Конец эпохи транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания?

В этом посте собрана информация о развитии рынка электрокаров. Тренды, технологии. Итак, к 2011 г. автомобильная промышленность мира была огромной, крайне конкурентной и спящей. Производство автомобилей, вдохновленное «системой бережливого производства» Toyota, стало высокоэффективным и перфекционистским, но также и консервативным. Инновации приходили по частям — система стабилизации от одной компании, GPS-навигация от другой, интеграция Bluetooth откуда-то еще. Это норма в зрелой отрасли со многими игроками в длительной тесной конкуренции. Прогресс происходит распределенными приращениями, а не концентрированными скачками.

Но затем в 2012 г. дерзкая новая компания представила гламурную версию древнего вида автомобиля, и все изменилось. Журнал Motor Trend присудил новому автомобилю награду «Автомобиль года» с беспрецедентным единогласным голосованием. Журнал Consumer Reports объявил, что это, вероятно, лучший автомобиль из когда-либо созданных, и присвоил ему наивысшую оценку — 99 из 100.

Автомобиль мог разогнаться с нуля до 100 км/ч за 4-5 секунд. Он был признан самым безопасным автомобилем в истории. Он вмещал семь человек, с роскошными функциями, управляемыми с огромного сенсорного экрана рядом с водителем. Его двигатель был в два раза эффективнее любого другого на дороге. И самое главное, вредных выхлопов не было вообще.

Новой компанией стала Tesla. Новый автомобиль – полностью электрическая Model S от Tesla. Но новый автомобиль был одновременно и старейшим типом автомобиля.

Немного истории

К первому десятилетию двадцатого века десятки производителей в Америке и Европе предлагали электромобили. В Нью-Йорке, Лондоне и Париже имелись парки электрических такси и автомобилей доставки.

Электрические грузовики заряжаются на станции Сент-Панкрас, Лондон, 1917 год. У компании Midland Railway Company был парк из 84 машин. Во время Первой мировой войны (1914-1918) военное министерство поощряло использование электромобилей, чтобы высвободить бензин и лошадей для армии. Деревянные колеса на этих грузовиках указывают на то, что они могли быть произведены в США. Металлическая пластина в левом нижнем углу гласит «Аккумуляторы Эдисона». Томас Эдисон запатентовал, продвигал и продавал никель-железные батареи, которые, как он утверждал, были лучше стандартных свинцово-кислотных батарей того времени. Они были на удивление надежны и долговечны, но их низкая эффективность и высокая стоимость не позволили им захватить рынок.

Историк технологий Джордж Басалла пишет:

«Электромобиль, казалось, обладал всеми достоинствами лошади и повозки, не имея ни одного из их недостатков. Он был бесшумным, не имел запаха, его было очень легко заводить и водить. Ни одно другое транспортное средство не могло сравниться с ним по комфорту и чистоте, простоте конструкции и удобству обслуживания. Его основными элементами были электродвигатель, батареи, контрольный реостат для регулирования скорости и простая передача. Трансмиссия отсутствовала, а значит, и передачи для переключения.»

В то же время появились двигатели внутреннего сгорания на бензине, но их было трудно эксплуатировать. Владельцы, которые могли себе это позволить, нанимали шофера для ремонта и вождения сложных машин.

Главным ограничением электромобилей было небольшое расстояние, которое они могли преодолеть на одном заряде батареи. Поскольку они были наиболее эффективны в городах, их адаптировали для городских богачей с предметами роскоши, такими как «мягкие кресла, часы, лампы для чтения, дамский туалетный чемодан, мужской набор для курения, цветочная ваза из хрусталя и шелковые занавески». Торговые районы привлекали состоятельных клиентов бесплатными зарядными станциями. Владельцы, которые могли себе это позволить, использовали сервисные центры рядом со своими домами. Электромобили забирали, заряжали, чистили ночью и доставляли обратно хозяину на следующий день.

Жена Генри Форда любила свой Detroit Electric Model 47 Brougham 1914 года (у Brougham была крыша над пассажирами, но не над водителем) и ездила на нем до 1930-х годов, пока серийные Model T ее мужа вытесняли из мира такие же автомобили, как у нее. Роскошный электромобиль, как у миссис Форд, стоил 3000 долларов. Model T стоил 300 долларов.

Бензин неуклонно дешевел благодаря открытиям месторождений нефти. Изобретение электрического стартера в 1912 году стало прорывом: водителям больше не приходилось рисковать сломанными зубами или вывихнутым плечом, чтобы завести машину. Все, что им нужно было сделать, это нажать кнопку. Кроме того, сеть загородных асфальтированных дорог быстро развивалась. Как только в 1920-х годах начали асфальтировать грунтовые дороги, бензиновые автомобили рванули далеко в сельскую местность и оставили позади городские электрические.

Конкуренты Tesla сначала были озадачены, а затем обеспокоены особенностью бизнес-модели Tesla. Аналитики начали понимать, что электромобили (известные как EV - electric vehicles) станут разрушителями сложившего уклада не только среди автопроизводителей.

Под угрозой оказались и автодилеры. В эссе под названием «Выживут ли автосалоны после революции EV» онлайн-сервис выставления счетов Aria написал в 2018 году:

«Сегодня автодилеры получают большую часть дохода (44%) от запчастей и обслуживания. Когда дело доходит до электромобилей, это настоящая проблема, потому что они требуют очень мало в плане традиционного обслуживания автомобиля. Их электродвигатели и односкоростные приводы исключают необходимость замены масла, проверки трансмиссионной жидкости и охлаждающей жидкости радиатора, замены приводного ремня и воздушного фильтра, а также многих других услуг, приносящих доход, которые дилеры теперь считают само собой разумеющимися».

С точки зрения четырех источников большинства проблем в машинах — движущихся частей, текущих жидкостей, электричества и температурных напряжений — электромобили проще в обслуживании во всех отношениях. Единственная жидкость, которую заправляет клиент, — это жидкость для стеклоочистителей — никакого бензина, никакого масла для замены и никакой охлаждающей жидкости двигателя. В то время как у традиционного двигателя и трансмиссии около 2000 движущихся частей, у двигателя и трансмиссии электромобиля всего двенадцать движущихся частей. Нет ни стартера, ни распределителя, ни карбюратора, ни свечей зажигания, ни прокладок, ни клапанов, по сути, вообще нет двигателя; также нет топливного насоса, водяного насоса, шлангов, сцепления, глушителя, выхлопной трубы и каталитического нейтрализатора. Все с трудом завоеванные знания о том, как обращаться с этими вещами, стали бесполезными, годными только для поддержания антиквариата.

Два электродвигателя между колесами обеспечивают мощность в 670 лошадиных сил, что позволяет разогнать автомобиль с места до 100 км/ч за 3-5 секунд. Низкорасположенная аккумуляторная батарея обеспечивает автомобилю очень низкий центр тяжести и, следовательно, исключительно хорошую управляемость.

Двенадцать подвижных частей электродвигателя и трансмиссии обеспечивают мощность колес с эффективностью 95%. Двигателю внутреннего сгорания повезло, если он получает 30% — это означает, что 70% его энергии тратится впустую в виде тепла, вибрации, трения и шума. Высокая температура, вызванная всем этим молотящим металлом, в сочетании с присущим сгоранию теплом, увеличивает износ всех подвижных частей, и поэтому для поддержания работы системы требуются сложная система жидкостного охлаждения и вентилятор. Напротив, сверхэффективный электродвигатель генерирует так мало тепла, что его можно охлаждать воздухом (справедливости ради, аккумуляторная батарея электромобиля может генерировать много тепла, особенно при быстрой зарядке или разрядке. По этой причине большинство электромобилей имеют собственную встроенную систему жидкостного охлаждения с насосом и радиатором, но жидкость почти никогда не требует замены).

Анализ, проведенный журналом Consumer Reports в 2022 году, показал, что «владельцы электромобилей могут сэкономить от 1800 до 2600 долларов США на эксплуатационных расходах и расходах на техническое обслуживание на каждые 20 тыс. км. пробега… по сравнению с водителями автомобилей, работающих на бензине».

Поскольку Tesla начинала с нуля, как производитель полностью электрических автомобилей, у нее было преимущество в виде ясности цели. Компания производила только один вид автомобилей, и он настолько радикально отличался от автомобилей с ДВС, что Tesla могла свободно переосмыслить все с нуля. С меньшим количеством деталей автомобиль было проще производить. Его аппаратное и программное обеспечение могли быть тесно интегрированы, что позволяло владельцу легко и постоянно обновлять программное обеспечение.

В 2021 году Tesla представила мегалитейное производство как способ изготовления всего днища Model Y всего из двух частей. Машины впрыскивают потоки расплавленного алюминия в форму для холодного литья, которая может всего за восемьдесят секунд выдать целое шасси, которое раньше содержало более сотни деталей, которые нужно было сварить, склеить. Старый процесс приводил к появлению щелей, дребезжания и утечек. «Так что из ужасного кошмара это превратилось во что-то безумно дешевое, простое и быстрое», — говорит Маск.

Сегодня отрасль в целом все больше следует практикам, созданным Tesla. В 2023 году стандарт зарядного порта Tesla был принят ее ведущими конкурентами Ford и General Motors, и их автомобили приветствовались на тысячах станций суперзарядки Tesla. После того, как Маск бросил вызов своим инженерам разработать способ «цельного мегалитья» большей части днища своих автомобилей, в 2021 году Tesla начала применять эту технологию на всех своих заводах. Мегалитье имело так много преимуществ, что шесть автопроизводителей в Китае и Volvo в Европе немедленно скопировали эту практику.

В итоге

Ошеломляющий успех Tesla, в том числе финансовый (см. табл. с капитализацией ниже), в сочетании с давлением правительств на все автомобильные компании с целью замены грязного топлива на чистое электричество вынудили всю отрасль вступить в новую эру. Всего через десять лет после появления Tesla каждая крупная автомобильная компания в мире либо предлагала полностью электрическую модель, либо публиковала планы сделать это. Даже АвтоВАЗ.

Стоимость акций автопроизводителей, млрд долл.:

Ниже представлен графический обзор развития современного сектора электроавтомобилей (EV).

Как и говорилось выше, электроавтомобили вышли на рынок в 2012 году. С тех пор их доля только растет.

В 2024 г. будет продано 17 млн электромобилей. Продажи электромобилей составят 20% от всех продаж новых автомобилей. Китай – основной рынок сбыта электроавтомобилей.

Общее кол-во электромобилей в мире достигло 40 млн ед. (без учета HEV). Для сравнения: в России всего 43 млн легковых автомобилей.

Под электроавтомобилями чаще всего подразумевают только BEV и PHEV типы автомобилей. По тексту электроавтомобили будут сокращенно называться "EV" (electric vehicles).

Лидером по доле электрокаров в общем объеме новых проданных машин являются страны Северной Европы и Китай.

Если смотреть на макрорегионы, то Китай безоговорочный лидер по доле EV в продажах.

Темпы перехода на электромобили будут зависеть от их стоимости. Ожидается, что конкуренция и инновации приведут к дальнейшему снижению цен. К примеру, стоимость батарей для EV с 2010 г. снизилась на 90%.

В Китае более 60% электромобилей, проданных в 2023 г., уже были дешевле, чем аналоги на традиционном топливе. И это без учета субсидий на их покупку.

В 2023 г. на внутреннем рынке КНР продавалось около 50 доступных моделей электромобилей, многие из которых можно было купить дешевле $15 000. В Европе и США электрокары, особенно в начальном и среднем ценовых сегментах, все еще дороже аналогичных автомобилей на ископаемом топливе, что отпугивает многих покупателей, несмотря на потенциальную экономию.

В отношении транснациональных компаний и Китая существует довольно предсказуемый цикл. Он выглядит следующим образом:

Шаг 1. Транснациональная компания размещает свои заводы в Китае, соблазненная сочетанием дешевого производства, крупных контрактов и мечты об огромных рыночных возможностях.

Шаг 2. Китай присваивает технологии транснациональной компании посредством сочетания совместных предприятий, поглощений, обратного проектирования и шпионажа.

Шаг 3. Китайские компании вытесняют транснациональные компании с китайского рынка.

Шаг 4. Китайские компании выходят на экспорт и вытесняют транснациональные компании на мировых рынках.

Все эти шаги и проделал Китай в EV секторе.

Шаг 1. Большинство крупнейших мировых автопроизводителей разместило производство в Китае. Теперь доля выручки от их бизнеса в Поднебесной составляет 10-40% в общей выручке компаний.

Шаг 2. Китай освоил технологии. Качество автомобилей, произведенных в Китае, в т.ч. и китайских брендов, теперь на уровне многих европейских, корейских, японских и американских автомобилей.

Оценить надежность "китайцев" непросто, например, они почти не представлены в Европе, где можно было бы сравнивать их с привычными нам моделями. В немецком рейтинге TUV или английском WarrantyDirect просто нет данных по авто из Поднебесной, а вот американская компания J.D. Power, которая имеет подразделение в Китае уже не первый год публикует рейтинги китайского автопрома.

Исследования J.D. Power включают анализ проблем, возникших после трех лет эксплуатации автомобилей (рейтинг VDS), анализ проблем в течение первых трёх месяцев эксплуатации (рейтинг IQS), а так же потребительские качества автомобилей (рейтинг APEAL).

Исследование 2023 года основано на ответах 37 973 владельцев транспортных средств, которые приобрели свои автомобили в период с декабря 2018 года по май 2022 года. Исследование охватывает 247 моделей 46 различных марок и проводилось с января по июнь 2023 года в 81 крупном городе по всему Китаю.

Результаты исследования J.D. Power показывают, китайские автомобили приблизились по уровню качества к зарубежным аналогам.

Шаг 3. Китайские компании вытесняют зарубежные с местного рынка.

Пожалуй, нет лучшего примера быстрого перехода Китая к электромобилям, чем BYD. Автопроизводитель успешно перешел от автомобилей с двигателем внутреннего сгорания к электромобилям с аккумуляторной батареей и подключаемым гибридам. Компания делает это с головокружительной скоростью, наращивая производство темпами, о которых европейские или американские производители могут только мечтать.

С 2018 года BYD увеличила продажи с 200 000 автомобилей в год до более чем 3 миллионов в 2023 году, все из которых электромобили.

В результате BYD превзошел Volkswagen как самый продаваемый автомобильный бренд в Китае.

На мировом рынке BYD теперь производитель №2 «чистых» электрокаров (BEV).

Сегодня самый продаваемый автомобиль в мире — электромобиль. Tesla поставила более 1,2 млн единиц Model Y, больше, чем любая другая модель автомобиля, включая автомобили с ДВС. Между тем, по Model-3, на шестом году производства, продажи увеличились на 11% до 529 000 единиц.

У BYD было пять моделей в глобальном топ-10, причем Song и Qin были самыми продаваемыми в мире среди PHEV.

Но если оценивать BYD по сумме BEV+PHEV, то китайская компания теперь №1 на рынке электрокаров. Ее производственные мощности почти в 1,5 раза больше, чем у Tesla.

Знаменитая фраза Энцо Феррари: «Ferrari всегда будет производить на одну машину меньше, чем требует рынок» до сих пор глубоко укоренилась в ДНК Ferrari.

Но у китайцев другой подход. Они агрессивно демпингуют для поддержания высоких темпов роста продаж...Во многом поэтому операционная маржа производителей из Китая заметно ниже среднего уровня.

Уровень конкуренции на китайском рынке сейчас такой, что для роста продаж автопроизводители постоянно снижают цены. На внутреннем рынке отмечается тенденция к перепроизводству автомобилей. Все это приводит к Шагу №4.

Шаг 4. Китайцы начали экспансию на мировой рынок. Разница между объемом производства и потреблением автомобилей в Китае увеличивается. «Излишек»идет на экспорт.

В 2023 г. Китай стал экспортером автомобилей №1, обогнав Японию.

Хотя большинство новостей о китайских автомобилях в Европе и Северной Америке сосредоточены на электромобилях, они не являются крупнейшим экспортным товаром, поскольку Китай продолжает поставлять большое количество обычных автомобилей в Азию, на Ближний Восток, Россию и в Африку.

Однако продажи электромобилей в Европу растут больше всего, а доля электромобилей в экспорте автомобилей Китая выросла до 25 процентов с 15 процентов всего два года назад.

Китайские автомобили были встречены на Западе неоднозначно, поскольку ажиотаж по поводу ценовых преимуществ в сегменте все еще очень дорогих электромобилей столкнулся с опасениями по поводу безопасности и качества. Большие претензии также и к ценообразованию на автомобили. В США и Европе вводятся меры по ограничению поставок автомобилей из Китая.

В деньгах экспорт «чистых» электрокаров (BEV) из Китая составил в прошлом году 34 млрд долл.

По данным первого полугодия 2023, Россия стала рынком №1 для экспорта автомобилей из Китая. Почти весь объем продаж - автомобили на бензине/дизеле.

Другие страны интересуются в основном электрокарами.

С 2021 г. статья экспорта из Китая в Россию «Транспортные средства, комплектующие и запчасти» выросла в деньгах более чем в 5 раз.

«Легковые транспортные средства» - самая быстрорастущая категория экспорта из КНР в Россию.

Во многом благодаря автомобилям Россия вошла в топ-8 партнеров КНР по экспорту (уровень Индии и Ю.Кореи).

Рынок США для Китая пока закрыт. Но Китай умеет ждать…

На рынке США лидируют американские компании во главе с Tesla.

Индийский рынок небольшой, но быстрорастущий. Пока на нем доминирует местная Tata.

Крупнейшая автомобильная компания мира Тойота считает, что путь к полной электрофикации автомобилей займет гораздо больше времени и инвестирует в гибриды (HEV) и подключаемые гибриды (PHEV).

В последнем финансовом году только 1,1% продаж Toyota/Lexus приходился на BEV, тогда как доля гибридов составила 35% от проданных автомобилей. И объемы HEV растут.

Надо отметить, что Toyota не одинока в данном вопросе. Если не брать во внимание технологии экономии топлива, применяемые для ДВС, то технологии чистых гибридов (HEV) у крупнейших автопроизводителей пока более востребованы, чем PHEV или BEV. См. рисунок ниже.

Батареи

Стоимостьаккумулятора составляет от 14 до 35% от стоимости электроавтомобиля (сейчас автопроизводители чаще всего гарантируют 8 летний период работы батарей).

Цена аккумуляторной батареи для электромобилей зависит от различных факторов, таких как стоимость сырья, производственные затраты, сложность упаковки и стабильность цепочки поставок. Одним из главных факторов является химический состав.

В 2021 году на рынке аккумуляторов доминировали аккумуляторы NCM с долей рынка 58%, за ними следовали LFP и NCA, занимавшие по 21% каждый. См. табл.

Прогнозируется, что к 2026 году доля рынка LFP увеличится почти вдвое и достигнет 38%. Доля NCM составит 45% рынка, а доля NCA, как ожидается, снизится до 7%.

Средняя стоимость ячейки в прошлом году составила порядка 100-150 долл. за кВт·ч. Это все еще дорого, но в 2010 году она составляла 1200 долл. за кВт·ч!

Самым дорогим компонентом батареи является катод. Это положительно заряженный электрод, и когда батарея разряжается, как электроны, так и положительно заряженные молекулы перетекают от анода к катоду, который сохраняет их до тех пор, пока батарея не будет заряжена снова.

Вот почему катод так важен — он, по сути, определяет производительность, диапазон и термическую безопасность батареи, а следовательно, и самого электромобиля. Катоды состоят из различных очищенных форм металлов в зависимости от конкретной химии элемента. Обычные составы катода включают литий-железо-фосфат, литий-никель-марганец-кобальт и литий-никель-кобальт-алюминий-оксид.

Все, что находится за пределами катода, составляет 49% стоимости ячейки.Производственный процесс составляет значительную часть затрат — порядка 24%. Анод — еще один важный компонент батареи, составляющий 12% стоимости. Анод в литий-ионной ячейке обычно изготавливается из натурального или синтетического графита, который дешевле, чем сырье, используемое для катода.

У Китая почти 60% мирового рынка аккумуляторных батарей для EV.

По данным Fortune Business Insights , объем мирового рынка аккумуляторов для электромобилей вырастет до 100 млрд долл. к 2029 г.

В 2023 году BYD обогнала LG Energy Solution и заняла второе место среди производителей. Это было обусловлено спросом со стороны собственных моделей EV и ростом заказов от сторонних организаций, включая поставку аккумуляторов для произведенных в Германии Tesla Model Y, Toyota bZ3, Changan UNI-V, Venucia V-Online, а также нескольких моделей Haval и FAW.

Китайская компания CATL — крупнейший в мире поставщик батарей для электромобилей — сделала два важных анонса, которые могут повлиять на весь рынок автомобилей без двигателей внутреннего сгорания. В апреле CATL сообщила о начале выпуска литий-железо-фосфатных (LFP) аккумуляторов с гарантийным сроком эксплуатации 15 лет (или 1,5 млн км.), с заявленной дальностью хода 1000 км от одной зарядки. Кроме отличного запаса хода новые батареи поддерживают технологию быстрой зарядки, благодаря которой восполнение энергии аккумулятора идет со скоростью 1 км дальности хода за секунду. Другими словами, пять минут зарядки будет хватать на 300 км пути. Конечно, для этого и зарядные станции должны поддерживать новую технологию: CATL объявила о планах вместе с партнерами построить сеть из 600 станций нового поколения в 271 городе Китая. Батареи Shenxing Plus являются усовершенствованной версией аккумуляторов Shenxing, представленных всего восемь месяцев назад и предлагавших запас хода до 700 км, так что прогресс менее чем за год получился весьма существенный.

CATL поставляет батареи для Tesla, Mercedes, Volvo, Hyundai, Kia, а также для многих китайских автопроизводителей.

В отличие от конкурентов, которые для производства батарей, кроме лития, используют никель, марганец и кобальт, CATL в свое время сделала ставку на LFP-батареи: фосфат железа в изобилии имеется в природе и обходится дешевле, чем вышеупомянутые компоненты. Изначальная проблема LFP-батарей — низкая плотность хранения заряда — была решена в аккумуляторах Shenxing Plus, которые обеспечивают плотность хранения заряда на уровне 205 Вт*ч/кг.

В начале 2024-го CATL пообещала снизить цены на батареи в течение года на 50%, что должно положительно повлиять как на появление большего количества недорогих электрокаров, так и на общий рост поставок автомобилей без ДВС.

Сырье

Критически важными для производства батарей являются несколько видов минералов.

Растущий спрос на ключевое «аккумуляторное» сырье, в т.ч. вызванный переходом на электромобили, может привести к дефициту предложения сырья от 10 до 40%, который обеспечит потенциальную инвестиционную возможность для компаний, занимающихся разведкой и добычей полезных ископаемых.

Для примера, ячейки средней батареи емкостью 60 киловатт-часов того же размера, что и в Chevy Bolt, содержали примерно 185 килограммов минералов.

Тем не менее, благодаря наблюдавшемуся недавно инвестиционному буму в области разведки и добычи, цены на сырье для аккумуляторов пока вернулись к уровню 2021 года.

МВФ обращает внимание на логистические риски: «Важнейшие полезные ископаемые чрезвычайно уязвимы в случае сбоев в торговле… Две трети мирового кобальта добывается… в одном только Конго. Тройка крупнейших производителей никеля и лития контролирует более 60% поставок. Добыча сырой нефти, по сравнению с этим, гораздо более диверсифицирована».

Источник