氫能交通研究：氫油平衡最早有望在2026年實(shí)現(xiàn)

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我國(guó)從“十五”開(kāi)始就把氫燃料電池轎車作為新動(dòng)力轎車“三縱三橫”開(kāi)展路徑之一。2020年9月，國(guó)家五部委共同發(fā)布《關(guān)于開(kāi)展燃料電池轎車演示應(yīng)用的告訴》，提出對(duì)燃料電池轎車演示采納“以獎(jiǎng)代補(bǔ)”的鼓舞辦法。近期，榜首批發(fā)布的京津冀、上海和廣東以及第二批發(fā)布的河南及河北5個(gè)演示城市群已連續(xù)啟動(dòng)。跟著國(guó)家獎(jiǎng)勵(lì)方針的出臺(tái)，各地紛紛發(fā)布了一系列燃料電池轎車工業(yè)規(guī)劃及支持方針。2022年3月，國(guó)家開(kāi)展變革委、動(dòng)力局聯(lián)合發(fā)布《氫能工業(yè)開(kāi)展中長(zhǎng)期規(guī)劃(2021–2035年)》(以下簡(jiǎn)稱《規(guī)劃》)，這是氫能工業(yè)的國(guó)家頂層規(guī)劃?！兑?guī)劃》定位氫能是未來(lái)國(guó)家動(dòng)力體系的重要組成部分，是用能終端完成綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要載體，氫能工業(yè)是戰(zhàn)略性新興工業(yè)和未來(lái)工業(yè)要點(diǎn)開(kāi)展方向，并提出到2025年氫燃料電池車保有量達(dá)到5萬(wàn)輛的開(kāi)展方針。

氫能交通開(kāi)展概況

1、全球氫能交通開(kāi)展現(xiàn)狀

到2021年末，全球氫燃料電池轎車保有量約50000輛。其間，韓國(guó)因?yàn)檎畬?duì)車輛購(gòu)置的高額補(bǔ)助和出產(chǎn)企業(yè)的活躍推動(dòng)，燃料電池轎車保有量超過(guò)18 289輛，僅2021年就新增超8 000輛;美國(guó)保有量為12 272輛;我國(guó)保有量8 938輛，位居全球第三。

到2021年末，全球累計(jì)建成加氫站約700座。其間，我國(guó)已累計(jì)建成220座，累計(jì)投入運(yùn)營(yíng)178座，位居全球榜首;日本已投營(yíng)加氫站154座，緊隨其后;德國(guó)累計(jì)投營(yíng)加氫站也超過(guò)了100座。我國(guó)加氫站以服務(wù)氫燃料電池商用車為主;其他國(guó)家加氫站則首要服務(wù)于氫燃料電池乘用車。

2、國(guó)內(nèi)氫能交通應(yīng)用遠(yuǎn)景

近幾年我國(guó)氫燃料電池車輛推行及加氫站建造呈現(xiàn)較快增加。已推行的氫燃料電池車中，物流車占比約60%，公交車占比約25%，其他首要為市政環(huán)衛(wèi)、渣土車等特種作業(yè)車以及氫能重卡。在加氫站建造方面，當(dāng)時(shí)我國(guó)投營(yíng)的加氫站首要為35 MPa氣氫加氫站，規(guī)劃加氫能力多為500 kg/天;部分企業(yè)開(kāi)始演示加注壓力70 MPa、加氫能力1 000 kg/天以上的加氫站，例如我國(guó)石化為冬奧會(huì)服務(wù)的北京延慶慶園街站、王泉營(yíng)站以及河北西灣子加氫站等。

因?yàn)闅淙剂想姵剀囕v能量密度更大、自重更低，在中遠(yuǎn)程、中重型商用車范疇?wèi)?yīng)用遠(yuǎn)景廣闊。依據(jù)我國(guó)轎車工程學(xué)會(huì)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)時(shí)我國(guó)重卡保有量已突破800萬(wàn)輛，跟著國(guó)三規(guī)范重卡的加快淘汰及部分地區(qū)對(duì)國(guó)四規(guī)范柴油車采納限行辦法，未來(lái)5～10年有望釋放高達(dá)600萬(wàn)輛的重卡替換商場(chǎng)。與電動(dòng)重卡比較，氫燃料電池重卡有許多優(yōu)勢(shì)，信任氫燃料電池重卡有望成為氫能交通應(yīng)用場(chǎng)景的重要組成部分。

氫燃料電池車全生命周期本錢剖析

1、根本假定

轎車全生命周期具有本錢(total cost of ownership，TCO)首要考慮車輛的購(gòu)置本錢、運(yùn)營(yíng)本錢(含燃料、穩(wěn)妥、修理及人工等)以及作廢殘值，計(jì)算公式可定義為：TCO=購(gòu)車本錢+動(dòng)力費(fèi)用+維保費(fèi)用+人工本錢-作廢殘值。在購(gòu)車本錢必定的情況下，TCO首要受燃料價(jià)格動(dòng)搖影響。假定氫氣價(jià)格35元/kg(不考慮加氫補(bǔ)助)，柴油價(jià)格9元/L(參照當(dāng)時(shí)商場(chǎng)價(jià))，充電價(jià)格1.2元/kW·h(含電價(jià)和服務(wù)費(fèi));柴油車尿素消耗量為柴油的5%(v)，尿素價(jià)格4元/L，柴油車尿素費(fèi)用計(jì)入動(dòng)力費(fèi)用，其它運(yùn)營(yíng)費(fèi)用參照商場(chǎng)價(jià)預(yù)算;假定同一用處、不同燃料類型的車輛在全生命周期內(nèi)行進(jìn)路程完全相同，運(yùn)用壽命共同按照5年，年行進(jìn)天數(shù)350天，日行進(jìn)路程150 km;氫燃料電池車在“以獎(jiǎng)代補(bǔ)”方針期內(nèi)享受購(gòu)車補(bǔ)助，補(bǔ)助規(guī)范按照中心和地方1:1的比例配套，并以榜首年獎(jiǎng)勵(lì)額度作為基準(zhǔn)。

2、全生命周期本錢剖析

別離計(jì)算4.5噸物流車、冷鏈車、13噸物流車、49噸重卡以及城市公交車別離采用氫能、柴油和電作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力情況下的TCO，如表1所示。不考慮購(gòu)車補(bǔ)助，平等配置的柴油車購(gòu)車本錢最低，氫燃料電池車購(gòu)車本錢最高。例如，同樣是4.5噸廂式物流車，柴油版為10萬(wàn)元，電動(dòng)版為18萬(wàn)元，氫燃料電池版高達(dá)60萬(wàn)元。運(yùn)營(yíng)本錢上，在滿意氫氣價(jià)格不高于35元/kg前提下，中小型車輛(13噸以下物流車和冷鏈車)采用氫動(dòng)力的運(yùn)營(yíng)本錢現(xiàn)已低于柴油車，49噸重卡和公交車因?yàn)榘俟餁浜妮^大，導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)本錢依然高于柴油車和電動(dòng)車。比較補(bǔ)助前各類車輛的單位TCO(每公里TCO)發(fā)現(xiàn)，氫燃料電池車是同類型柴油車的1.5～1.6倍，是純電動(dòng)車的1.7～1.8倍。

在考慮購(gòu)車補(bǔ)助的情況下，4.5噸氫燃料電池物流車購(gòu)買本錢與純電動(dòng)車挨近，單位TCO降至3.08元，僅比柴油車高0.05元;氫燃料電池冷鏈車的單位TCO已低于柴油車;49噸氫燃料電池重卡購(gòu)買本錢僅30萬(wàn)元左右，明顯低于柴油車和電動(dòng)車，且單位TCO也降至6.02元，僅為平等柴油車的1.1倍、純電動(dòng)車的1.2倍。

到2025年，我國(guó)將連續(xù)建成一批可再生動(dòng)力制氫項(xiàng)目，如我國(guó)石化新疆庫(kù)車2萬(wàn)噸/年光伏制氫項(xiàng)目、鄂爾多斯3萬(wàn)噸/年風(fēng)光制氫項(xiàng)目等;屆時(shí)賤價(jià)綠氫將成為交通范疇重要的動(dòng)力供應(yīng)，氫氣價(jià)格有望降至30元/kg。另一方面，估計(jì)未來(lái)油價(jià)仍堅(jiān)持高位，充電價(jià)格將小幅下降(服務(wù)費(fèi)跟著競(jìng)爭(zhēng)加重會(huì)逐步下降，但電動(dòng)車對(duì)充電需求增大會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)負(fù)荷加重，用電高峰期電價(jià)可能更高)。估計(jì)2025年柴油價(jià)格8元/L，充電價(jià)格1.1元/kW·h，則4.5噸氫燃料電池物流車單位TCO降至2.98元，平等柴油車單位TCO為2.91元，電動(dòng)車2.57元;49噸氫燃料電池重卡單位TCO降至5.42元，平等柴油車單位TCO為5.33元，電動(dòng)車4.83元，均有不同程度的下降。

3、氫燃料電池車競(jìng)爭(zhēng)力剖析

氫燃料電池車與柴油車和純電車比較具有許多優(yōu)勢(shì)：(1)從經(jīng)濟(jì)性上看，在國(guó)家演示城市群方針期內(nèi)，補(bǔ)助后氫燃料電池車的購(gòu)車本錢現(xiàn)已挨近乃至低于柴油車和純電車，且單位TCO與柴油車和純電動(dòng)車比較也具有必定競(jìng)爭(zhēng)力。往后跟著電堆體系規(guī)劃化出產(chǎn)、技術(shù)進(jìn)步以及加氫本錢的降低，氫燃料電池車的經(jīng)濟(jì)性有望進(jìn)一步凸顯，迎來(lái)爆發(fā)式增加;(2)從運(yùn)用便利性上看，氫燃料電池車具有與柴油車類似的便捷性，加氫時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于充電時(shí)間，單次續(xù)駛路程比電動(dòng)車更長(zhǎng)，且同款車型載重量要高于電動(dòng)車，同時(shí)還能滿意重載、低溫環(huán)境啟動(dòng)等嚴(yán)苛條件的要求，在中長(zhǎng)途運(yùn)輸方面更具有優(yōu)勢(shì);(3)從環(huán)保視點(diǎn)看，氫燃料電池車與電動(dòng)車相同具有零排放優(yōu)勢(shì)，每運(yùn)用1 kg氫氣代替汽柴油可減排10～15 kg二氧化碳，且無(wú)NOx及顆粒物排放，關(guān)于在交通范疇完成“碳達(dá)峰”和“碳中和”方針具有重要推動(dòng)作用。

氫能交通本錢下降趨勢(shì)及猜測(cè)

1、電堆體系本錢下降趨勢(shì)

美國(guó)動(dòng)力部(DOE)曾猜測(cè)，當(dāng)燃料電池體系量產(chǎn)規(guī)劃達(dá)到1000套/年時(shí)，體系本錢有望降至200美元/kW;當(dāng)量產(chǎn)規(guī)劃達(dá)到1萬(wàn)套/年時(shí)，體系本錢有望降至120美元/kW左右。2021年，我國(guó)燃料電池體系企業(yè)訂單規(guī)劃尚缺乏1 000套/年，再加上部分零部件依舊依靠進(jìn)口，導(dǎo)致電堆體系本錢在5 000元/kW左右。跟著榜首批國(guó)家演示城市群正式啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，燃料電池體系出貨量必然迎來(lái)快速增大，有望帶來(lái)本錢的大幅下降。到2025年，我國(guó)燃料電池車輛累計(jì)推行將超過(guò)5萬(wàn)輛，主流體系制造企業(yè)量產(chǎn)規(guī)劃有望達(dá)到1臺(tái)套/年，猜測(cè)體系本錢下降40%～50%至2 500元/kW乃至更低詳見(jiàn)圖2;猜測(cè)到2030年將降至740～1 200元/kW，若方針強(qiáng)力推動(dòng)將降至400～800元/kW。即便在國(guó)家補(bǔ)助規(guī)范逐年退坡的情況下，體系本錢仍將堅(jiān)持快速下降趨勢(shì)

2、整車本錢組成及下降趨勢(shì)

當(dāng)時(shí)，受限于燃料電池出貨量少、研發(fā)本錢高、部分組件需要進(jìn)口等原因，氫燃料電池車的整車本錢依然較高。以49噸氫燃料電池重卡為例，整車本錢約140萬(wàn)元。其間燃料電池體系功率130 kW，本錢約65萬(wàn)元，占比46%;車載儲(chǔ)氫體系(約40 kgH2)本錢約25萬(wàn)元，占比18%;需裝備動(dòng)力電池120kW·h，本錢占比9%;此外電機(jī)及驅(qū)動(dòng)體系占比約13%;車身及其他部分占比14%，詳見(jiàn)圖3。因?yàn)榇罅恳α悴考](méi)有國(guó)產(chǎn)化，依靠進(jìn)口，燃料電池和儲(chǔ)氫體系的本錢合計(jì)占比達(dá)64%，是現(xiàn)階段燃料電池車輛本錢昂揚(yáng)的首要原因。

依據(jù)上文猜測(cè)，到2025年電堆體系本錢將下降40%～50%，車載儲(chǔ)氫體系本錢也有望按平等水平下降。因而，估計(jì)方針期結(jié)束后，49噸燃料電池重卡的整車本錢將降至90～100萬(wàn)元，與純電動(dòng)重卡根本共同。

3、動(dòng)力本錢下降趨勢(shì)及平衡點(diǎn)猜測(cè)

當(dāng)氫燃料電池車的TCO本錢降到和燃油車及純電車持平水平時(shí)，即完成氫油平衡和氫電平衡。估計(jì)部分演示城市群四年方針期后補(bǔ)助依然存在，且燃料電池車整車本錢有望下降50%以上。綜合考慮補(bǔ)助及本錢下降趨勢(shì)，未來(lái)燃料電池車購(gòu)車本錢仍將堅(jiān)持在較低水平?；诖?，假定用戶端購(gòu)車本錢堅(jiān)持不變，氫燃料電池車TCO首要受氫氣價(jià)格改變影響。以49噸氫燃料電池重卡為例，不考慮油價(jià)及充電價(jià)格改變，當(dāng)氫氣價(jià)格下降至33元/kg時(shí)，即可完成氫油平衡;當(dāng)氫氣價(jià)格下降至27元/kg時(shí)，即可完成氫電平衡。未來(lái)幾年內(nèi)，氫氣價(jià)格將堅(jiān)持快速下降趨勢(shì)，而油價(jià)和電價(jià)也在動(dòng)態(tài)改變，依據(jù)前文對(duì)2025年氫價(jià)、油價(jià)及電價(jià)的猜測(cè)，氫油平衡的時(shí)間點(diǎn)最快在2026年左右到來(lái)，而氫電平衡最快在2029年完成，詳見(jiàn)圖4。

結(jié)論

在國(guó)家燃料電池轎車演示應(yīng)用方針期內(nèi)，氫能在交通行業(yè)尤其是中遠(yuǎn)途、中重型商用車范疇逐步具有與傳統(tǒng)燃油車和純電動(dòng)車相媲美的競(jìng)爭(zhēng)力。跟著技術(shù)進(jìn)步及規(guī)劃化出產(chǎn)，氫油平衡最早有望在2026年完成，氫電平衡有望在2029年左右完成。展望未來(lái)，跟著國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略的推動(dòng)及燃料電池轎車演示方針的推動(dòng)，氫能在交通運(yùn)輸范疇將得到大規(guī)劃應(yīng)用，助力我國(guó)交通動(dòng)力行業(yè)順利完成“碳達(dá)峰”和“碳中和”。