華為-充電網(wǎng)絡行業(yè)：2024充電網(wǎng)絡產(chǎn)業(yè)十大趨勢白皮書

華為技術有限公司深圳龍崗區(qū)坂田華為基地電話：+8675528780808郵編：518129W商標聲明HUAWEI,HUAWEI，是華為技術有限公司商標或者注冊商標的產(chǎn)品中，出現(xiàn)的其它商標，產(chǎn)品名稱，服務名稱以及公司名稱在本手冊中以及本手冊描述由其各自的所有人擁有。免責聲明本文檔可能含有預測信息，包括但不限于有關未來的財務、運營、產(chǎn)品系列、新技術等信息。由于實踐中存在很多不確定因素，可能導致實際結果與預測信息有很大的差別。因此，本文檔信息僅供參考，不構成任何要約或承諾，華為不對您在本文檔基礎上做出的任何行為承擔責任。華為可能不經(jīng)通知修改上述信息，恕不另行通知。非經(jīng)華為技術有限公司書面同意，任何單位和個人不得擅自摘抄、復制本手冊內容的部分或全部，并不得以任何形式傳播。充電網(wǎng)絡產(chǎn)業(yè)2024年度2024年度HUAWEI0205060708020506070809CONTENES充電網(wǎng)絡是汽車電動化底座，未來10年充電量增長8倍10年增長10倍10年增長9倍10年增長10倍10年增長9倍汽車電動化已成不可逆趨勢汽車電動化已成不可逆趨勢未來10年充電量增長8倍新能源汽車發(fā)展超預期，截至2023年底，中國新能源乘用車保有量1800多萬輛，預測到2034年新能源乘用中國新能源商用車截至2023年底保有量244萬輛，預計到2034年，保有量將達到2200多萬輛，10年增長92023年全球充電量3000億度，預測到2033年全球充電量將增長8倍，達到2.4萬億度，相當于全球社會用電量的10%。充電網(wǎng)絡本質上是汽車電動化的底座，是未來新型城市的基礎設施，但充電焦慮仍然是用戶選擇電動汽車的第一痛點，是影響汽車電動化發(fā)展的關鍵要素。建好一張充電網(wǎng)絡，可加速提高電動從而繁榮本地產(chǎn)業(yè)和生態(tài)。充電網(wǎng)絡本質是地盤和流量生意，投資要支持未來平滑演進，隨著電動汽車數(shù)量持乘用車：未來10年，從1800萬輛到1.8億輛9660629620232025E2027E2029E2031E2033E2034E商用車：未來10年，從244萬增至2234萬輛2234223424420232025E2027E2029E2031E2033E2034E全球充電量：10年增長8倍，0.3萬億→2.4萬億全球充電量：10年增長8倍，0.3萬億→2.4萬億2.4萬億0.3萬億202320252027202920312033充電網(wǎng)絡十大趨勢 統(tǒng)一規(guī)劃統(tǒng)一標準統(tǒng)一監(jiān)管《國務院辦公廳關 統(tǒng)一規(guī)劃統(tǒng)一標準統(tǒng)一監(jiān)管《國務院辦公廳關《關于進一步提升《組織開展公共領先行區(qū)試點》電動汽車數(shù)量爆發(fā)式增長，現(xiàn)存充電基礎設施的問題逐漸凸顯。從宏觀層面：第一，覆蓋不全。當前高速公路還有10%的服務區(qū)未覆蓋，鄉(xiāng)村充電基礎設施覆蓋率小于5%。第二，結構不合理。99%的充電設施還是快充和慢充，64%的公共直流充電樁仍是750V及以下的低壓樁，無法支撐下一階段800V及以上高壓超快充的發(fā)展。從微觀層面：第一，運維成本高昂。啞設備占比超過30%，數(shù)字化程度低，增加了運維管理的難度和成本。第二，傳統(tǒng)風冷設備質量差。設備壽命只有3-5年，運營商還未收回投資，就面臨更換。第三，服務質量近兩年中國政府針對充電基礎設施建設連續(xù)密集發(fā)文16次，其中12次強調“高質量發(fā)展”，高質量已成為全行業(yè)共識。在廣州、深圳、重慶等領先城市，政府主導打造“充電一張網(wǎng)”，目標也是高質量發(fā)展。踐行充電高質量發(fā)展，需要堅持四大路徑：第一，要有頂層統(tǒng)一規(guī)劃和設計。第二，在技術層面，持續(xù)完善充電基礎設施標準體系，提高準入門檻。第三，政府要建立統(tǒng)一的監(jiān)管平臺和充電基礎設施的評價體系，牽引行業(yè)高品質發(fā)展。最后，要有統(tǒng)一的營維平臺，全面提升服務質量新能源汽車快速增長，存量充電基礎設施矛盾凸顯<60%30%3-5年全面超充化是未來必然的發(fā)展趨勢。首先從技術角度來看，第三代半導體如以SiC、GaN為代表的功率半導體是其耐高壓能力，推動電動汽車架構向高壓化演進。而高壓化可以實現(xiàn)小電流大功率充電，進一步推動超充的發(fā)展。作為電動汽車的另一類核心部件，動力電池也迎來了升級換代。在動力電池系統(tǒng)中對充電功率影響最大的便是電芯，4C大倍率的電芯從2023開始已經(jīng)實現(xiàn)了規(guī)模量產(chǎn)，且價格在不斷降低，趨近于普通電芯，使車企更有動力加快超充車型的開發(fā)步伐。兩個因素作用下，超充化將是一個不可阻擋的趨勢。2021年，支持超充的車型只有8款，到23年底的廣州車展上，各大公布的超快充車型已達113款。從結構性上來看，超充車型正由高端向中低端快速滲透，超充車型數(shù)量將快速提升。超充化對于商用車的價值更加巨大，在時間就是金錢的商用車使用場景里，超充節(jié)省的補能時間意味著更低的運營成本和更高的營業(yè)收入。全面高壓化，全面超充化，已成趨勢，預計2028年，超充車型保有量將超過60%。SiC&GaN20238C6C5C 3-5%5~6C3~4C202420254C超充車型從8款快速增加到113款，趨勢不可阻擋超充車型從8款快速增加到113款，趨勢不可阻擋@20222028年占比超60%奧迪RSe-tron小鵬G9~60%@2028@2023@2021電動汽車加速普及，私家車主已超過運營車主成為主力，其占比達87%。充電需求從運營車主的成本優(yōu)先，走向私家車主的體驗優(yōu)先。當前存量充電基礎設施仍然存在充不上、充不好、充不安心等問題。多數(shù)充電設施一次充電成功率仍小于85%；風冷充電樁的高噪聲非常影響車主的充電體驗；仍有50%以上熱失控事故發(fā)生在充電期間或充電后數(shù)小時內，加劇了用戶選擇電動汽車的顧慮。因此，很多車企諸如“蔚小理”等，均被迫下場自建充電網(wǎng)絡，以打造用戶更佳充電體驗。據(jù)統(tǒng)計，車企自建充電場站數(shù)量不到社會公共充電站的5%，力，共同進行技術升級。極致的充電體驗應有三大特征：第一，充電無憂。提供一鍵式服務，充電場站狀態(tài)可201950%+熱失控<85%2023>90dB~80%~87%EMC<5%隨著新能源汽車滲透率不斷提高，如何提升充電基礎設施的安全可信能力成為行業(yè)迫切關注的問題。安全可信分為兩個層面：第一層面，是對人、車、樁的強電安全防護。當前市面上新能源汽車種類繁多，動力電池質量參差不齊，使得充電隱患加劇，存量新能源汽車超過90%無有效的安全預警措施，在2023年就發(fā)生了3000多次的自燃事故。因此，人車樁一體，端到端的強電安全防護非常重要，通過毫秒級的絕緣和漏電保護實現(xiàn)人身安全保護；通過多維采樣高精檢測，實現(xiàn)車輛100%安全體檢；再通過短路保護快速切斷，不傷車。另一層面，是對信息數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡安全防護。新能源車、充電樁、充電運營商等業(yè)務持續(xù)增長，帶來了數(shù)據(jù)量指數(shù)級爆發(fā)，數(shù)據(jù)量每年翻番，網(wǎng)絡安全挑戰(zhàn)日益嚴峻。因此從檢測、保護、分域隔離、響應，和恢復等五個方面，與未來安全可信將從強電安全和網(wǎng)絡安全兩個維度，打造“四不”：隱私不泄露、車主不觸電、車輛不起火，和 90%90%3000+3000+@2023樁樁859.6萬3000+車2041萬 人車車樁EMC/紋波ms級人身安全保護100%安全體檢V2G、VPPV2G、VPPV2G等多向功率變換在新能源和電動汽車大發(fā)展的背景下，10年后，在源(新能源發(fā)電、儲)側，新能源占比將接近40%。在荷(新能源汽車、儲等)側，電動汽車充電量需求將接近全社會用電10%，源和荷呈多樣性、隨機性、時空異質性，這將加劇電網(wǎng)供需平衡難度，并給配電網(wǎng)帶來挑戰(zhàn),車網(wǎng)融合、規(guī)?；映蔀楸厝悔厔?。以歐洲為例，將超過4TWh電網(wǎng)調度需求。以充電網(wǎng)為橋梁和管道，通過Bit管理Watt，構建安全、高效、智能、經(jīng)濟的車網(wǎng)互動底座，將成為未來發(fā)展趨勢。技術上：負荷時空建模和預測、功率高精度調節(jié)、毫秒級低時延響應、V2G雙向功率變換、隱私和網(wǎng)絡安全技術等將加速孵化成熟。產(chǎn)業(yè)生態(tài)上：車網(wǎng)互動并非一蹴而就，需要考慮商業(yè)模式、各類聚合平臺和標準建設、技術準備度等。因此，車網(wǎng)互動將分場景、分階段實現(xiàn)：從單向有序，到單向響應，最終實現(xiàn)雙向互“雙隨機”加劇電網(wǎng)供需不確定性，車網(wǎng)融合成為必然以充電網(wǎng)為橋梁，Bit管理Watt，構筑車網(wǎng)互動底座29.1%@2023->40%@2030調頻需求：4TWh@EU較2020年增長8倍aFRRFCRFFR0.3%@2023->10%@2033當前，充電網(wǎng)絡建設對電網(wǎng)的沖擊在不斷的被提及，本質原因是傳統(tǒng)一體樁設備架構不能共享場站的市電容量，導致整站的市電容量需求過高，而同時其平均市電利用率不到10%。充電過程存在四個不確定：充電MAP不確定，初始充電功率大，逐步降低；SOC不確定，剩余電池電量不一致；車型不確定，如運營車、私家車、物流車等；閑忙不確定，車輛充電時間隨機，節(jié)假日扎堆充電。由于一體樁的架構原因，存在車輛充電功率和電壓需求滿足率低，同等時間充電量少；場站建設對市電容量需求大，引電投資成本高；不支持向超充充電設備將由一體樁向功率池化演進。功率池化具有功率共享、超快一體，和市電增容等特性，可根據(jù)不同電動汽車的充電電流、電壓需求，按需分配，可支持疊光疊儲達到市電增容的目的。在同等電力容量情況下，功率池化帶來四大價值：體驗好，車輛滿足率高達99%；充電多，可有效提高市電利用率，加速翻臺，充電多30%；建站省，可節(jié)省40%市電改造及20%電纜成本；能演進，支持快充向超充，甚至光儲充一體化演進。<10%市電利用率MAP不確定SOC不確定 不挑車，99%滿足率市電省40%線纜省20%~99%8-10小時4-8小時2-3小時園區(qū)停充一體，是車網(wǎng)互動核心場景交流樁~99%8-10小時4-8小時2-3小時園區(qū)停充一體，是車網(wǎng)互動核心場景交流樁以80-100kVA為主不支持V2GV2G演進無OBC限制10kW-40kWV2G、VPP市電利用率50%+充電場景在不斷地延伸，工況日益復雜多樣，如熱帶、海邊、礦區(qū)等，帶來高溫、高濕、高鹽、多塵的惡劣工作環(huán)境，對充電設施的運行和維護帶來極大挑戰(zhàn)。傳充電模塊中的電路板和功率器件與外界環(huán)境直接接觸，濕塵和高溫導致模塊年失效率高達3~8%，甚至更高。充電設備使用壽命大幅降低，生命周期僅3~5年。機柜風扇和模塊風扇屬于機械部件易損壞，還需要經(jīng)常清潔因此，充電設備的散熱技術將由風冷或半液冷向全液冷轉變，全液冷架構是指終端、模塊、主機等都采用散熱。全液冷設備可達到IP55及以上的高防護等級，可徹底隔絕與外界腐蝕性物質的接觸與交換，延長設備使用壽命。同時，在大電流充電時，充電槍插接端口產(chǎn)生的高熱會被液冷線纜帶走并迅速降溫，功率器件所產(chǎn)生的熱量也能被液冷水道及時交換，系統(tǒng)還能根據(jù)散熱需求智能調控流速，達到精準降溫。全液冷架構帶來以下三大價值：高質量，模塊年失效率低于千分之五；長壽命，10年及以上生命周期；廣覆蓋，不挑部署場園區(qū)停充一體是車網(wǎng)互動核心場景。工作園區(qū)、商超、居住區(qū)等園區(qū)場景具備“停充一體”特征，掛網(wǎng)時間長，是實現(xiàn)車網(wǎng)互動的基礎。目前，園區(qū)場景下普遍存在剩余電力零碎的問題，剩余容量以80-100kVA為2024年1月，國家發(fā)展改革委、國家能源局等多部門聯(lián)合印發(fā)《關于加強新能源汽車與電網(wǎng)融合互動的實施意見》，通過車網(wǎng)互動來充分發(fā)揮新能源汽車在電化學儲能體系中的重要作用，鞏固和擴大新能源汽車發(fā)展優(yōu)因此，隨著車網(wǎng)互動要求的加速推進，針對園區(qū)場景的慢充直流化趨勢也將隨之加速。小功率直流方案相統(tǒng)交流樁，能更好地實現(xiàn)車網(wǎng)互動與數(shù)字化體驗，帶來三大價值：充電更快，不受OBC限制，充電速度提升3-5倍；長期演進，支持即插即充、積分結算，V2G等功能；海量部署，在相同電力條件下，可達到3倍的覆蓋率，提升50%市電利用。充電場景多樣，環(huán)境嚴酷風冷/半液冷3-5年未來，大量的企業(yè)園區(qū)和工業(yè)園區(qū)將快速走向微電網(wǎng)架構。園區(qū)場景具備以下四大特點：園區(qū)的用電模型相對確定，不管是用電高峰還是用電低谷；園區(qū)的屋頂資源豐富，非常適合部署光伏設施。以中國為例，園區(qū)屋頂面積占地面面積的26%；電價成本高，以工業(yè)峰值電價為例，成本達到1.17元/度電，而使用自發(fā)綠電成本不到0.4元/度電；限電頻繁，例如在深圳，用電緊張時期，25%負荷缺口的園區(qū)也要“開一停六”參與錯峰用電。為實現(xiàn)經(jīng)濟收益的最大化，園區(qū)應迅速轉向光儲充車云一體化架構。通過云端的統(tǒng)一協(xié)調管理，可以實現(xiàn)電網(wǎng)、光伏、儲能、車輛及生活負荷的高效園區(qū)微電網(wǎng)將帶來三重收益：電網(wǎng)友好，通過負荷的互補協(xié)同調度，大幅減少對電網(wǎng)的沖擊；高收益，可實現(xiàn)光伏發(fā)電本地消納，通過自發(fā)自用，可結合儲能峰谷電價差套利，實現(xiàn)生命周期內的商業(yè)回報最大化；高可靠，在電網(wǎng)電力不足時，通過釋放電動汽車內部的儲能電量參與調度，滿足應急用電需求，實現(xiàn)園區(qū)用電的高園區(qū)場景4大特征云云~26%深圳25%園區(qū)V2G當前存量充電網(wǎng)絡，仍然廣泛存在數(shù)字化孤島效應，網(wǎng)絡層、場站層、設備層、車輛層都存在數(shù)字化程度不充分，協(xié)同程度不夠的問題。面向未來，實現(xiàn)全面智能化，需要實現(xiàn)“云站樁車”四層深度協(xié)同，帶來三重價值。第一，更好地使能車樁協(xié)同。通過車機系統(tǒng)實現(xiàn)車輛與充電樁的實時通信，根據(jù)車輛的電量、位置、目的地等信息，為車主提供最優(yōu)的充電方案和導航路線。通過采用無線充電、自動插槍、自動駕駛等技術，簡化充電操作步驟，實現(xiàn)充電過程自動化。采用區(qū)塊鏈、人臉識別等技術，實現(xiàn)充電無感支付，提高充電支付安全性和便捷性。第二，更好地支撐電網(wǎng)協(xié)同，通過毫秒級需求響應，高精度智能調度，打造電網(wǎng)友好型充電網(wǎng)。能根據(jù)電力網(wǎng)的負荷、電價等信息，動態(tài)調整充電場站的運行策略，實現(xiàn)充電需求與電力供給的平衡和優(yōu)化。第三，充電網(wǎng)的全數(shù)字化運維，通過云端管理、故障遠程診斷、故障自恢復等技術，及時發(fā)現(xiàn)、定位和處理充電網(wǎng)的故障和異常，減少人工巡檢和維修，提高充電網(wǎng)在線率和服務質量，助力運營商更低成本運營、更廣范圍數(shù)字化“孤島”4G/5GVPN/專線AVP自動充電