今年10月，歷時(shí)3年編制完成的《上海市交通發(fā)展白皮書（2022版）》（下稱“交通白皮書”）發(fā)布，該文件是未來十年上海交通發(fā)展的指導(dǎo)性文件。據(jù)了解，到2025年，上海新能源汽車年產(chǎn)量預(yù)計(jì)超過120萬輛，新能源汽車產(chǎn)值突破3500億元，占上海市汽車制造業(yè)產(chǎn)值35%以上。

上海市目前純電動(dòng)汽車發(fā)展面臨三大瓶頸：正向市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)張受制于補(bǔ)能焦慮，電力高負(fù)荷出力供給缺乏有效生態(tài)循環(huán)，以及電池逆向“回收—再利用”難以實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保。這不僅阻礙了純電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展，也對(duì)上海市管理調(diào)控純電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)創(chuàng)新發(fā)展提出了挑戰(zhàn)。

新版交通白皮書明確，上海未來還將完善基礎(chǔ)設(shè)施配套，提高充換電設(shè)施規(guī)模、運(yùn)營(yíng)質(zhì)量和服務(wù)便利性。2025年建成充電樁76萬個(gè)，換電站300座，車樁比不高于2：1；適度超前布局加氫站，建成并投入使用各類加氫站超過70座，實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)應(yīng)用區(qū)域全覆蓋。

筆者的課題研究顯示，上海亟需加快換電站建設(shè)，構(gòu)建納入換電模式的純電動(dòng)汽車綠色補(bǔ)能體系。

為什么要推廣換電站

緩解正向市場(chǎng)規(guī)模擴(kuò)張中的補(bǔ)能焦慮。從市場(chǎng)端出發(fā)，“充電1小時(shí)，排隊(duì)4小時(shí)”的補(bǔ)能體驗(yàn)制約了純電動(dòng)汽車市場(chǎng)端的跨越式發(fā)展。具體而言，首先，單組電池購(gòu)買成本高且壽命短，導(dǎo)致單輛純電動(dòng)汽車生命周期內(nèi)需支付額外的電池更換費(fèi)用；其次，單次充電時(shí)間長(zhǎng)且高峰期等待時(shí)間久，觸發(fā)新能源汽車車主的車電里程焦慮；第三，充電過程安全性低，處于充電狀態(tài)或充滿電后靜置狀態(tài)的新能源汽車安全事故頻發(fā)。相對(duì)而言，換電模式在電池成本、補(bǔ)能時(shí)間、補(bǔ)能安全性等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)充電模式的不足，提升純電動(dòng)汽車較燃油車的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

釋放電網(wǎng)出力供給所承受的高負(fù)荷壓力。充電模式需要極高的電網(wǎng)負(fù)荷量，用電高峰時(shí)給電網(wǎng)造成巨大電力供給壓力，激化了電網(wǎng)升級(jí)改造需求。具體而言，首先，充電模式下的電力需求具有無序波動(dòng)性，大規(guī)模發(fā)展純電動(dòng)汽車導(dǎo)致年用電量增加，將消耗上海市年總發(fā)電量的十分之一以上，是電力系統(tǒng)可靠輸出的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。其次，充電模式下高電力出力，區(qū)域配電網(wǎng)被迫改造增容需投入巨額成本。相對(duì)而言，換電模式能夠?yàn)榧冸妱?dòng)汽車行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展提供一種集約高效的電力資源布局模式。既能通過高效換電補(bǔ)能，實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)汽車有序充電；還能利用退役動(dòng)力電池儲(chǔ)能換電，優(yōu)化電力出力結(jié)構(gòu)以平滑電網(wǎng)，延緩電網(wǎng)升級(jí)改造。

打通電池逆向“回收—再利用”的有機(jī)循環(huán)。近年，上海市新能源汽車保有量持續(xù)激增，導(dǎo)致其即將面臨動(dòng)力電池的退役浪潮，然而，充電模式為構(gòu)建動(dòng)力電池實(shí)現(xiàn)全過程處置體系增加了難度。具體而言，首先，充電模式下動(dòng)力電池的所有權(quán)歸屬車主，導(dǎo)致回收難度大且回收效率低；其次，廢舊動(dòng)力電池?zé)o法大規(guī)模統(tǒng)一回收，使得梯次再利用難成規(guī)模，并可能因化學(xué)反應(yīng)危害城市安全。相對(duì)而言，換電模式能夠通過“車電分離”實(shí)現(xiàn)退役動(dòng)力電池的集中回收管理，同時(shí)，通過構(gòu)建儲(chǔ)能系統(tǒng)與電網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，消納退役動(dòng)力電池并發(fā)揮其再利用價(jià)值。

純電動(dòng)汽車綠色補(bǔ)能生態(tài)如何建

我們建議，結(jié)合充換電模式的互補(bǔ)關(guān)系，考慮電池逆向回收再利用依托現(xiàn)有充電體系，科學(xué)構(gòu)建納入換電站的純電動(dòng)汽車綠色補(bǔ)能生態(tài)體系。

換電站需求規(guī)模應(yīng)進(jìn)行科學(xué)準(zhǔn)確的分類預(yù)測(cè)。隨著換電車型保有量持續(xù)攀升，換電站規(guī)模需求預(yù)測(cè)應(yīng)以純電動(dòng)汽車保有量預(yù)測(cè)為基礎(chǔ)科學(xué)展開，需同時(shí)考慮車輛類型和電池類型。一方面，現(xiàn)有換電車型主要包括商用車和乘用車，其所需換電倉(cāng)位的尺寸差異較大，這會(huì)影響換電站的設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)；另一方面，不同換電車型搭載的動(dòng)力電池屬性差異也將影響換電站的設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理。上述因素應(yīng)與現(xiàn)有充電網(wǎng)絡(luò)及其擴(kuò)張速度共同作用，決定換電站需求規(guī)模。

換電網(wǎng)絡(luò)布局應(yīng)考慮真實(shí)路網(wǎng)和應(yīng)用場(chǎng)景。隨著純電動(dòng)汽車換電需求潛力得到釋放，依托于真實(shí)路網(wǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)換電站的定容、選址及擴(kuò)散路徑進(jìn)行系統(tǒng)性分析至關(guān)重要。與此同時(shí)，應(yīng)考慮換電車輛的差異化應(yīng)用場(chǎng)景，建立定容選址擴(kuò)散模型，如公共交通、城市物流配送、港口運(yùn)輸、私人出行等，實(shí)現(xiàn)不同場(chǎng)景下的換電車型應(yīng)用及推廣。

充換電生態(tài)構(gòu)建應(yīng)統(tǒng)納在役電池和退役電池雙向循環(huán)調(diào)度。動(dòng)力電池作為充換電模式實(shí)施的關(guān)鍵統(tǒng)籌資源，其優(yōu)化調(diào)度問題是建立換電生態(tài)區(qū)的關(guān)鍵問題。特別地，純電動(dòng)汽車保有量逐漸提升所帶來的動(dòng)力電池退役浪潮下，考慮基于退役電池作為儲(chǔ)能系統(tǒng)，為在役電池補(bǔ)能的換電生態(tài)區(qū)尤為重要。一方面，應(yīng)考慮退役動(dòng)力電池作為換電生態(tài)區(qū)儲(chǔ)能系統(tǒng)與電網(wǎng)電力發(fā)力“互通互聯(lián)”的優(yōu)化配比問題。既能有效發(fā)揮廢舊動(dòng)力電池再利用價(jià)值，又能有效平滑用電峰，確保電網(wǎng)供電穩(wěn)定性和可靠性。另一方面，應(yīng)構(gòu)建橋接“在役電池”和“退役電池”的生態(tài)區(qū)電池雙調(diào)度優(yōu)化體系，實(shí)現(xiàn)退役動(dòng)力電池“回收—再利用”的雙向循環(huán)。既能以換電站為載體對(duì)廢舊動(dòng)力電池進(jìn)行集中回收、統(tǒng)一管理，又能最大化發(fā)揮退役動(dòng)力電池的儲(chǔ)能作用。

如何助力新能源汽車跨越式發(fā)展

鼓勵(lì)包括充電、換電在內(nèi)的純電動(dòng)汽車能源補(bǔ)給模式共同發(fā)展，應(yīng)著力產(chǎn)業(yè)、交通體系、城市建設(shè)等多維度，最大化發(fā)揮以換電站為核心的綠色補(bǔ)能生態(tài)對(duì)新能源汽車跨越式發(fā)展的助力作用：

促進(jìn)新能源汽車關(guān)鍵核心技術(shù)突破，引領(lǐng)新能源汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)變革。隨著政府補(bǔ)貼退坡及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，納入換電站能夠緩解用戶對(duì)純電動(dòng)汽車的里程焦慮，進(jìn)而有效引導(dǎo)新能源汽車相關(guān)企業(yè)和研發(fā)機(jī)構(gòu)，將核心技術(shù)突破重點(diǎn)從電池能量密度提升轉(zhuǎn)向電機(jī)驅(qū)動(dòng)和電控領(lǐng)域的匹配，以降低汽車整體能耗，從本質(zhì)上提升純電動(dòng)汽車的質(zhì)量和性能，助推新能源汽車產(chǎn)業(yè)進(jìn)入新發(fā)展格局。

實(shí)現(xiàn)公共及重卡車輛純電驅(qū)動(dòng)，加速建設(shè)城市綠色交通能源體系。應(yīng)著力以換電站為依托，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)公共及重卡車輛的純電驅(qū)動(dòng)。上海作為國(guó)際航運(yùn)中心和超大型樞紐城市，海關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2021年日均有1.8萬輛集裝箱卡車出入港區(qū)。一方面，納入換電站將推進(jìn)純電動(dòng)公共及重卡車輛替換傳統(tǒng)燃油，每1000輛新能源重卡每年可減少14萬噸二氧化碳排放和1.25萬噸污染物排放，能耗費(fèi)用降低約10%。另一方面，納入換電站能夠大幅將動(dòng)力蓄電池使用效率，將純電動(dòng)汽車減排滯后期從5年降低至2年，進(jìn)而加速汽車產(chǎn)業(yè)碳中和進(jìn)程。

實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)汽車的數(shù)據(jù)共享、監(jiān)控與管理，推動(dòng)城市數(shù)字化建設(shè)進(jìn)程。以換電站為依托，一方面應(yīng)促進(jìn)實(shí)現(xiàn)用戶和換電平臺(tái)的數(shù)據(jù)共享，激發(fā)數(shù)字經(jīng)濟(jì)化創(chuàng)新活力、提升生活數(shù)字化服務(wù)能力、提高治理數(shù)字化管理效能；另一方面應(yīng)通過利用V2X（vehicle-to-everything）等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通互聯(lián)，通過共享換電平臺(tái)乃至換電裝置，實(shí)時(shí)檢測(cè)動(dòng)力電池?cái)?shù)據(jù)，協(xié)調(diào)統(tǒng)籌管理社會(huì)換電車輛，使得電池管理與流通便利化，加速推動(dòng)城市數(shù)字化轉(zhuǎn)型。

[作者張李浩系上海海事大學(xué)物流科學(xué)與工程研究院副教授，張默系上海海事大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院副教授。本文系上海市科委“科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃”軟科學(xué)重點(diǎn)項(xiàng)目（22692110700）階段性研究成果]

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澎湃新聞“申論”專欄延續(xù)《東方早報(bào)·上海經(jīng)濟(jì)評(píng)論》同名專欄風(fēng)格，聚焦上海命題，在細(xì)節(jié)中觀察戰(zhàn)略，在現(xiàn)實(shí)中建設(shè)理想之城。