電動卡車其實并不是新鮮事物,自 20 世紀最初的幾十年以來,它們一直在世界各大城市的道路上辛勤「勞作」。
相比于由早期性能并不太穩定的由內燃機驅動的卡車,車隊經理們更青睞電動卡車在動力性和可靠性方面的優異表現。現在,在這項技術的第二幕劇中,無論是現有的還是非傳統的商用車制造商,正在多種細分市場和各大重量類別中推出新的電動卡車(eTrucks)。
那么問題來了,近一個世紀都過去了,為什么電動卡車會在此刻集中爆發呢?
麥肯錫認為,推廣這項技術的時機已經成熟。此刻起直到 2030 年,三大驅動因素將支持卡車市場的發展:
首先,從總擁有成本(Total Cost of Ownership,TCO)的角度看,電動卡車短期內可以和使用柴油或替代動力的卡車持平;
第二,電動汽車技術在成本上正變得越來越具有競爭力,相關基礎設施正在逐漸完善;
第三,監管環境促使人們采用電動卡車,包括國家層面的排放法規(如針對車企所產汽車總二氧化碳的排放目標)和地方層面的準入政策(例如無排放區域的設立)。
與此同時,采用電動卡車的障礙依然存在:
新車型的可靠性有待證明;
客戶觀念有待引導;
員工、經銷商和客戶需要培訓;
在管理新供應鏈和安排新車型生產方面也存在挑戰。
基于對多種可能出現的場景(scenarios)的分析,麥肯錫的研究表明,在不同的細分市場中,商用車電動化進程將以不同的速度推進,視使用案例(use cases)的具體特點而定。
電動化進程正在進行時
麥肯錫在三個不同地區(中國、歐洲和美國)對純電動商用車(Battery-Electric Commercial Vehicles,BECVs)進行了細化評價(granular assessment),其中包括三個重量類別和三個應用場景。這三個重量類別分別是:輕型卡車(Light-Duty Trucks,LDTs),中型卡車(Medium-Duty Trucks,MDTs)和重型卡車(Heavy-Duty Trucks,HDTs);三個應用場景分別是:城市內部、某一地區和長途行駛。
麥肯錫的模型集中在兩大類可能出現的場景(two scenarios)——早期采用(early adoption)和晚期采用(late adoption),來幫助在不同重量類別和地區中設置新的分析維度(如圖 1 所示)。這兩類場景反映了對于核心假設的不同觀點,例如:監管方面能否有效推動?基礎設施方面何時能夠準備好?供應鏈方面能否保證?各相關方對這些問題的不同解決力度將決定電動卡車最終大規模普及的時間。
麥肯錫的研究揭示了純電動商用車強大的增長潛力,特別是在輕型和中型部分。與購買乘用車的決策標準不同,商用車購買決策更關注經濟核算(economic calculation),并且對監管環境(如新出臺的法律法規)更加敏感。由于缺乏對電動卡車模型有效性(model availability)的評判數據以及車隊管理者的風險厭惡偏見,直到 2025 年,市場對于輕型和中型純電動商用車的接受度可能會落后于乘用車。
然而,麥肯錫的分析表明,在一類「早期采用」的場景中,由于相比于柴油卡車,輕型和中型純電動商用車在總擁有成本方面具有無可否認的優勢,其在某些地區的市場份額可能在 2030 年超過純電動乘用車。
從卡車重量類別的角度看,麥肯錫的研究表明,由于電池成本太高,重型電動卡車的總擁有成本需花費較長時間方能與柴油卡車持平,其市場增長也會比較緩慢。與之相對,在輕型和中型電動卡車市場:
若采用「晚期采用」場景,純電動商用車將在 2030 年之前占據 8% ~ 27% 的市場份額,取決于不同的地區和應用場景;
若采用「早期采用」場景,即對于主要城市低排放區域的擴張速度做出更為激進的假設,純電動商用車將在 2030 年之前占據 15% ~ 34% 的市場份額。
麥肯錫預計,轉折點將出現在 2025 年之后不久,屆時市場需求可能會由于預期的監管收緊(例如,設立「零排放區域」)而得到巨大提振。此外,不斷增長的客戶信心、不斷增加的充電基礎設施、不斷被驗證的模型有效性、不斷改善的針對不同使用案例和應用場景的成本效益等,都會刺激市場需求。
總擁有成本的重要性
總擁有成本(Total Cost of Ownership,TCO)在商業車輛采購時扮演越來越重要的角色,模擬 TCO 的變化可以幫助公司了解不同類的動力總成的 TCO 相等的時間點。麥肯錫分析了 TCO 相等的敏感性,以了解一個特定的使用案例最快在什么時候能夠實現收支平衡(指純電動卡車的 TCO 與柴油卡車相等)。
需指出的是,在該使用案例中,針對預定義的駕模式和充電模式,進行了相應的技術定制化處理。在圖 2 中,展示了不同應用場景和重量類別的純電動商用車實現潛在 TCO 收支平衡點所將經歷的時間間隔,圖中每個帶陰影的大點代表某一特定使用案例最早能夠在什么時候達到收支平衡。
中等日行駛距離最早出現 TCO 收支平衡點。從重量級別出發,我們可以確定使純電動卡車與柴油卡車的 TCO 相等的最優日行駛距離。在圖 2 中展示的例子中,最早的收支平衡點發生在日行駛距離 200 公里左右。這一最優點意味著電池容量足夠大,可以在不需要多次充電的情況下完成有效的操作,且每年能夠保證足夠多的行駛距離,以從每公里的低成本中獲益。與此同時,電池還需要盡可能小,以控制前期的資本支出。當電價和柴油價格之間的差異比較大時,這種效應是最強的。例如,歐盟的燃油稅很高,導致兩者的價差很大;而在美國,油價和電價都比較低,兩者的價差相對較小。
在重型商用車中,城市公共汽車將最早實現收支平衡。如圖 2 所示,實現的時間平均處于 2023 年 ~ 2025 年之間。2016 年,由于監管方面的考慮,中國新電動公共汽車的銷售份額已經超過 30%。到 2030 年,如果市政當局制定有利的政策,電動公共汽車的銷售份額可以達到 50% 的水平。相應地,在歐洲和美國地區的純電動商用車中,城市公共汽車也將實現最高的市場滲透率。
輕型電動卡車在城市使用場景中的收支平衡點對于使用案例中的微小變化很敏感。雖然輕型電動卡車平均將于 2021 年實現收支平衡,但如果稍微修改一下使用案例的特征(例如,使用容量更小的電池,在工作過程中可以充電,或者由于在城市內遞送包裹時不開熱空調而擁有更高的能源效率),則在今天就能實現純電動卡車的總擁有成本與柴油卡車相等。
三個關鍵假設對 TCO 收支平衡點(指純電動卡車的總擁有成本與柴油卡車相等時的情況)影響最大,包括內燃機與電驅動系統的效率、電池的成本以及燃油與電力的成本。此外,麥肯錫的分析表明,相比于長途行駛的應用場景,城市內部的應用場景的 TCO 收支平衡對假設條件的變化更加敏感。其原因在于,就長途行駛而言,純電動商用車與內燃機商用車的每公里成本會在較長時間段保持相對接近的狀態。例如,在城市內部的應用場景中,TCO 改善 5 % 就能將收支平衡點提前 3 ~ 4 年;而在長途行駛的應用場景中,只能提前大約兩年時間。
基礎設施準備情況
純電動商用車對充電基礎設施的依賴是其增長所面臨的主要挑戰。不過,由于行駛模式的可預測性與重復性,以及充電行為的集中性,充電問題對商用車的影響并不像純電動乘用車那么嚴重。一般來說,倉庫中應配備充電基礎設施,以便在純電動商用車不工作時為其充電。建造這樣一個配套的基礎設施,需要車主進行投資。
此外,如果在裝貨或者卸貨的同時能夠為其充電,那么對于那些配置較小電池容量的專用商用車而言,它將更能夠滿足在《麥肯錫:電動卡車市場為何在此刻集中爆發?(上)》第一小節「電動化進程正在進行時」中所描述的「早期采用」場景的假設。
在長途行駛的應用場景中,商用車需要在行駛途中進行充電,例如在高速公路或休息區域。
一方面,長途行駛路線的高可預見性使得對基礎設施進行集中投資成為可能。各企業可以事先確定主要的行駛線路和充電設施布置點,并考慮優先對其投資。分析表明,在繁忙行駛路線上每隔 80 公里到 100 公里設置一個充電點,就能滿足重型卡車技術早期發展階段的需求。因此,充電點的絕對數量可能并不是限制因素。
另一方面,各企業仍需解決快速充電方面的技術挑戰,以便充分利用司機需要強制休息的那段時間。目前,對充電基礎設施的投資主要集中在乘用車上,投資方包括歐洲和美國個體企業、汽車制造商以及國家電網這樣的中國國有企業。雖然輕型卡車和中型卡車也可以使用乘用車的充電基礎設施,但為了更加有效地給重型卡車充電,重大技術升級仍是必要的。例如,為了給電池容量接近 1000 千瓦時的重型卡車充電,普通的充電站(假設其平均充電功率為 120 千瓦)要花費 8 個多小時。
電動卡車的研制趨勢
市場大規模的轉向電動卡車仍有很長的路要走。目前,汽車制造商能夠在某些特定應用場景的專用車輛上實現電動卡車與柴油卡車的總擁有成本(Total Cost of Ownership,TCO)相等。然而,由于市場上缺乏合適的產品,車隊運營方還不能考慮將其運輸車輛都變成電動卡車。
一些汽車制造商正在開發新的卡車車型,并投入資金解決現有的電動卡車特有的技術難題。由于研發周期與產品生命周期加起來超過 10 年,汽車制造商要提供品類齊全的電動卡車,還尚需時日。
目前,各制造商發布的產品主要集中在輕型電動卡車,它和乘用車的技術相似度是最高的。多款新車將于 2020 年左右發布,其中有 7 款將在 2017 年和 2018 年推出,電動卡車的產量也將相應增加。
有趣的是,重型電動卡車的新車發布公告也越來越多。但如下文中圖 3 所示,它要到 2023 年才會出現有益的使用案例,平均要到 2030 年才能實現與柴油卡車的 TCO 相等。自 2016 年以來,已有 14 家汽車制造商宣布正在測試或即將投放新一代重型電動卡車和城市公共汽車。到 2020 年之前,投放市場的新品數量將逐步增加。
相比之下,在經濟效益上更有吸引力的中型電動卡車迄今為止只有為數不多的新品發布公告。和重型卡車類似,對續駛里程要求相對較短、針對城市與地區應用場景的中型卡車將在 2020 年左右開始成形。
監管環境對電動卡車銷售的潛在影響
在中國、歐洲和美國眾多城市地區,針對柴油發動機的越來越嚴苛的排放法規以及未來很可能施行的柴油車禁售措施,都將加速電動卡車的市場普及。
事實上,針對商用車的監管法規有比乘用車更快履行的趨勢。例如,麥肯錫對歐盟的分析顯示,監管法規留給商用車的履行期限更短:乘用車可以用 16 年來滿足新標準,而商用車必須在 3 年內完成。此外,法國和英國已經宣布了關于設立零排放區域(zero-emission zones)的第一個時間表。
在中國,政府在 2015 年就開始收緊針對中型卡車和重型卡車排放法規。整個產業的參與方需要密切觀察,未來中國政府是否會針對中型和重型卡車要求強制性電動汽車積分,并對輕型卡車設置更嚴苛的法規(譯者注:目前中國的「雙積分政策」只針對乘用車)。
在美國,聯邦一級的法規要求,在 2027 年之前需減少 25% 的二氧化碳排放。然而,僅僅是這一限制并不能推動電動卡車的市場普及,因為使用其它技術也可以實現這些目標,例如改進汽車的空氣動力學性能、使用低滾阻輪胎或提高發動機的熱效率。
盡管經過精心設計并經過了電動汽車領域的企業和專家的驗證,麥肯錫的見解也只是大量可能結果的一種。考慮到預測的復雜性以及所涉因素眾多,我們可以根據《麥肯錫:電動卡車市場為何在此刻集中爆發?(上)》中開頭部分提到的三個因素的變化,對市場模型作出相應調整。
5、大重要使用案例,點燃電動卡車市場
麥肯錫聚焦于通用的和特定的使用案例(use cases),這種方式為行業參與者提供了一種清晰的視角,以理解促進純電動商用車市場普及的因素。如圖 3 所示,我們選擇了在全球具有代表性的使用案例,相信它們將推動純電動商用車在中國、歐洲和美國的普及。
這 5 大使用案例代表了很大一部分純電動商用車的行駛模式。需要指出的是,不同地區的行駛模式和詳細規格會有所不同。作為例子,本小節將重點討論針對歐洲市場定制的使用案例,中國和美國市場的情況與歐洲大致相似。
用于地區性中心輻射型貨物運輸的輕型卡車(Light-duty regional hub-and-spoke delivery)
在這一使用案例中,電動卡車現在就能夠與柴油卡車的總擁有成本(TCO) 持平。雖然大多數行業參與者都專注于最后一英里和城市內部貨運的解決方案,但從 TCO 的角度來看,地區性中心輻射型的配送方式更有利,其潛在客戶包括需要地區食品配送服務的商店和餐館。
在這個使用案例中,輕型卡車可以共享乘用車的零部件和基礎設施,以加速其市場普及。然而,如圖 4 所示,需要在某一地區新建充電基礎設施是這一使用案例實現的瓶頸之一。此外,在卡車裝貨和卸貨期間,對優化設計過的電池進行適當充電,可以加速 TCO 持平到來的時間。
用于城市內部「走走停停型貨」物運輸的輕型卡車(Light-duty urban stop-and-go delivery)
這一使用案例大致可在 2021 年實現 TCO 收支平衡(注:指純電動卡車的總擁有成本與柴油卡車持平),汽車制造商近期發布的新車型公告反映了這一點。輕型卡車可以利用最初為乘用車設計的零部件和基礎設施,而相比于柴油機,輕型電動卡車的動力系統更適應「走走停停型」的行駛模式。
車隊運營方可以通過針對具體應用場景降低電池容量的方式來推動 TCO 收支平衡提前實現。同樣地,柴油車禁令的頒布和城市零排放區域的設立,都可能加速在走走停停型使用案例中采用純電動商用車。
用于地區性中心輻射型貨物運輸的中型卡車(Medium-duty regional hub-and-spoke delivery)
對于這一使用案例,大致可在 2023 年實現 TCO 收支平衡。然而,在汽車制造商的新車型公告中,并沒有充分反映這一使用案例的全部潛力。通過調整車輛的控制策略以適應特定的行駛路線特征,以及通過利用行駛途中的充電機會來正確配置電池容量,部分使用案例甚至可以在今天就實現 TCO 收支平衡。
城市重型公共汽車(Urban heavy-duty buses)
這一類的純電動商用車可能會在 2023 年實現 TCO 收支平衡,相比于柴油車,它們更適應集中式充電模式以及「走走停停型」的行駛模式。此外,車隊運營方通過在日常運營中更頻繁地對電池充電,可能提早到 2020 年實現 TCO 收支平衡。例如,在行駛途中的某些站點可以提供充電基礎設施。
同樣地,柴油車禁令的頒布和城市零排放區域的設立,也將有助于電動公共汽車的普及程度。此外,市政府也可能會下令必須采用電動商用車,因為政府重視其低排放特性,即便此時 TCO 收支平衡尚未實現。
用于長途行駛的點對點型的重型卡車(Medium-duty regional hub-and-spoke delivery)
這一類的純電動商用車平均要到 2030 年才會實現 TCO 收支平衡。在一開始,對更大容量電池的需求會造成更大的成本差距,雖然重型電動卡車和柴油機卡車之間的這一差距將會減少。由電池自重導致的重型電動卡車有效載荷的損失仍然存在,使得這一使用案例不利于實現運輸能力最大化。
即便如此,麥肯錫預計仍會有幾家公司在 2030 年之前推出重型電動卡車,其原因可能來自以下三個方面:
首先,對于那些善于利用重型電動卡車優勢的運營方而言,最早可能在 2023 年就能實現 TCO 收支平衡。例如,通過實現更高的車輛利用率(每年工作 300 天以上)、采用日間充電、降低平均有效載荷的需求等。
第二,運營方通過將重型電動卡車納入其車隊,可完成未來可能會頒布的針對車隊的排放指標,塑造注重環保的企業形象。
第三,同樣地,出于環保反面的考慮,某些客戶會有較高的支付意愿,TCO 并不是主要的驅動因素。
最后,在未來十年中,編隊行駛(platooning)的模式會有效提升車輛的行駛里程和運輸效率。
總的來說,電動卡車要取代柴油卡車,不僅要考慮到成本,還要考慮運行上的靈活性,因為車隊運營方不能容易地預先確定所有的行駛路線或車輛使用模式。在對靈活性有相當要求的使用案例中,其最終結果可能會提供更好的關于 TCO 何時會收支平衡的參考數據。
注重成本的商用車所有者會推動電動卡車變革
在競爭激烈的物流領域,如果有機會降低卡車車隊的運營成本,運營方很有可能會快速采取行動,因為相比于乘用車車主,他們更關注成本。
通過堅持只做某些定義明確的的應用場景,車隊運營方可以選擇最佳的電池尺寸,從而避免車輛費用超支。此外,相比于個人消費者,車隊運營方通常會采用更有效率且長期不變的行駛路線,而典型的針對貨物運輸的固定行駛路線,使得車隊運營方能夠更有效地規劃充電設施的修建位置。雖然與成本因素無關,塑造「零排放車隊」企業形象的意愿也會促使運營方采用電動卡車。
自動駕駛技術將對每公里 TCO 產生積極影響,因為它或可消除主要的成本要素:卡車司機。這一技術還可以提高車輛的利用率,并加快電動卡車的投資回收時間。自動駕駛技術對在城市內部行駛的輕型卡車的每公里 TCO 影響最大,因為在這一使用案例中,司機成本占經營成本的份額最大。