12个超声波摄像头和雷达，即使在暴雨等恶劣天气条件下也能“看到”）。数据也可能来自基础设施或其他汽车（道路和地图上的交通堵塞或事故指示）。完全自主的汽车需要复杂的软件，通常基于深度学习等人工智能技术。

在MaaS和自动驾驶汽车的未来，随着充电中心对电网的巨大需求，对基于AI的软件的需求将进一步增加。数据分析和对移动性的进一步理解将有助于公共和私人利益相关者战略性地将这项技术推向市场，从而使参与者受益，同时解决关键的移动性挑战并优化电网。通过利用数以亿计的出行、停车可用性和限制以及人口统计数据，INRIX根据当前的出行模式确定了自动驾驶汽车部署的主要市场。利用这些数据驱动的见解为公共规划提供信息，将使城市能够主动利用高度自动化的车辆来应对关键的移动性和社会挑战，而不是被动应对这项技术可能产生的影响（INRIX，2017）。

解决完全自动驾驶的监管挑战和担忧

以自动驾驶汽车为中心的监管直接影响电动汽车市场。由于自动驾驶汽车技术是一个比电动汽车或共享交通更不成熟的市场，许多政府还没有为在公共道路上运营这种类型的车队做好准备。

德国和日本是第一批允许测试自动驾驶汽车的国家，并颁布了要求完全自动驾驶系统符合交通法规的技术标准。在美国，几个州（如亚利桑那州、加利福尼亚州和内华达州）允许对自动驾驶汽车进行公共道路测试（Karsten和West，2018）。2017年，中国发布了首份自动驾驶汽车道路测试指南，2018年发布了首个道路测试许可证（Bhunia，2018）。

责任、隐私和安全问题是自动驾驶汽车技术实施的重要障碍。对监管机构来说，评估事故责任是一个特别微妙的话题。在处理自动驾驶车辆造成的损害（对财产或人员的损害）时，可能会出现道德挑战，决策者必须决定谁将承担责任。一些举措已经在实施，例如德国正在考虑要求一个黑匣子，记录驾驶过程中的所有时刻是技术还是人类驾驶。然而，如果车辆在自动驾驶模式下运行，驾驶员和车主仍需承担责任。

监管机构应与制造商、司机和乘客等其他利益相关者合作解决这些问题，以便有意识地做出道德决定

在自动驾驶汽车全面推出之前，还需要一个政策框架来规范数据访问和利用以及数据安全。

另一个令人担忧的问题是失业。技术发展将导致劳动力和行业的转移。各国政府必须采取措施为这些损失做好准备。政策制定者可以调节他们发放的出租车牌照数量，以管理劳动力的长期再分配。同时，可以为失业和工作再培训造成的收入损失提供某种补偿。

大多数以移动即服务为中心的商业模式意味着车辆的使用率比现在更高。此外，预计将出现大型B2B收费提供商。这两个因素对电动汽车销售和电网都有深远的影响。