基于SWOT-AHP-TOPSIS 模型的换电重卡发展对策研究

2023-03-02王雪纯盛进路

商用汽车 2023年5期

王雪纯盛进路

摘要：本研究着眼于换电重卡自身特点，对外部发展环境进行深入分析，全面梳理了中国在发展换电重卡方面的优势、劣势、机会和威胁等因素，构建SWOT 指标体系，运用层次分析法（AHP）对各因素进行权重计算，并根据这些权重来评估战略强度，从而制定出发展战略并提出相应的实施方案。此外，还运用TOPSIS 方法对这些方案进行择优和排序，从而得出最有利于换电重卡未来发展的建议和措施。

关键词：换电重卡；SWOT 分析；AHP 层次分析法；TOPSIS 方法；发展策略

中图分类号：U462 DOI ：10.20042/j.cnki.1009-4903.2023.05.006

0 引言

在双碳背景下，我国正大力推广节能减排以及污染物的防治。随着不可再生资源的减少与枯竭，有利于经济可持续发展的低碳环保正成为主旋律。运输行业作为交通领域的重要组成部分，货物运输使用的车辆排放了大量污染物，其中重卡的排放问题尤为突出。虽然重卡的数量仅占我国汽车保有量的4.4%，但它们排放的氮氧化物和颗粒物分别占到汽车排放总量85%和65%[1]。因此，重卡的电动化是推动交通领域实现节能减排的重要途径，而换电形式是推动传统重卡转型升级的抓手。积极推广和发展换电重卡将成为推进交通行业高质量发展的重要力量，也是实现交通强国目标的重要推力。

1 换电重卡发展的SWOT 分析

目前，换电重卡研究是一个备受关注的热门方向，但我国在该领域的研究仍处于初级阶段，对于换电重卡的实现方式以及换电模式的推广等多方面仍存在不足。本文旨在运用SWOT-AHP 分析方法，对发展换电重卡的内部和外部条件进行全面分析，提供相应的发展方案，并运用TOPSIS 评价方法对各个方案进行评估。通过这种方法，我们可以找出当前最佳的方案，并为未来的发展提供实用的建议。

1.1 优势

⑴排放污染小。

换电重卡主要的动力由电池提供，相比于使用柴油的传统重卡来说，在排放方面具有较为明显的优势。据中华人民共和国生态环境部发布的《中国移动环境管理年报》显示：2022 年，重型货车排放的CO、HC、NOx、PM 污染物量分别为73.5 万t、32.2 万t、432.5 万t 和3.3 万t[2]。比起使用传统重卡，换电重卡产生的污染物要低得多。据测算，每1 000 辆换电重卡每年可以减少14 万t 二氧化碳和1.25 万t 污染物排放[3]。通过比较可以看出，换电重卡在减排方面的优势相当明显。

⑵使用成本低。

换电重卡是通过更换电池来确保车辆的正常运行，其电力消耗成本低于柴油车。相比之下，传统重卡在运营时需要加油，油价的不断上涨增加了日常的使用成本。一般来说，换电重卡每公里的使用成本比传统重卡低1 元左右。此外，在维修及常规保养方面，换电重卡的成本也更低，仅为燃油卡车的50% 左右[4]。

⑶驾驶体验好。

目前市场上销售的换电重卡车型多为自动挡，换挡方便，驾驶更加平稳。此外，与传统重卡使用的发动机相比，换电重卡所用的电机在运行时产生的噪声与振动更小。这些因素将改善驾驶员的驾驶体验，使换电重卡具备更高的舒适性。

⑷换电时间短。

电动重卡分为充电式和换电式2 种。与充电式相比，换电模式的突出优点是能源补给效率更高。换电重卡采用更换电池的操作方式，每次更换电池的时间大约为5 min，相比充电式可以节省大量时间。其换电速度和换电时间的优点甚至可以与传统重卡的加油时间相媲美，使得补能方式更加方便快捷。

1.2 劣势

⑴初始购置成本高。

目前，换电重卡在重卡市场上难以占据大量比例的主要原因是初始购置成本较高。纯电动重卡的终端售价约为65 万～80 万元，部分电池容量较大的电动重卡购买价格甚至在90万元以上，购买成本要远远高于传统重卡（30 万元）[5]。此外，换电重卡还需要购买用于换电的电池，当前换电所用的电池价格较为高昂，也进一步增加了购买成本。

⑵自身的重量过大。

重卡本身自重就较大，而换电重卡的车身由于搭载了供能的电池，重量要比传统重卡更重，例如1 辆电动6×4 牵引车，其电池重量通常超过3 t。车身重量的增加会对换电重卡的运力、运输效率产生较大的影响，也将在一定程度上增加车辆日常保养的费用。

⑶电池续驶里程较短。

由于电池自身存在着能量密度低、续驶时间短的问题，导致电动重卡的续驶里程较短，普遍集中在300 km 以内。此外，由于换电重卡采用换电模式，受到换电站地点限制等原因的影响，使得换电重卡的运输效率较低，难以满足货物中长途的运输需求。这限制了换电重卡的应用场景，多用于行驶范围、行驶路线、行驶时间固定的场合[6]。

⑷行業标准不完善。

由于换电重卡开始发展的时间较晚，行业内许多标准的制定仍处于初级阶段，包括电池标准以及换电站建设2 个方面。换电重卡因车型不同，使用的电池型号存在一定差异，市场上现有的各种电池型号无法通用。此外，因参与换电站建设的主体较多，且各自情况各不相同，电力提供要依赖国家电网等众多因素，导致不同地方换电站的建设缺乏统一的标准。

1.3 机遇

⑴国家各种政策的支持。

近年来，国家层面发布了众多关于换电行业的相关政策，涵盖了换电模式的应用、换电标准的制定、换电试点的推广以及换电体系的完善等方面[7]。表1 示出了扶持换电重卡发展的政策名称及内容。

由此可见，国家一直在积极推动换电行业的发展。重卡作为货物公路运输过程中的重要方式之一，因其门到门的便捷性而长期占据重要地位。当前推进重卡实施换电模式，是积极落实国家政策的表现。

⑵市场规模的不断扩大。

当前，换电重卡的销量正在逐渐扩大，各大车企也在抢占市场，不断推出不同类型的换电重卡。如图1 所示，自2018年开始，电动重卡的销量整体呈上涨趋势。不过，2020 年因疫情影响，销量有明显减少；但从2021 年开始，销量开始增加，到2022 年达到2 万2 659 辆。

自2019 年国家政策开始支持换电模式的推广以来，换电重卡开始在市场上进行销售。从最初的612 辆到如今的1 万2 431辆，实现了较大的增长率。如图2 所示，换电重卡在电动重卡销量中所占比例逐年增加，到2022 年达到54.86%，几乎占据了半壁江山。由此可见，相比于充电式重卡，换电重卡正在逐渐得到青睐，成为电动重卡市场的主要部分。

⑶换电技术的不断发展。

换电重卡的换电方式主要依赖于换电站的建设结构，目前主要使用的换电技术路线为顶吊换电与侧向换电。顶吊式换电结构操作简单，有利于整车上的布置，而侧向换电的自动化和智能化程度高[8]。此外，换电技术的进步推动了电动重卡换电补能方式占比的不断提升，2022 年纯电重卡中换电方式占比达到55%，略高于充电方式的45%。

1.4 威胁

⑴换电站建设存在不足。

换电重卡的实际投入使用需要配备换电站作为支撑，但当前换电站的建设仍面临审批难度大、选址与配电接入难、换电共享化与智能化推动难等诸多挑战[9]。各地的换电站建设审批流程不同，因此在布局规划和选址时需要多方面考虑。同时，配套设施建设的难度大，导致当前换电站的建设仍存在不足。

⑵商业模式发展不成熟。

由于换电重卡的发展历史较短，导致当前的换电重卡运营模式还不够成熟，仍然存在一些难题。换电重卡的客户包括集体、散户等多种群体，而换电站也有自建换电站和公共换电站等不同性质，这使得运营主体和商业模式都存在着较大的差异，在实际换电过程中容易出现混乱。

⑶大面积推广仍有难度。

虽然电动重卡使用换电模式可以提高运营效率，但在推广和使用过程中，换电车型仍面临着不小的挑战[10]。目前换电站的布局分散且不均衡，车辆无法随时随地实现换电，这实际上限制了换电重卡的使用场景。此外，换电重卡目前主要在码头、矿区、厂区等固定运输专线、支线短倒以及一些封闭性场景下应用，应用场景受限。

2 构建换电重卡发展的AHP 模型

构建换电重卡发展的AHP 模型，首先需要理清模型的结构层次。根据前一章SWOT 分析的结果确定目标层、准则层和措施层，具体的模型如图3 所示。

2.1 检验判断矩阵的一致性

结合专家意见，我们对要素两两之间进行了重要程度的比较，构建了目标层和准则层的判断矩阵，使用AHP 分析方法1-9 标度法对判断矩阵进行赋值，这种非方法允许在同一判断层对各种影响因素的重要性进行相互比较，并赋予分值[11]。

随后，我们使用Matlab 软件计算判断矩阵的最大特征值（λmax），并得出一致性指标CI 与随机一致性比率CR[12]。以CR 作为一致性检验的判断标准，当CR 小于0.10 时，表示通过一致性检验；否则需要重新进行调整。计算结果如表2 所示。从结果中我们可以看出，所有的判断矩阵都通过了CR 小于0.10的一致性检验，因此可以进行下一步工作。

2.2 计算AHP 各因素权重

根据最大特征根原理，计算各测度变量的权重（见表3）。

根据各因素总权重进行排序，可以得出准则层的指标对于目标层的重要程度为：优势（S）> 机遇（O）> 劣势（W）> 威胁（T）。同时，各因素对于准则层的重要程度为：S1>O1>S4>S2>02>W1>T1>W2>S3>O3>W3>T2>W4>T3。依据指标层权重值的排序可知，排放污染小是换电重卡发展的最大优势，国家各种政策的支持是推动换电重卡发展的最好机遇，换电重卡成本高是限制发展的最大劣势，换电站建设存在不足是发展的主要威胁。

2.3 确定SWOT 发展战略

以优势、劣势、机会、挑战为坐标轴半轴，建立四象限坐标，劣势和威胁用负数表示。确定计算出的目标层中S、W、T、O总权重对应的点，并将其连接，形成战略四边形分析图（图4）。

计算战略四边形的重心坐标P（X，Y ）=（（S-W）/4，（O-T ）/4）=（0.0229，0.0184），由Ｐ点坐标得出战略方位角θ=tan-1（X / Y ）=arctan（ Y/ X ）=34 °。根据S、W、O、T 的坐标定位，通过计算得出战略正强度U 战略正强度U=OS=0.0976×0.1253=0.0122，战略负强度V=TW=（-0.0240）×（-0.0335）=0.0008。根据战略正强度和负强度的结果，得出戰略强度系数ρ=U/（U+V ）=0.0122/（0.0122+0.0008）=0.94，其中ρ∈ [0，1]。由于ρ=0.94>0.5，因此我国换电重卡的发展战略采取开拓型战略。

2.4 提出具体的战略措施

⑴政府层面上。

国家出台了相关文件，为换电重卡提供了更多的政策支持。这些政策包括减免税费、给予购车补贴、降低电池服务费，以及加大技术研发的支持力度。此外，国家还规范了换电站的选址与建设[13]，制定了相关的技术标准和法律法规，使得换电重卡的发展更加有据可依。在推动试点工作完善的前提下，主管部门还继续宣传节能环保、绿色低碳的发展理念，拓宽应用场景，多角度推动换电重卡的发展。

⑵市场层面上。

通过完善商业模式，推动形成完整的供应链条，营造良好的市场竞争氛围，通过加强合作扩大规模，依靠优势不断抢占市场。同时，加强政府、车企、运输公司以及金融机构等多方合作，更新商业模式，共建新的运营生态。

⑶行业层面上。

业内呼声较高的问题之一是标准，包括电池工程标准、认证标准、运维标准和换电站标准等[14]。行业之间应该形成统一的标准，共享换电技术，研发新型电池专利，解决技术难题，最终推动电池规格、换电模式和换电站建设的标准化。同时，电池与换电模式的标准化将有助于推动换电站建设标准的统一化。

⑷企业层面上。

各企业应该从换电重卡自身的研究出发，通过使用新技术不断创新，减轻换电重卡车辆的自重，提高电池的使用效率。换电重卡商业模式的发展趋势主要依赖于企业，要推动汽车销售企业以及电池企业对“车电分离”运营模式的探索[15]。此外，企业要以身作则，规范自身行为，营造良好的发展环境。

3 建立战略措施的TOPSIS 模型

3.1 建立初始决策矩阵

判断决策方案的重要性需要依靠一定的评价指标。本文将SWOT 分析中的影响因素作为指标，构建决策矩阵。关于具体的等级划分方法，本文参考了决策方案在影响因素中的价值评定标准[16]，并借鉴了物流系統布置设计中的物流强度等级划分方法，确定了一种判断决策方案中各影响因素等级大小的划分标准，详见表4。具体的等级评定见表5。

由于各方案的评分是分数越高，方案越好，同时某一因素对某个方案的分数越高，发挥的作用越大，也就越重要。因此，评价指标类型为极大型指标。根据评定的分数构建初始决策矩阵表（表6）。

3.2 初始决策矩阵标准化

根据矩阵内的各因素指标的标准化公式（1）对初始决策矩阵A 进行标准化，得到标准化决策矩阵B。

将表2 得到的综合权重W1x14=（0.2376，0.0765，0.0338，0.1534，0.0629，0.0354，0.0255，0.0101，0.1854，0.0763，0.0311，0.0493，0.0159，0.0067）T，作为TOPSIS 评价的指标权重系数。得到加权标准化决策矩阵M=W×B。

3.3 确定方案相对贴进度

利用加权标准化决策矩阵找到各个属性的正负理想点，同时计算每个方案的相对贴近度。根据正负理想点的计算公式（2）与距离测度公式（3）可以得到相对贴进度矩阵N。

依据相对贴进度矩阵计算4 个方案的相对贴进度，结果及排序如表7 所示。

3.4 得到发展战略与建议

按照相对贴近度从大到小的顺序对决策方案进行排序，越靠前表明方案越优。结果显示，推动换电重卡发展首先需要企业自身的努力，这与第2 章第2 节得到的各因素对于准则层的重要程度的排名相符合。其中，S1、S4、S2 排名靠前，并且都是换电重卡车辆自身的优势，是需要车企在未来发展过程中继续保持且进一步扩大的。各大车企应不断攻破技术难关，努力克服当前换电重卡自身的缺点，同时进一步发扬扩大换电重卡低碳环保的优势，不断推动其市场占有率。

随着车企的不断发展，换电重卡的市场份额将进一步扩大，形成良好的竞争氛围。同时，市场将不断培育新的商业发展模式，推动企业进一步发展，并不断增加应用场景的多元化。对行业和政府来说，应发挥辅助作用，不断加强对换电重卡各方面的支持，推动电池行业标准和换电站建设水平的标准统一。通过政策、资金等支持为换电重卡未来的发展提供推力。

4 结束语

本文从换电重卡的SWOT 分析入手，梳理了当前发展过程中存在的优劣势，运用AHP 层次分析法构建了符合实际的战略四边形，明确了未来的战略发展方向，并提出了多种对策。通过对发展战略进行TOPSIS 评价，根据不同方案的排序找出了目前换电重卡发展最紧迫的改进方向。在当前环保节能减排的大时代背景下，我们应该充分利用换电重卡自身的优势，推动自身的不断完善，同时扩大市场规模，提高市场占有率。同时，要抓住国家提供的政策支持，克服存在的问题与威胁，推动换电标准与换电站建设的规范，加强换电技术的研究与创新，建立完整的运营体系，以此推动我国重卡行业的高质量发展。

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