欧洲电动卡车充电基础设施建设

汽车与装配实践 欧洲电动卡车充电基础设施建设 充电已成为电动卡车的一个不可或缺的部分。各参与方竞相提供端到端解决方案，但在车辆、充电设施和电网方面仍面临大规模应用的挑战。 作者：AnnaHerlt和EugenHildebrandt与HenrikBecker 预计全球电动卡车的大规模推广将需要密集的充电网络以确保这些零排放车辆的运行。对于欧洲而言，麦肯锡估计到2030年，整个大陆将需要超过30万个公共和私用充电桩，而目前的数量约为1万个。 可以在仓库内夜间充电以使用低功率充电器 ，或在例如装卸货物时使用快速充电器进行补充电量。许多这类卡车并不一定需要公共充电。直到2030年，这些应用场景将覆盖该大陆超过50%的电动卡车。 新建基础设施代表一项重大挑战。构建robust的充电网络预计需要截至2040年投入约400 亿欧元的资本。其中，到2030年需要投入约 70亿欧元，而目前公开承诺的资金不到四分 之一。1充电网络建设也将消耗大量能源，到2030年每年将消耗约20太瓦时的电量，约占欧洲总电力需求的0.5％。获得如此多的能量通常意味着在已经拥挤的电网中获取额外的容量。 同时，机遇无限。由于电动卡车充电市场尚未被现有玩家完全占据，来自各行各业的企业都有机会塑造市场参与者生态系统，创建新的业务或形成战略合作伙伴关系。 欧洲电卡货车的另40%将用于工业或消费品在高速公路上进行单一工作日的枢纽到枢纽运输 。3每日行程距离会有所不同——从250公里到超过800公里不等，但通常每辆车的距离是固定的。由于涉及更长的距离，许多这些卡车将需要在公共充电点进行额外的充电以补充其仓库充电。 多日长途旅行的卡车占剩余的5%。这一类车辆将是electrization最缓慢的领域。由于它们通常超出基地范围行驶、每日行程较长、行程距离和目的地变化较大，并且车队停车场中很少有自然装卸的机会，这些电动卡车将高度依赖公共充电设施。随着时间的推移，随着公共充电设施的日益普及，单日和多日长途电动卡车的比例将会显著增加。 这篇文章基于麦肯锡未来移动性中心（McKinseyCenterforFutureMobility）和麦肯锡电动车辆充电基础设施服务线（McKinsey’sEVCh argingInfrastructureserviceline）的研究。2我们分析未来十年乃至更长时间内欧洲充电网络 的发展趋势，并识别出参与者需要解决的主要挑战。我们的分析还详细说明了车队运营商在制定其卡车充电基础设施成功扩展策略时所需采取的步骤——这些努力必然需要车队运营商 、卡车制造商、交钥匙工程采购和建设（EPC ）公司、金融提供商以及能源和基础设施玩家之间的协作行动。 对于每个应用场景，车队运营商将不得不权衡多种因素以确定其最优车辆配置。虽然较大的电池可以提供更长的续航里程，但它们价格昂贵且重量较大，因此会减少载货能力。而快充站数量越多，即使在满足一定操作灵活性的情况下，卡车电池也可以变得更小（更轻）。对于有规律使用模式的卡车，如线haul或私有车队，在强制驾驶员休息期间进行快充以补充电池电量是一种吸引人的选择（如图1所示） 。 电动卡车将如何在欧洲使用？ 欧洲首批商用电动卡车主要用于单日行程。这包括从中央设施配送、城市路线、多式联运班车以及短途枢纽到枢纽的运输。这些卡车的常规且可预测的运营模式将使它们能够 在实践中，这样的优化往往受到欧洲物流行业结构的影响而变得复杂。大多数道路运输市场并非由专门用于特定、可预测路线的私人车队构成，而是通常以临时性安排用于单次运输或作为为期不到三年的短期合同的一部分。因此 ，在优化车辆规格时，大多数车队运营商需要在运营中留有较高的灵活性余地，这使得充电基础设施的规划变得更加困难。 1基于麦肯锡未来移动性中心和电动汽车充电基础设施服务线（EVChargingInfrastructure）的麦肯锡分析。这70亿欧元的投资包括直接充电硬件、规划、工程和安装的资金，而不包括潜在的电网或场地升级费用。 2除非另有说明，否则所有数据均来自麦肯锡未来移动中心。 3包括27个欧盟成员国、英国以及四个欧洲自由贸易协会国家（冰岛、列支敦士坦、挪威和瑞士）。 Web<2024> <MCK249106在欧洲的卡车充电><4>附件<1>附件1 充电基础设施、行驶模式和电池尺寸必须协同优化以高效地电动化卡车运营。 2030年视图，用例 25 20 15 有效载荷，公吨 10 5 Construction和城市 D A F BE C 300kWh蓄电池 450kWh600kWh 蓄电池蓄电池 600kWh蓄电池 A.翻斗 B.施工材料 区域 C.零售 D.穿梭机 长途 E.单日 F.多日 气泡大小对应于 2030e-truckfleet 每天的变化距离驱动 0 01002003004005006007008009001000 操作期间不充电 日内充值 1 每日距离，km 1假设在400kW直流充电器强制中断45分钟期间充电。 麦肯锡公司 欧洲的充电基础设施部署将分两个阶段进行 镜像这些卡车电动化趋势，欧洲的第一阶段充电基础设施将安装在私营车队仓库或半公共枢纽。到2030年后，第二阶段将允许扩大公共充电基础设施的规模，鉴于中高压电网位置预期将增加的接入和容量升级。 在2030年前，接近主要工业区或物流枢纽的充电设施，甚至包括私人枢纽内的设施，甚至直接设在装卸码头处的充电设施，将占所有充电基础设施的90%以上，预计总投资将达到55亿欧元，并有望到2030年覆盖卡车用电需求的75%。这些充电器将服务于分拨或枢纽对枢纽的应用场景，这将是第一代电动卡车中应用最广泛的部分。根据运营需求的不同，车队枢纽将利用不同类型的充电器组合（包括AC40kW和DC50kW至400kW及以上），而功率较低、较慢的充电器则主要用于夜间为车辆充电。 并且提供更高功率、快速充电设施，在运营过程中（如在登机口装卸货物时或在驾驶员换班期间）进行补充电量。这种基础设施可以逐步部署，以与运营商电动卡车车队的增长同步。然而，大型安装的速度可能在短期内受到当地电网限制的影响，从而被抑制。 对于自行运营物流业务的车队运营商而言，基于仓库的基础设施开发提供了坚实的企业案例 ，这得益于短途卡车可预测的行驶路线以及运营商的能见度。而对于外包物流业务，位于枢纽附近的共享充电公园可以有助于促进卡车电动化，同时也能将每个参与者的投资和运营风险降至最低。在整个大陆范围内，预计从现在到2030年，EBIT利润池将达到2亿欧元。这些利润来源于整体解决方案、不同充电硬件销售与设计、工程和安装，以及30万台充电桩的充电点管理软件，再加上批发能源利润。 4包括资产管理、负载管理和车队调度等功能。 与仓库式充电相比，欧洲的公共充电基础设施的发展将较为缓慢。到2030年，该大陆将仅有4000个用于慢充（过夜充电）的公共充电点和 12000个快充点，总共需要投资150亿欧元。考虑到预计更高的平均功率和利用率，到2030年，公共充电站预计将占到电力分配总量的25 %。5然而，到2030年后，随着越来越多的长途电动卡车进入市场，公共基础设施建设将逐渐扩大。到2040年，我们预计欧洲高速公路上将安装总计10万个公共充电点，提供电动卡车总用电量的45%。这些充电网络将由诸如欧盟的替代燃料基础设施法规或各种国家补贴计划等监管目标所塑造，并很可能会由专业的充电点运营商（CPOs）建设和运营。 电池更换。尽管这种方法具有优势（如与当前快速充电协议相比，更高的车辆运行时间 ，并且由于电池在更换站静置时采用较慢的充电方式延长了电池的总使用寿命），将其引入欧洲不仅需要转向标准化（而非差异化 ）的电池包，还需要新的电池融资和电池更换网络的商业模式。 建立最佳的充电基础设施意味着在每个方面都坐在驾驶座上 在规划electrify车队枢纽时，运营商需要考虑多种约束条件，如运营需求和可用电网容量。为了优化车队枢纽和公共地点的成本和车辆停机时间，运营商可以遵循五项活动步骤。 我们预计公共快充桩将是最具盈利性的基础设施类型，其利润池在2030年前的价值将达到5亿欧元。这是因为车队运营商预计愿意为快速充电支付溢价，例如在司机强制休息期间，从而最大限度地减少停机时间。此外，当快充桩得到充分使用时，它们每天会吸引大量的能源 需求，使CPO能够销售大量这种高价电能。6相反，公共快充桩面临较大的商业风险，因为长 途卡车的初始采用速度较慢，且需要覆盖更大的地理区域。CPOs（充电网络运营商）可以通过让一些车队运营商作为锚定客户来保证一定的能源利用率，从而分散其投资风险。CPOs随后可以对按需使用能源的客户收取溢价。 公共Overnight充电代表最小的利润池（3000万欧元），因为需要这种充电方式的使用案例数量较少（如图表2所示）。 这些预测假设欧洲卡车制造商将继续开发针对特定卡车定制的电池，并且这些电池不打算在车辆之间互换。这种替代性的电池更换方法已经在电池可以快速更换（通常在几分钟内）的情况下被完全充电并替换掉放电电池的方法，在中国非常流行，大约一半的电动重型卡车具备这一能力。 为成本优化的充电基础设施创建蓝图。为了确定所需充电器的类型（包括大小和功率等级 ）和数量，以及它们的布局，车队枢纽运营商需要对未来的电动车队运营有详细的理解。理想情况下，这需要对每种特定的卡车应用场景进行详细的分析，包括卡车每天行驶的距离、电池容量、是否需要边行驶边充电、卡车将承载的货物重量，以及它在整个白天将会停靠的次数。根据计划的充电模式、可用空间以及卡车规格（宽度、长度和转弯半径），充电器可以安装在装卸区、等待区或停车位。对于外包物流运营，充电基础设施的需求最好与相关运输提供商合作评估。为了最大限度地提高操作灵活性和充电器利用率，这些设置通常会偏向于在共享位置安装高功率充电器。 为了避免运营复杂性，运营商可能需要考虑在一个地点仅安装有限种类的充电器。此外 ，探索司机班次的变化或其他运营模式可能有助于运营商优化充电基础设施的利用，并减少所需的总充电器数量。所有设计都需要符合适用的建筑或安全法规（例如，保险或消防安全）的要求，并且需要提前足够的时间以获得必要的批准。 5尽管欧洲汽车制造商协会预测到2030年将有40,000个公共充电站，但其分析并未考虑推广这些充电站的商业案例。我们的分析假设到2030年公共充电基础设施的利用率为20%，届时CPOs的目标是实现盈利性的网络运营。随着充电网络的全面完善，它将更有力地支持电动卡车的大规模采用，包括长途运输业务。 6宣布对德国高速公路卡车停靠网络部分进行电气化的招标旨在通过引入“过网模式”（Durchleitungsmodell），限制能源转售利润的机会，利用车队运营商的商业电价。 Web<2024> <MCK249106在欧洲✁卡车充电><4>✁附件<2>附件2 在2030年至2035年之间，预计充电点和prot池✁数量将大大增加。 当前轨迹场景，通过充电用例，重型和中型卡车，圆形 20302035 (半)私网枢纽公共过夜公共快速充电 收费点在 行动，2030年，1,000个单位 Prot池 200 （息税前利1润水平)，2030年，百万欧元 42012 350 900 300 1,800 500 150 30 典型✁充电技术AC40;DC50400+DC50150DC350至MCS级2 基础设施运营商 机队操作员、仓库业主、收费点运营商 充电网络运营商或燃料零售商 1包括硬件、软件、安装、能源转售和收费点运营商业务✁息税前利润池。 2兆瓦级充电系统。来源：麦肯锡未来移动中心；麦肯锡电动汽车充电基础设施服务线 麦肯锡公司 估算功率需求。大多数电动卡车车队将需要大量✁电力。通过理解其总功率需求及其一天中✁分布情况，车队运营商可以确定他们与电力电网连接✁规模。通过调整运营操作，如改变卡车✁启动时间、