科技議題

首頁> 科技議題 - 能源科技> 2020年全球電動汽車展望
2020年全球電動汽車展望 Global EV Outlook 2020
2020/06
International Energy Agency (IEA)
https://www.oecd-ilibrary.org/deliver/d394399e-en.pdf?itemId=%2Fcontent%2Fpublication%2Fd394399e-en&mimeType=pdf
文章主要分析至2030年全球電動車之發展趨勢,切入當前電動車產業重要議題,囊括:新冠疫情下的電動車市場趨勢與政策建議、車載電池技術趨勢、以及電動車與電力系統之整合,並提出具體技術與政策建議。

ㄧ、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。
(一)2020年新冠疫情影響下的車市概況
在1至4月,全球汽車銷售量出現了前所未有的跌幅,與2019年同期相比下降了約1/3,銷量減少了約900萬輛。且4月份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%,銷售市場潰不成軍。

然而,中國和韓國車市卻有不同的景況,中國政府迅速將汽車市場設定為經濟刺激的主要標的,鼓勵城市放寬車輛許可證配額等措施,其汽車銷量在四月份強勁反彈,達到去年同期的80%。該報告指出,對疫情的恐懼反而助長中國市場銷售,因相較於搭乘公共運輸,消費者認為自駕的感染風險較低。在韓國, 自2月大邱爆發大規模感染後,疫情已受到迅速遏制,因此3月和4月的汽車銷售量反倒較2019年有所成長。

(二)新冠疫情下的電動車市
疫情迅速蔓延與汽車整體銷售量驟降,連帶拖累電動車市場。在中國二月份降幅最大,該國銷量下降至1.6萬輛,較2019年同月下滑了約60%;4月份開始銷量則出現強勁反彈,達到一年前水準的八成左右。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10000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。報告指出,歐洲電動車市場能在疫情中維持穩定,可歸功於以下原因,像是: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。此外,德國在2月份增加了電動車的購買補貼;而義大利在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%。

雖然歐洲電動車市目前尚穩住江山,但整體市場前景仍存在諸多不確定因素,包含:各國隔離政策鬆綁速度,疫情是否還會捲土重來,後續經濟復甦的態勢,都會直接影響消費者與企業購買新車的意願。

(三)各國政府對新冠疫情的應變能力決定電動車發展步伐
目前電動車的支持政策,大致上都以激勵措施與監管機制為主軸,尤其是提供財政誘因,像是:購買補貼或減稅方案。是否能針對近程設定精準的政策措施,對於處於疫情進行式中的電動車銷售份外關鍵。其中,受到疫情影響所造成的資金短缺衝擊最為直接,於此政府應積極規劃政策性專案貸款以維持投資穩定;低利率優惠貸款可以強化公共或企業車隊採購導入電動車、電動公車與電動卡車。

另外一方面,疫情讓全球碳排和能源使用量下降,是危機也是轉機,各國政府應持續整備電動車相關基礎建設,像是增建公共充電設施與整合充電規格等。
如上所述,疫情癱瘓了汽車產業供應鏈,斷鏈之後產業環境勢必重新洗牌,各國政府制定因時制宜的對策成為當務之急,也決定了未來電動車的發展步伐。

二、 電池技術發展前景
(一)未來十年的技術趨勢
電池是電動車最關鍵的動力,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。報告指出,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,以將鎳含量降低為目標,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)。

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)電動車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,平均來說大約落在8-15年之間,爾後廢電池回收管理是電動車產業責無旁貸的課題,回收效益取決於回收技術與負極材料的選擇。再者,電池在回收的過程中需要能源,會排放出溫室氣體。因此,若從宏觀角度來看廢棄電池的管理策略,應致力於降低回收流程對環境的衝擊,例如:使用低碳能源調整產業結構,進而促成規模經濟使回收成本下降。

值得注意的是,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。

三、整合電動車與電力系統
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。且在新能源政策(New Policies Scenario)的推波助瀾下,2030年電動車存量將增加至1.3億台,耗電量達640 TWh,是2018年的11倍 。因此,電動車普及後該如何因應用電需求攀升的問題,是未來電網必然面臨的挑戰,需整合技術、基礎設施佈局與定價策略等機制進行需求管理。

技術面可藉由將智慧充電(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。

在佈局策略上,將電動車充電時間高峰與其他用電需求高峰錯開,可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,也可透過計價方式來管理用電需求,現行最常見的方式有: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
各國政府端出各式政策來支持交通運輸部門轉型,像是: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;以及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。

在政策積極支持下,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,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。
陳霈
英文