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全球電動車展望

陳霈、古慧雯/ 發布日期:2021/04/12/ 瀏覽次數:188

國際能源署(International Energy Agency, IEA)於2020年發佈「2020年全球電動車展望」報告,指出2020年新冠疫情造成汽車產業莫大衝擊,但電動車市場在各國政府積極以各種策略促進交通運輸部門轉型下逆勢成長,2020年電動汽車在全球汽車銷量占比有望從2019年的2.6%成長至3%。預估至2030年,電動汽車將占全球年度電力需求的4%(目前為0.3%),因此未來車載電池相關技術與電力系統整合將是電動車之主要發展方向。

以下將彙整電動車後疫時代的市場發展趨勢、各國政策及目標,以及未來技術趨勢。

一、2020年電動車市場趨勢:新冠疫情席捲全球

2020年新冠肺炎在全球經濟活動投下震撼彈,世界衛生組織在3月12日已將疫情定調為全球大流行(pandemic),而疫情走向在未來來仍有諸多變數。2020年1至4月在新冠疫情影響下全球汽車銷售量出現了前所未有的跌幅,與2019年同期相比約下降了1/3,銷量減少了約900萬輛。2020年4月疫情爆發後歐美車市衰退來到高峰,在美國比去年同期減少了近半數的銷售量,在德國降幅為60%;在法國更暴跌了近90%,在英國和義大利四月份的銷售則下降了98%,整體汽車銷售市場潰不成軍。

在電動車市場方面,全球最大市場的中國在2月份銷量大幅下降至1.6萬輛,較2019年同月下滑了約60%,但在4月後,開始出現強勁反彈,達到前一年水準的八成左右。在美國,4月份的電動車銷量比去年同期減少了一半以上(約10,000輛)。在歐洲的電動車市卻出現逆勢成長,法、德、義、英四國為歐洲最大汽車市場,電動車銷量在2020年的前四個月交出14.5萬輛的亮眼成績,還較去年同期成長了約九成。

IEA指出,歐洲電動車市場能在疫情中維持穩定,可歸功於以下原因:

(一)2020年為歐盟設定之碳排放標準願景年,在標準中限制了因新車銷售所新增的每公里平均碳排放量。

(二)德國在2月份增加了電動車的購買補貼;

(三)義大利在2019年導入成效卓越的配套措施,像是在推動淘汰柴油車的同時補貼消費者換購電動車,並積極增設充電站;2019年該國電動車新車註冊量較2018年大幅成長113%[1]

雖然預估2020年上半年全球汽車銷量將比去年下降30%左右,但根據各國對疫後的經濟復甦計畫可知,未來將持續以激勵措施與監管機制支持電動汽車的銷售,2020年電動汽車在全球汽車銷量占比有望從2019年的2.6%成長至3%。

 

二、國際電動車政策及目標

在過去十年中,世界各國為解決空氣污染和氣候變化的問題,採取各種策略以促進交通運輸部門的轉型,例如:

(一)制定國家交通運輸排放溫室氣體管制目標、燃油效率目標與二氧化碳排放標準;

(二)制定電動車庫存和銷售目標和/或授權、對消費者和製造商的財務支持、充電基礎設施法規與佈局策略。

在各國政策的積極支持下,中長期內歐洲多國的內燃引擎車(internal combustion engine vehicle, ICEV)將有望逐年淡出市場(圖一),例如:挪威宣布到2025年,該國銷售的所有新車和輕型貨車均應為零排放車輛(zero-emission vehicles, ZEV);而法國於2019年12月則通過立法,至2040將停止銷售燃燒化石燃料的汽車,以實現完全電動車的願景。此外,各國亦提供財政誘因,以4,500~6,800美元的購車優惠或減稅等激勵措施,刺激電動車市場發展,如荷蘭私人企業使用電動車可減免所得稅;日本可享購車優惠及減免稅額。

此外,電動車在便利性、成本效益及各種政策支持下快速成長,全球充電基礎設施亦持續擴展,2019年全球約有736.2萬座充電樁(圖二)。其中私人慢速充電樁因便利性、成本效益及各種激勵措施之政策支持較為普及,約有650萬座占全球份額的90%;公用慢充及快充則各占全球8%及4%,較前一年漲幅高達60%,主要因為中國針對其人口稠密的城市特性與消費者用車習慣,加強在公共充電樁(特別是快速充電座樁)的佈局。

 

 

三、 未來十年技術發展方向預測

(一)電池的技術趨勢

電池是電動車最關鍵的零件,在過去十年鋰離子電池在能量密度、成本與循環壽命上皆有長足的進步,但還有許多需修正的空間。IEA指出,鋰離子電池的改善以正極、負極與電解質三大關鍵零組件為主。新一代的鋰離子電池有望於未來的5到10年進入市場,將以降低鎳含量為目標,並使用鎳鈷鋁氧化物(NCA)(鎳含量少於10%)與鎳錳鈷(NMC)811負極。在正極方面,由於電解質的改良,可有效提高矽含量,電容量也會隨之提升,單電池結構(cell-level)之平均能量密度可達到325 Wh / kg(傳統鋰離子電池的能量密度上限大約是300 Wh/kg),電池模組的平均能量密度可達275Wh/kg。

然而並非所有電動交通載具都追求極大化的電池能量密度,大型的公共交通載具(例如公車或貨車),需要以較長的循環壽命來降低購買成本。於此,磷酸鋰鐵負極技術(LFP cathode technology)因前驅物材料(Precursor Material)可用性廣(包括不需使用鈷),加上較長的循環壽命,特別適合此類車種需求,特斯拉(Tesla)在近期與中國動力電池供應商寧德時代(CATL)的合作即聚焦於發展LFP技術,以期降低電動車生產成本。

 

(二)廢棄電池的管理策略

車載電池的使用壽命因駕駛人的使用習慣或各廠牌而有所差異,平均約在8-15年之間,根據報告預估2030年將產生100-120GWh的汰役電池,因此廢電池回收管理是電動車產業責無旁貸的課題。隨著廢棄電動汽車電池數量的增加,回收產業的發展將成為鋰離子電池可持續性的關鍵。透過有效回收關鍵材料,可減少對原材料的需求以降低對關鍵材料進口的依賴,以及減少採礦和提煉造成的溫室氣體排放。但以目前回收的主流冶煉技術(例如火法冶金和濕法冶金),在回收過程會造成約10%的溫室氣體排放量,因此創新流程主要在減少能源的使用及對需要回收利用的電池進行適當的分類和分離。

此外,電池系統的關鍵組件(例如:模組)在退役後大多數仍可正常運作,廢棄電池可轉而在固定儲能設備裡重複使用,也可回收其中的組成材料。此外,當車輛因碰撞或機械故障而報廢時,模組與電池可經由翻新直接使用於另一輛電動車體中,例如:特斯拉與日產汽車(Nissan)都提供翻新電池組(refurbished battery packs)供維修或二手車使用。不同於傳統的回收管理僅止於物盡其用,透過上述重複使用、維修、翻新或再製造等工序,產品壽命能得以延長,達到更深化的「價值保留」(Value-Retention),發揮最大的資源效益。

 

 ()電動車與電力系統的整合

根據IEA在「2019年全球電動車展望」(Global EV  Outlook 2019)的統計,2018年全球電動車存量達510萬輛,耗電量達58 TWh。預估到2030年,電動汽車將占全球年度電力需求的4%(目前為0.3%),為確保可平穩整合各種再生能源發電及電氣化的終端使用者,因此未來電動汽車與電網的整合技術將成為關鍵因素。藉由將智慧充電(電網向電動車單向輸出)(dynamic controlled charging, V1G)與車輛到電網(Vehicle-to-grid, V2G)技術的導入,來緩解充電量劇增對電網的影響。特別是V2G代表將電能反向回充到電網,電動車的定位也將從交通載具升級為分散式能源(Distributed Energy Resources, DER),以供調節尖峰用電。而亦可將電動車充電時間高峰與其他用電需求高峰錯開,以降低尖峰時間對電網的衝擊,例如:在白天工作人口多的場域增設充電基礎設施,鼓勵在日間離峰時間充電。

另外,透過計價方式來管理用電需求,如分時電價(Time of Use Pricing, TOU)與即時電價(Real Time Pricing, RTP)。分時電價可以根據時間、季節、月份、日期類型(例如周末或工作日)做為電價區隔基準,再導入獎勵措施,提供用戶在離峰時間充電之誘因。而即時電價則是更為先進的動態計價機制,由發電量與需求的即時現況來決定電價。

 

四、結語

隨著各國對於交通運輸部門電動化轉型政策的支持,以及相關技術的進步,刺激電動車市場持續成長。而臺灣電動車上中下游供應鏈完整且具備研發生產能量,且占據亞洲核心地帶的地理位置優勢,伴隨亞太地區近年致力於電動車輛發展的需求,臺灣電動車零組件供應商具有高度發展之契機。

 

[1] 資料來源:經濟部國際貿易局。https://reurl.cc/EzY17R

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