波士顿咨询:碳中和——中国“工程机械电动化”未来已来

自2021年两会以来, 碳达峰和碳中和成为全社会关注的重点议题,也让高质量发展成为各行各业的必由之路。在新一轮产业变革的背景下,工程机械产品的节能减排形势尤为严峻。在刚刚过去的2020年,国家工信部也发布了《推动公共领域车辆电动化行动计划》,推进工程机械电动化,加快工程机械行业向新能源转型已是大势所趋。

据统计,2020年中国工程机械市场销量50余万辆,五年的年增长率超过20%,其中挖掘机和装载机产品占80%以上,未来电动化潜力巨大。然而,工程机械市场的电动化尚处于起步阶段,可谓机遇与挑战并存。

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新能源化尚处于起步试水阶段

 

虽然有人将2020年称为工程机械电动化元年,但其实目前只有部分国内外第一梯队企业有所布局,主要从挖掘机产品切入电动化,牵头开展了零星电动产品试点项目。整体看来,当前电动工程机械产品的渗透率尚不足1%。通过横向比较其他细分市场,我们能够发现,工程机械市场电动化相较其他车辆依然比较落后,在政策支持方面仍具有较大提升空间。

 

目前,乘用车和公共领域车辆等板块都明确了未来5到15年电动化的占比目标,并在2022年前给予专项补贴。尽管工信部发布了关于政协十三届全国委员会第三次会议1535号提案答复函,提到将加快推进工程机械电动化,但尚未设立具体目标或补贴。短期内,工程机械的相关政策仍将以减排为重点。综上所述,到目前为止中国工程机械电动化进程的主要推动力还是主机厂的相关举措以及客户需求,而非政策法规。

 

 

电池是成本节降突破口

 

有“油老虎”之称的挖掘机、装载机等工程机械产品,若想在碳排放和新能源浪潮中加速变革进程,就不能不考虑转换成本这一核心因素。根据我们的访谈和分析,即使是目前较为领先的小型纯电动工程机械,其总拥有成本(TCO)追平柴油动力的工程机械尚需3年左右的时间。如果产品经济性得到持续改善,TCO平衡周期尚有缩短空间。如果当前采购成本比例能下降22%,就能将TCO平衡周期从3年缩短至1年(参阅图1)。

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通过对电池、电机电控和液压等其他工程机械关键零部件的分析,能发现电池是工程机械实现成本节降的关键突破口——这几大类工程机械零部件中,电池的技术成熟度最高,但经济性最低。在相关专家和工程师看来,导致工程机械电池成本居高不下的原因主要有二点:

 

原因一

 

工程机械需要更大的电池容量和能量密度,导致更高的成本。而成本较低的电池技术路线通常能量密度低,电池占用空间大,并不适于工程机械;

 

原因二

 

恶劣的施工环境。尽管电动技术在乘用车领域应用已非常成熟,但高振动强度等施工环境对于电池这类电子电器部件要求尤为严苛。

 

但工程机械电动化的前景依然乐观,在技术升级换代的推波助澜下,预计电池成本有望在未来每年下降5—10%,这意味着即使电池成本下降,经过7年左右时间,电动工程机械的TCO平衡周期也将缩短至1年以内(参阅图2)。

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此外,从用户和消费者端来看,工程机械行业电动化的推动者尚须足够耐心。

 

原因一

 

客户对成本敏感,并且担心新技术维护费用高,在实现TCO平衡尚须数年,且技术成熟度不足的情况下尤其如此。

 

原因二

 

由于客户通常是中年群体,对新业务模式和更换电池等新操作需要过渡和适应。主机厂需给予客户足够时间来适应电动机械的新变化,且可以通过在排放、噪音和振动方面提供更好的电动工程机械用车体验,来说服、教育和转化潜在客户。

 

 

工程电动化的未来新动向

 

随着未来环保趋势的愈发严格以及更多相关政策的逐步推进,工程机械电动化大势所趋下,出现了诸多新动向。

 

动向一

 

 

从整个产业链来看,工程机械的电动化进程必将在价值链上催生出诸多新玩家与新模式(参阅图3)。

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生产制造节,电池供应商和其他电子电器部件供应商将逐渐取代传统油气零部件供应商,而主机厂也会转型,对部分电子电器部件和集成环节进行创新。

 

产品销售环节,销售渠道重心将由经销商向租赁形式转移,呈现出经销商、租赁公司、直销等多种模式并存的情景。

 

售后服务环节,承担电池维护、更换、配送等工作的电池服务商将与经销商、小型配件店和保险公司一起,探索车电分离等新的业务模式。

动向二

 

 

虽然 “换电模式”已经在重卡领域得到验证,但由于工程机械的特殊性,换电模式依然有待探索。在政策和市场的推动下,不少整车厂布局电动重卡“换电模式”,其优势主要有三:

 客户无需承担电池成本,可享受更低价格;

 重卡可以24小时不间断作业;

 主机厂可从电池公司租赁电池,无需承担电池部分的投资。

然而,由于不少工程机械的使用场景是偏远地区,并且需要借助额外运输工具才能移动,换电模式需要增设电池配送服务。同时,工程机械对标准电池设计与集成要求高,电池制造和换电模式最终需由主机厂牵头,而非电池企业。因此,工程机械想要满足“及时、定期和当场”三大换电关键要素,还需要诸多实践与探索。

 

动向三

 

 

BCG研究预测,在不同型号和品类的工程机械产品中,小型产品和大型产品中的挖掘机与装载机品类,将在该市场中率先实现纯电动化(参阅图4)。这主要由于下游需求驱动,上述两个品类占中国市场工程机械总销量的80%以上,其中小型产品将较先发展,这主要是因为其技术准入门槛较低,而大型产品中适用于港口、矿山等封闭和固定工作环境等应用场景的细分品类也将率先进行电动化。对于那些不会率先进行纯电动化转型的产品,短期内仍将聚焦减排,以提高液压系统和发动机效率为主,同时也将探索插电、混动等转型路径。

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基于上述分析,BCG预测中国纯电动工程机械市场将在2025—2026年达到爆发点,到2035年,纯电动工程机械的渗透率或将达到30%(参阅图5)。

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我们的预测主要基于以下三大关键假设得出:

 

中国纯电动工程机械市场的增长曲线与电动乘用车市场大致趋同:前期将缓慢爬坡,达到临界点后迅猛增长。

 中国纯电动工程机械的增长爆点将出现在2025—2026年间 ,主要原因是当前电动产品TCO将在未来3年内陆续实现平衡。届时市场上对于电动机械产品的认可度将显著提升。

 在各类工程机械产品中,挖掘机和装载机最为畅销,因此将是电动化转型的优先选项。

 

尽管通往电动化的道路上还有重重困难与挑战,但随着越来越多生态伙伴入局新能源工程机械,坚持创新驱动、绿色发展的工程机械企业,终将从这片蓝海中获得先发优势,成为行业标杆,为绿色经济和产业的健康优质发展贡献力量。

 

 

 

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