实现汽车电动化： 三个相关行业将发生重大变化

2009年6月 • Russell Hensley, Stefan Knupfer, and Dickon Pinner

来源：可持续发展及资源效率业务

本文包括：

几乎可以肯定，消费者最终将会以可充电的车型取代燃油轿车和卡车。电动交通工具似乎将会以某种形式出现在我们的未来。但投资者要等多久才会看到这种预测成为现实？几年，还是几十年？

悲观者认为，这是在几十年之后。未来10年左右，电动汽车的购买价格可能要比普通燃油型家用汽车的价格高出数千美元。这一差距在很大程度上是由以下两方面的成本造成的：一是设计依靠电池电力可以行驶得更远的汽车的成本；二是电池本身的成本。此外，目前不仅还没有为大量电动汽车充电的基础设施，也没有出现可以大规模生产这种汽车的行业。在任何情况下，消费者都不会强烈要求购买电池动力轿车（参见附文“从油井到汽车”）。  

从油井到车轮

电动汽车的绿色梦想要比许多人认为的复杂得多。内燃机汽车会排放二氧化碳等温室气体、粉尘颗粒并制造噪音。而电动汽车则非常安静，不排放粉尘颗粒，且温室气体排放为零——如果你仅考虑排气管的排出物，这是排放法规中一种标准的测量方法。

然而，这只事情的一个方面。一种比较这两种不同类型汽车的“清洁度”的更加准确的方法，是考察“从油井到车轮”这一过程中的排放，把燃料生产过程中产生的排放也计算其中。对于电动汽车来说，这包括生产为电池充电所需的电力时产生的排放。电力通常由混合初级燃料生产而来，因此要正确地测量充电排放需要考察夜间生产额外电力所使用的燃料——大多数汽车是在夜间充电。在有些国家，例如中国、德国和美国，这一燃料通常会是煤炭。在有些地区，例如丹麦和北加利福尼亚州，电动汽车也许会使用风电——目前，在需求低谷且风力强劲时段，风电并没有得到充分利用。

此外，内燃机和电厂的效率正在不断提高，这在进行这一比较时也应该予以考虑。

汽车的寿命要比发电厂的寿命短得多——前者为10年~15年，后者为40年~50年，因此，电动汽车的确可以提供一条相对快速的出路，摆脱目前人们对于石油的依赖及其相关排放的问题。然而，要通过从内燃机转向电动汽车，实现降低碳排放的优势，需要采用一个全面细致的综合性方案。

作者简介：

Michael Graubner是麦肯锡柏林分公司咨询顾问。

而乐观者却看好政府的干预。他们认为，对于能源安全、化石燃料排放及长期行业竞争力的担忧，将会促使各国政府寻求一种部分解决问题的方法，制定鼓励措施——某种补贴、税费及投资的组合——以便促使市场向电池动力汽车转移。事实上，许多地区的政府正开始朝着这个方向努力。乐观者还指出，电动汽车可以满足某些可以快速获得良好经济性的小众市场的需求，例如，大城市中的快递业务和出租车队或某些军用车队。在以色列等国家，电动汽车已经带来经济利益，因为购买者可以得到可观的政府税收优惠。乐观者包括那些准备创建为新型产品及商业模式（例如对电池租赁和充电费用打包销售）做准备的创新者，这些产品及商业模式旨在使电动汽车对购买者更具吸引力。

电动汽车迟早将会大行其道，给多个相关的行业带来深刻的变革。我们假设，这些汽车将会与其他可供选择的低碳排放量汽车（例如生物燃料动力汽车和具有更高燃料使用率的内燃机汽车）共同行驶在未来的道路上。即便如此，电动汽车巨大的销售收入也会显著地改变汽车和公用事业行业的财富分配格局，并推动规模达数十亿美元的电池行业的崛起。

对于这些行业中的企业来说，这一转变利害攸关。在近期，高管们应决定在各国政府（例如中国和美国政府）履行其刺激消费者购买电动汽车承诺的条件下，如何赢得收入和控制成本。如果这种汽车的早期采用可创造可持续的市场，则需要着手规划，制定相应的战略和方法，以构建相应的生产能力。

电子驱动

电动汽车的经济性始于电池的经济性，而电池的成本每年都会下降6～8%。许多分析家预测，随着产量的提高，这一成本在未来10年中会继续下降。电池组的成本现在大约为700美元～1500 美元/千瓦时，但是，在积极降低成本的情境下，至2015年，可以下降到420美元/千瓦时。即使到那时，电动汽车的前期购买价格也相当高。我们估计，至2015年，电池行程（需要再次充电前）为40英里的插入式混合电动汽车的初始成本，会比使用燃油内燃机的标准汽车高出11,800美元，行程100英里的电池动力汽车的初始成本要比后者高24,100美元（图表1）。

可以通过补贴来缩小这一差距。中国宣布，对于十多座大型城市政府和出租车队所购电动汽车，政府将为每辆车承担8,800美元的成本。业务创新也可以解决成本问题。例如，在太阳能技术市场中，SunEdison可以为愿意采用该技术的客户提供资助并帮助其拥有、安装、运营和维护太阳能电池板。然后，该公司向这些客户收取一定可预测的费用，费率低于传统的电力，但是，高于实际发电成本。这可以让该公司收回投资，实现盈利¹。创新企业也正在考虑类似的模式，以支付电池的前期成本，并通过服务收费来收回补贴支出。

电动汽车：术语表

更为传统的“电车”一词实际描述的是完全用电轿车。但是，用电的汽车（电动汽车）实际上有多种形式。

混合电动汽车

这种汽车拥有2个或2个以上的蓄能系统，都必须能够一起或单独提供推进力。内燃机通常为主系统，电机被用来为汽车提供短距离的动力或者为主发电机提供支持——例如，当汽车遇到停车灯熄火时。

插入式混合电动汽车

这种汽车只有一个蓄能系统；电池通过车上的发电设备（例如，小型内燃机）来充电，或者可以用汽车的外插电源来充电。

电池电动汽车

这种汽车有一个蓄能系统、一个电池组，车上没有主要发电方式。通过将其插入电源或者将电池更换为已充电的电池来传递能量。

为了赢得买主，电动汽车（混合式、插入式混合电动车或者完全电动汽车，见附文“电动汽车：术语表”）的运营必须比燃油汽车更便宜。在一定时期内，内燃机汽车与电动汽车之间的终生成本差异，将取决于汽油价格与电池以及充电的成本（对于拥有电池的人来说）或者租赁电池以及充电服务的成本之间的差异。油价在过去的两年中大幅波动，电价在全球各不相同。在欧洲，电动汽车（例如行程为60公里的插入式混合电动汽车）总运行成本会较低——假设油价为每桶60美元、电价为当前的水平²。在美国，只有在油价超过每加仑4 美元，再充电前的行程达到40 英里，或者政府为制造商提供激励措施补贴生产成本的条件下，电动汽车的总拥有成本才会较低（图表2）。

电动汽车增长还需要基础设施，例如，充电站。中国国家电网正加速推进至2011年在至少3个最大的城市建设充电设施的计划。美国夏威夷宣布了至2012年为电动汽车建设多达10万座充电站的计划。另外，还需要在汽车制造能力方面进行投资。中国已制订了至2011年每年制造50万辆电动汽车的目标，并宣布将为此投入14亿美元用于研发。美国已承诺，在经济刺激支出计划中拨出20亿美元，帮助企业制造电池，并宣布了250亿美元的政府计划，鼓励汽车制造商改造生产线，以制造更多燃料效率更高的汽车，包括电动汽车。

当然，消费者会有多种理由，拒绝购买电动汽车：例如，充电前所能达到的行程长短会影响对这种汽车的接受程度。在更为根本的层次上，电动汽车进入主流消费群体的速度，决定于政府的如下措施：提高油价，降低生产、购买或运营电动汽车的成本，或者这两种方法的某种组合应用。

准备迎接未来

试图预测到任何给定的年份会出现多少这种或那种电动汽车并没有多少意义，因为有许多因素都无法预测。例如，政府可积极推动电动汽车的使用，然后，就会由于驾车者减少了汽油方面的支出而损失了税收。欧洲和美国的立法者是否愿意牺牲为公路的养护买单的税收，以帮助控制气候变化？如果不愿意，如何将这一税收负担转移到电力这种新燃料上去？另外，电动汽车是新生技术，现在预测不同市场中的消费者采用率如何演变以及成本会如何优化，还为时尚早。

但是，有多个问题需要考虑：如果所有汽车中大约10%为电池电动车或者插入式电动车（只靠电力来运行），那么，电动汽车就会进入主流消费群体。这就意味着，至2020年，每年销售600万～800万辆电动车，这会显著改变整个行业景观。我们来探讨一下汽车、电池和公用事业这3个关键行业中的机遇和挑战。

汽车制造商

电动汽车对现有的汽车制造商形成巨大威胁。自从许多其他部件和组件的制造被外包以来，内燃机和传动装置一直是他们专注的核心部件。在汽车依靠电子而不是碳氢化合物来运行的世界中，汽车制造商要生存，就要彻底改造其业务。不过，现有的制造商也是这一行业中的一股战略力量。进攻者面临着巨大的进入壁垒，包括制造规模、品牌权益、渠道关系（例如经销商网络）、客户管理和资本等。

另外，电动汽车也为现有汽车制造商带来新的机遇。这种汽车可帮助他们满足越来越严格的排放监管要求，并避免罚款。电机的低转速扭矩可让汽车更快、更顺畅、更安静地加速，为购买者提供独特的新价值。汽车制造商还可以利用工厂和经销商网络等资产，以引进新的业务模式（例如销售交通服务而不是产品），从而打败进攻者。为实现上述任何一个目标，汽车业高管都需要考虑电动汽车的战略地位。例如，汽车制造商的计划中必须包括如下的明确理解：如何在各种汽车平台之间确定研发的优先次序——从混合型、到插入式混合型、到电池电动型、再到有内燃机提供动力的车型。

汽车制造商还应考虑他们与电池制造商的关系会如何发展，以及技术标准在将电池安装到汽车这一环节中所扮演的角色。（多数大型汽车制造商目前都在与电池企业合作开发他们准备推出的电动或混合汽车。）电池制造商和一级供应商将努力获得拥有核心技术所隐含的价值，包括电池以及他们能够促成的新特性方面的创新。随着时间的推移，价值也许会从电池转向电子设备以及电热管理系统软件――它们决定了汽车的实际性能。当发生转变时，高管必须制订计划，实现这一价值。

高管还应考虑下游业务的发展变化。例如，公用设施、加油站、汽车公司或其他第三方是否会拥有充电基础设施以及这些设施占用的房产？智能处理和数据收集是位于充电基础设施里，还是在汽车中？战略专家还应考虑诸如沃尔玛这样的经销商或参与方是否会销售汽车和电池，以及电动汽车供应链与当前的供应链有何不同。例如，对于轻型材料的需求很可能会增长，而对于排气系统和消音器的需求则会萎缩。

电池生产商

如果消费者每年购买600万～800万辆电动汽车，电池年销售额可达到600亿美元，而价值将从石油转向电池³。长期来看，该行业增长潜力巨大，甚至近期前景看起来都颇为光明。目前，电池制造商可以通过提供在成本、性能和安全性方面具有差异化优势的电池系统而获得高额利润。它还可以帮助企业赢得政府拨款——欧盟和美国宣布了提供此类拨款作为提高国内电池产能的激励措施。这种拨款旨在吸引更多的私人投资。

不过，电池制造商也面临许多挑战。随着产能的提高，电池单元（电池的基本要素）⁴将像许多其他汽车部件一样成为商品。价值将从电池单元层次的化学结构转移到电池组系统（包括电热管理软件），以及优化特定汽车中的电池性能的电子设备层次。为了保持长期价值，电池制造商可能希望与汽车制造商的一级供应商（它们将部件组合为汽车系统，例如，转向系统或仪表板）或汽车制造商本身更密切地合作。后一种做法可帮助电池制造商保留更多的价值，因为它们会取代一级供应商；但是，要取得成功，它们必须获得所需要的系统整合技能、汽车知识以及重要的汽车制造商关系。考虑到实现这些目标所需要的资源，电池制造商必须自问，是否拥有工程资源，以便在多种汽车平台、衍生车型和OEM之间扩展必需的能力。

即使就短期而言，电池制造商也再不能拖延解决某些未解决的问题了。例如，这些企业将如何保护它们在以工艺为主的化工方面的知识产权以防止逆向工程？一家电池制造商将其专有工艺的不同部分分布在设在中国的不同工厂中，减少了前雇员为竞争对手重新设计出其“秘密配方”的机会。目前，专利方面尚未展开激烈争夺。但是，这种情况将会随着产量和收入的增长而改变。这种可能性以及关键专利的力量尚不确定，意味着电池企业必须仔细考虑如何保护其知识产权，以及是否应对竞争对手发起攻击。然而，最重要的问题也许是，电池价值链的哪个部分将会承担与之相关的质保风险。汽车制造商不想承担那些风险。新兴的电池企业或许不具备可靠地提供质保的实力。如果机会成熟的话，拥有相应实力和电池业务的现有企业（例如Johnson Controls、NEC或三星）可提供这一服务。

电池售后市场如何发展是个未知的问题。由于没有哪一种电池在它们的整个生命周期中会在真实（而且多样化）的行驶条件下进行大量测试，因此，目前不清楚它们会有多大的剩余价值。事实上，由于回收需要成本，临近使用生命终点的电池可能是负债，而不是资产。（铅酸电池中97%的铅可以回收，但是，锂的处理，则要困难一些，目前的价值要比铅低。）高管应将锂以及其他部件材料的管理成本纳入业务模式，或者找到适当的方式，以确保成本在价值链中的某个其他环节产生价值。

领先的电池制造商已经在思考如何扩大制造规模，因为他们知道存在先发优势，诸如，已经提高的自动化程度、已经增大的采购杠杆作用以及新的外形尺寸，等等。这些企业还在研发中投入巨资，以开发新一代电池的化学作用。其原因在于，电池单元的核心要素（例如阴极、电解液、分解器和阳极）之间复杂的相互作用决定了电池单元性能的不同方面，例如，功率密度、能量密度、安全性、充电深度、寿命周期，以及货架寿命，等等，从而决定了消费者对汽车电池的选择。由于电池材料占电池组成本的30%～50%，许多电池制造商还在考虑与关键材料进行垂直整合的利弊。

最后，电池制造商还应考虑进入新产品或服务领域的可能性，可包括为交通运输（例如船舶、机车、卡车和巴士）以及公用事业部门提供产品和服务，它们可能会对电压和频率调整、电源管理服务以及大量蓄能感兴趣。快速充电（能够在几分钟而不是几小时内迅速为电池提供大量电力的应用）可能是另一个收入来源。所有这些应用都有着不同的能源和功率密度方面的需求，以及不同的资本要求和运营费用。电池企业需要投资押宝，并用心管理其产品组合。

公用事业和基础设施提供商

除了电动汽车以外，提高能效或降低碳排放的政策对公用事业部门也带来严重的挑战――随着企业、政府和家庭在（中国、欧洲和美国的）政府投资以及新标准和政策的刺激下提高能源使用效率，公用事业企业的收入和利润将面临压力。与此同时，随着更加快速地采用太阳能和风能等可再生能源（这些间歇性能源必需由新的输送和分配基础设施提供支持），公用事业部门的单位发电成本近期内将会提高。此外，任何碳税或限额交易方案都将会影响能源价格，并可能影响公用事业公司的长期盈利水平。

然而，电动汽车可为公用事业企业创造新收入。根据我们对电动汽车可能会率先起步的地方市场的分析，如果未来10年中某一地方市场（例如加利福尼亚州的某些地区）售出的20%的轿车和卡车拥有电驱动，那么，为这些电动车辆充电就可占总电力需求的2%。如果汽车主要在晚上充电，那么，公用事业公司就可以无需大幅度新增发电容量，亦可满足很大一部分的此类需求。

电动汽车充电可帮助公用事业公司通过碳减排税以及碳减排交易机制而盈利。例如，这些企业可与其监管部门采取措施，通过促成交通运输行业的减排而获得排放信用。另外，他们还可以在其消费者心目中重新定位，不仅作为电力公司，还可作为环境可持续经济的促进者。公用事业公司若不能扮演积极的领导角色，就会面临着被其他服务提供商（例如思科和IBM等已经在家庭市场中占据有力的地位的大型IT企业）或其他新兴的创新企业，排挤出住宅或商用市场的风险。

然而，晚上充电是个关键。如果公用事业公司不能安装控制汽车充电时间的智能系统，它们就要苦苦挣扎以满足峰值需求——就像许多人所做的那样，假设车主希望傍晚回家就插上电源为车充电。（许多公用事业公司已经在傍晚的用电高峰时段勉力支撑了）。更糟糕的是，电动汽车车主可能会聚集在某些富裕的社区，尤其是在早期阶段。这种增量需求也许会足以让这些区域的系统跳闸，因此，需要在发电方面增加投入。

断电会降低系统的可靠性和客户的满意度，还会需要高昂的投资。我们假设，电动汽车在加利福尼亚的某些市场中普及程度是在美国其他地区的2倍。如果至2020年这种汽车在该州的销量达到180万，管理不充分的充电状况就要求在输电和发电基础设施方面追加投资50亿美元。新增的这部分峰值电力几乎肯定来自于化石燃料，这会增加二氧化碳排放，如果公用事业公司无法为电动汽车“从油井到车轮”的已增效率获得信用的话⁵，它们就不得不花更多的钱去获得排放许可。

为了应对汽车充电以及“智能”充电基础设施的挑战，公用事业公司必须现在就着手规划必要的技术、成本、基础设施、合作伙伴以及业务模式。接受监管的公用事业公司可努力向监管机构说明其业务逻辑，从而将所需要的投资打入收费中。他们还可以与汽车制造商合作，为消费者提供无缝体验：当有人到经销商处买电动车时，当地的公用事业公司就应该知道，并应做好准备在客户家中安装适当的设备。

电动车将会变成现实——乐观者认为，这一进程会较快，悲观者认为较慢。这会改变汽车、电池和公用事业行业的竞争态势，并对几个其他行业产生影响。大胆行动，并掌握好时机的企业或许会获得重大收益；其他企业则不会。但是时机的选择至关重要：出手太早或太晚都会付出巨大的代价。整装待发，迎接未来。

作者简介：

Russell Hensley 是麦肯锡底特律分公司副董事，Stefan Knupfer是该公司资深董事；Dickon Pinner是旧金山分公司董事。

作者谨向为本文做出重要贡献的Nadeem Sheikh致谢。