【专题报告】新能源汽车充电桩对铜下游需求的拉动情况

1.背景 

近几年,特高压、5G、新能源车已成为资本市场公认的三大未来发展方向,虽然我国新能源汽车行业发展迅速,2018年新能源汽车产销分别完成127万辆和125.6万辆,比上年同期分别增长59.9%和61.7%。但截止到2019年6月我国新能源汽车保有量约344万辆,与2.5亿辆传统燃油车对比,新能源汽车保有量渗透率仍不到1.4%,未来还有较大发展空间。

2020年1月新冠疫情在我国爆发,春节后2月份各地企业纷纷推迟复工,至本月,疫情才明显受到控制,但由于疫情在海外爆发,我国仍面临较大输入型疫情压力,此次受疫情影响最严重的湖北地区年度汽车产量在全国总产量中占比达到8%-9%,这无疑将对我国新能源汽车市场造成一定影响。在此背景下,政府出台一系列经济托底政策,包括近一段时间各省政府提出的各类投资计划,其中明确提出要大力发展“新基建”,当中的一大重点就是与新能源汽车配套的充电桩。

新能源汽车使用的充电桩一般分为公用充电桩和私人充电桩,公用充电桩一般又分为交流式充电桩(慢充)和直流式充电桩(快充)以及交直流一体式充电桩,私人充电桩分为交流式充电桩和直流式充电桩,但通常为交流式。而充电桩的主要配件电线电缆又主要依靠铜这种材料,随着新能源汽车的发展,修建充电桩将对铜产业下游需求端造成影响。在此背景下,本文将从充电桩本身的建造计划以及与新能源汽车产量的匹配验证,两个思路探讨一下充电桩在未来可能对铜产业下游需求端的影响。

2.逻辑

根据充电联盟以往数据,本文将从公共直流式充电桩、公共交流式充电桩以及私人交流式三个部分,粗略预估充电桩建设对铜需求拉动,并用新能源汽车销量来估计充电桩增长数量,对铜的需求量计算结果进行验证,计算和验证方法如下:

由于根据不同的充电桩种类及品牌,耗铜量会有比较大的区别,且由于缺乏数据,无法根据各种不同种类及品牌基站分配权重,所以本文暂时按照交流式和直流式分类去推算充电桩总耗铜量。然后我们通过未来三年新能源汽车预计销量从充电桩需求的另一个角度进行验证。

3.充电桩

3.1 充电桩简介

充电桩的功能类似于加油站里面的加油机,可以固定在地面或墙壁,安装于公共建筑(公共楼宇、商场、公共停车场等)和居民小区停车场或充电站内,可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。充电桩的输入端与交流电网直接连接,输出端都装有充电插头用于为电动汽车充电。充电桩一般提供常规充电和快速充电两种充电方式,人们可以使用特定的充电卡在充电桩提供的人机交互操作界面上刷卡使用,进行相应的充电方式、充电时间、费用数据打印等操作,充电桩显示屏能显示充电量、费用、充电时间等数据。

充电桩能实现计时、计电度、计金额充电,可以作为市民购电终端。同时为提高公共充电桩的效率和实用性,今后将陆续增加一桩多充和为电动自行车充电的功能。

3.2 交流式充电桩

交流充电桩又称为交流供电装置,固定安装在电动汽车外,与交流电网连接,为电动汽车车载充电机(即固定安装在电动汽车上的充电机)提供交流电源的供电装置。交流充电桩只提供电力输出,没有充电功能,需连接车载充电机为电动汽车充电。

直流自带变压整流,输出的就是电池可以直接用的高压直流电,因为大多是多个并联,所以可以输出大电流;交流充电桩,本质就是一个带控制的插座,输出的是交流电,需要车载充电机自己进行变压整流,受限于车载充电机功率,一般功率小,3.3和7kw的居多。

交流充电桩电气系统设计,主回路由输入保护断路器、交流智能电能表、交流控制接触器和充电接口连接器组成;二次回路由控制继电器、急停按钮、运行状态指示灯、充电桩智能控制器和人机交互设备(显示、输入与刷卡)组成。

交流充电桩设计要求的功能规范有以下六点:

1.可以提供AC220V/7kw供电能力

2.具备漏电、短路、过压、欠压、过流等保护功能,确保充电桩安全可靠运行

3.具备显示、操作等必需的人机接口

4.交流充电计量

5.设置刷卡接口,支持RFID卡、IC卡等常见的刷卡方式,并可配置打印机,提供票据打印功能

6.具备充电接口的连接状态判断、控制导引等完善的安全保护控制逻辑(交流充电桩的电源要求为,输入电压:单相AC220V±10%,输出频率50Hz±2%,输出为AC220V/7kw)。

3.3 直流式充电桩

直流智能充电机包括一体式直流智能充电机和分体式直流智能充电机,普遍应用于大中小型充电站及公共交通、社会停车场等场所。直流智能充电机由主监控、计费控制单元、充电机模块、交直流采集模块、多功能电能表、读卡器、人机交互界面、标准充电接口等组成。

 4.充电桩接口及电线电缆

4.1 充电桩接口简介

一. 交流式充电桩接口

交流充电桩(包括国标和非国标)的主要功能就是将单相电或者三相电引出来,充电桩只起到电流中转站的作用,后续的整流+DC/DC变换都是由车载充电机完成。

国标交流充电桩就是在上图所示的原始交流充电桩基础上,添加了一些商业化模块(比如人机交互界面、计费模块、报警模块等)和控制引导电路。控制引导电路是交流充电桩接口技术的核心内容,并且为了单相电和三相电都能兼容,国标交流充电桩接口最终采用的7端子结构,其端子分布方式如下图所示:

二. 直流式充电桩接口

通过上面的图片我们可以清楚的看出直流充电桩输出由9根线共同组成,它们分别是:地线PE、直流电源线DC+和DE-、通信线路S+和S-、低压辅助线路A+和A-、充电连接确认线路CC1和CC2,直流充电桩就是通过这9根线来完成对电动汽车的充电的。

4.2 充电桩电缆

电动汽车充电电缆用于连接电动汽车充电装置与充电基础设施,从而对电动汽车进行电力传输,并配备一定数量的信号线、控制线、电源辅助线等来确保整个充电过程控制准确、操作安全无误。充电电缆一般使用于充电站、停车场、酒店、小区、车库等区域,便携式充电电缆可放置在车内。

而通过电缆的结构我们可发现,其内部导体主要所需材料则为铜,再加上充电桩其他部位,相关计算得出一台直流式充电桩总耗铜约70kg,一台交流式充电桩总耗铜为4kg。

5.充电桩需求预测及铜需求量计算

我们可通过未来三年对充电桩需求增长的预计,来计算对应铜的需求量,又因的影响,我们取悲观的情况进行铜的总需求量预测:

 5.1 中性情况

根据趋势线可预测未来三年各类充电桩需求量以及对应铜的需求量,取一台公用交流式充电桩耗铜4kg,一台公用直流式充电桩耗铜70kg,并因交直流式一体充电桩和家用直流充电桩整体数量变化较小而忽略不计, 计算结果如下:

根据趋势线预测可得到在中性情况下,2020年总计耗铜约1.45万吨,2021年约1.83万吨,2022年约2.40万吨。

5.2 受疫情影响的悲观情况

根据5.1所得结果,我们预测受影响在悲观情况下需求量比中性情况减少20%,则可得到下表数据:

根据趋势线预测可得到在悲观情况下,2020年总计耗铜约1.16万吨,2021年约1.46万吨,2022年约1.92万吨。

6.新能源汽车

6.1 新能源汽车简介

新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置),综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术,形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。

根据动力分类,新能源汽车包括纯电动汽车、增程式电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车、氢发动机汽车、其他新能源汽车等。

1、纯电动汽车

纯电动汽车是一种采用单一蓄电池作为储能动力源的汽车,它利用蓄电池作为储能动力源,通过电池向电动机提供电能,驱动电动机运转,从而推动汽车行驶。

2、混合动力汽车

混合动力汽车是指驱动系统由两个或多个能同时运转的单个驱动系联合组成的车辆,车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系单独或多个驱动系共同提供。因各个组成部件、布置方式和控制策略的不同,混合动力汽车有多种形式。

3、燃料电池电动汽车

燃料电池电动汽车是利用氢气和空气中的氧在催化剂的作用下.在燃料电池中经电化学反应产生的电能作为主要动力源驱动的汽车。燃料电池电动汽车实质上是纯电动汽车的一种,主要区别在于动力电池的工作原理不同。一般来说,燃料电池是通过电化学反应将化学能转化为电能,电化学反应所需的还原剂一般采用氢气,氧化剂则采用氧气,因此最早开发的燃料电池电动汽车多是直接采用氢燃料,氢气的储存可采用液化氢、压缩氢气或金属氢化物储氢等形式。

4、氢发动机汽车

氢发动机汽车是以氢发动机为动力源的汽车。一般发动机使用的燃料是柴油或汽油,氢发动机使用的燃料是气体氢。氢发动机汽车是一种真正实现零排放的交通工具,排放出的是纯净水,其具有无污染、零排放、储量丰富等优势。

5、其他新能源汽车

其他新能源汽车包括使用超级电容器、飞轮等高效储能器的汽车。在我国,新能源汽车主要是指纯电动汽车、增程式电动汽车、插电式混合动力汽车和燃料电池电动汽车,常规混合动力汽车被划分为节能汽车。

6.2 我国新能源汽车行业市场现状

根据中国汽车工业协会数据,2018年全年新能源汽车总销量为125.6万辆,2019年为120.6万辆,同比降低4.0%。从图中可看出我国新能源汽车市场主力军为纯电动汽车,除2018年末新能源汽车产销量整体升高,尤其是纯电动汽车激增以外,市场整体较为低迷。2019年3月26日,财政部、工信部、科技部和发改委等四部委联合发布《关于进一步完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》,降低新能源汽车补贴并于2020年完全取消补贴政策。

根据中汽协最新产销数据,由于疫情的出现以及春节客流量下降,新能源汽车产销出现严重下滑仅为4.0万辆和4.4万辆,同比分别下滑55.4%和54.4%。2月份企业纷纷延迟复工,显然短期内新能源市场仍将处于低迷态势。但同时新能源车相关政策出现调整,继1月工信部提出不大幅降补后,近日又发布降低新能源汽车行业准入标准的征求意见稿。这些政策无疑又给新能源汽车未来的发展带来一丝乐观。

我们可通过对新能源汽车销量的预测来验证充电桩对铜的需求量,与之前的计算相对应,分别在中性以及悲观情况下进行预测验证。根据赛迪顾问统计数据,我们中性预计取未来三年新能源汽车销量增长率为49%,则2020年约为180万辆,2021年约为268万辆,2022年约为399万辆。

目前我国新能源车与充电桩的比例为3.5∶1,而2015年印发的《电动汽车充电基础设施发展指南(2015-2020年)》提出2020年目标比例为1:1。

而根据充电联盟以往数据,交流式充电桩与直流式充电桩比例如下:

 7.从新能源车产量验证充电桩数量及耗铜量 

7.1中性情况

2020年新能源汽车销量为180万辆,2021年为268万辆,2022年为399万辆,车与充电桩比例为3:1,交直流式充电桩数量比为4.5:1,则中性情况下预期如下:

根据预测验证可得到在中性情况下,2020年总计耗铜约0.97万吨,2021年约1.41万吨,2022年约2.12万吨。

7.2 悲观情况

根据7.1所得结果,我们预测因疫情影响在悲观情况下需求量比中性情况减少20%,则可得到下表数据:

根据预测验证可得到在悲观情况下,2020年总计耗铜约0.79万吨,2021年约1.14万吨,2022年约1.76万吨。

由于验证计算方法是从我国未来三年预计新能源汽车新增量计算,所以得出充电桩对铜的需求可能会有些误差,但并不会改变整体的数量级。

 8.总结

我们将综上所述汇总可得:

本文分别从中性和受疫情影响的悲观两种情况出发,预测并验证了未来三年内我国新能源汽车充电桩对铜的需求量。结合相关资料和调研,给投资者提供的建议更倾向于参考悲观情况下的预测结果,即2019-2022年,我国新能源汽车对铜需求量预计分别为0.8~1.2万吨、1.1~1.5万吨以及1.7~2.0万吨,对比中国每年一千多万吨铜的总需求量来看需求量较小,几乎可以忽略不计。

由于目前市面对于充电桩耗铜的参考资料较少,对疫情影响的估计也可能会产生出入,且计算均为估计值,我们的计算难免会有疏漏之处,如有问题,欢迎随时与我们联系。

PS:2020年以来,为应对新冠疫情对中国经济造成的影响,在3月17日至3月23日7天时间内,发改委谈及4次“新基建”,主要投向七大板块,包括5G基站建设、特高压、城际铁路、新能源车充电桩、大数据、AI智能和工业互联网,从各地政府目前最新公布的重点建设项目来看,今后几年的总投资规模可能达到25万亿之巨,这无法不让人联想到08年经济危机时启用的“四万亿”,这也是近期许多人非常关心的热点问题。

目前为止,至少在铜上,我们认为近期大热的“5G基站以及充电桩”概念可能并不会对铜的需求产生较大拉动,举一个简单的例子,假设造一座桥的价值是1000万,如果同样也花1000万造5G基站,在有色等基础原材料的使用上反而可能是前者更多一些,5G的价值可能更多的体现在其研发投入以及建成后的服务功能中所带来的的产品溢价上。

参考文献

http://db.cnmn.com.cn/NewsShow.aspx?id=409460电动汽车充电桩旺盛需求拉动铜消费

http://www.auto-stats.org.cn/jsjg.asp?BigClassID=0&keyword=%D0%C2%C4%DC%D4%B4中国汽车工业协会统计信息网

http://www.sohu.com/a/57006699_180520各种混合动力、纯电动汽车以及燃料电池汽车间的主要区别

http://m.evpartner.com/news/detail-37299.html?from=groupmessage&isappinstalled=0一种直流充电桩结构及功能介绍

https://baike.baidu.com/item/%E5%85%85%E7%94%B5%E6%A1%A9充电桩

https://baike.baidu.com/item/%E6%96%B0%E8%83%BD%E6%BA%90%E6%B1%BD%E8%BD%A6/2149544新能源汽车

https://jcdianlan.bmlink.com/news/1206934.html电动汽车充电电缆-直流(交流)充电桩电缆

http://www.sohu.com/a/276514056_377286关于交流充电桩接口和直流充电桩接口的简单剖析

https://www.shevdc.org/laws1/1872.jhtml【车辆养护】新能源汽车的快充与慢充

https://bg.qianzhan.com/report/detail/300/191231-b52cff00.html2019年中国新能源汽车行业市场现状及发展前景分析 预计2020年车市将开始回暖

http://www.evcipa.org.cn/中国电动汽车充电基础设施促进联盟

https://new.qq.com/rain/a/20191218A0Q8RT00 2021年我国新能源汽车销量将达到420万辆

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