氫能交通研究：氫油平衡最早有望在2026年實現(xiàn)

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我國從“十五”開始就把氫燃料電池轎車作為新動力轎車“三縱三橫”開展路徑之一。2020年9月，國家五部委共同發(fā)布《關于開展燃料電池轎車演示應用的告訴》，提出對燃料電池轎車演示采納“以獎代補”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個演示城市群已連續(xù)啟動。跟著國家獎勵方針的出臺，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，國家開展變革委、動力局聯(lián)合發(fā)布《氫能工業(yè)開展中長期規(guī)劃(2021–2035年)》(以下簡稱《規(guī)劃》)，這是氫能工業(yè)的國家頂層規(guī)劃?！兑?guī)劃》定位氫能是未來國家動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)和未來工業(yè)要點開展方向，并提出到2025年氫燃料電池車保有量達到5萬輛的開展方針。

氫能交通開展概況

1、全球氫能交通開展現(xiàn)狀

到2021年末，全球氫燃料電池轎車保有量約50000輛。其間，韓國因為政府對車輛購置的高額補助和出產(chǎn)企業(yè)的活躍推動，燃料電池轎車保有量超過18 289輛，僅2021年就新增超8 000輛;美國保有量為12 272輛;我國保有量8 938輛，位居全球第三。

到2021年末，全球累計建成加氫站約700座。其間，我國已累計建成220座，累計投入運營178座，位居全球榜首;日本已投營加氫站154座，緊隨其后;德國累計投營加氫站也超過了100座。我國加氫站以服務氫燃料電池商用車為主;其他國家加氫站則首要服務于氫燃料電池乘用車。

2、國內(nèi)氫能交通應用遠景

近幾年我國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，當時我國投營的加氫站首要為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，例如我國石化為冬奧會服務的北京延慶慶園街站、王泉營站以及河北西灣子加氫站等。

因為氫燃料電池車輛能量密度更大、自重更低，在中遠程、中重型商用車范疇應用遠景廣闊。依據(jù)我國轎車工程學會統(tǒng)計，當時我國重卡保有量已突破800萬輛，跟著國三規(guī)范重卡的加快淘汰及部分地區(qū)對國四規(guī)范柴油車采納限行辦法，未來5～10年有望釋放高達600萬輛的重卡替換商場。與電動重卡比較，氫燃料電池重卡有許多優(yōu)勢，信任氫燃料電池重卡有望成為氫能交通應用場景的重要組成部分。

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)首要考慮車輛的購置本錢、運營本錢(含燃料、穩(wěn)妥、修理及人工等)以及作廢殘值，計算公式可定義為：TCO=購車本錢+動力費用+維保費用+人工本錢-作廢殘值。在購車本錢必定的情況下，TCO首要受燃料價格動搖影響。假定氫氣價格35元/kg(不考慮加氫補助)，柴油價格9元/L(參照當時商場價)，充電價格1.2元/kW·h(含電價和服務費);柴油車尿素消耗量為柴油的5%(v)，尿素價格4元/L，柴油車尿素費用計入動力費用，其它運營費用參照商場價預算;假定同一用處、不同燃料類型的車輛在全生命周期內(nèi)行進路程完全相同，運用壽命共同按照5年，年行進天數(shù)350天，日行進路程150 km;氫燃料電池車在“以獎代補”方針期內(nèi)享受購車補助，補助規(guī)范按照中心和地方1:1的比例配套，并以榜首年獎勵額度作為基準。

2、全生命周期本錢剖析

別離計算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)動動力情況下的TCO，如表1所示。不考慮購車補助，平等配置的柴油車購車本錢最低，氫燃料電池車購車本錢最高。例如，同樣是4.5噸廂式物流車，柴油版為10萬元，電動版為18萬元，氫燃料電池版高達60萬元。運營本錢上，在滿意氫氣價格不高于35元/kg前提下，中小型車輛(13噸以下物流車和冷鏈車)采用氫動力的運營本錢現(xiàn)已低于柴油車，49噸重卡和公交車因為百公里氫耗較大，導致運營本錢依然高于柴油車和電動車。比較補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，是純電動車的1.7～1.8倍。

在考慮購車補助的情況下，4.5噸氫燃料電池物流車購買本錢與純電動車挨近，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買本錢僅30萬元左右，明顯低于柴油車和電動車，且單位TCO也降至6.02元，僅為平等柴油車的1.1倍、純電動車的1.2倍。

到2025年，我國將連續(xù)建成一批可再生動力制氫項目，如我國石化新疆庫車2萬噸/年光伏制氫項目、鄂爾多斯3萬噸/年風光制氫項目等;屆時賤價綠氫將成為交通范疇重要的動力供應，氫氣價格有望降至30元/kg。另一方面，估計未來油價仍堅持高位，充電價格將小幅下降(服務費跟著競爭加重會逐步下降，但電動車對充電需求增大會導致電網(wǎng)負荷加重，用電高峰期電價可能更高)。估計2025年柴油價格8元/L，充電價格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，電動車4.83元，均有不同程度的下降。

3、氫燃料電池車競爭力剖析

氫燃料電池車與柴油車和純電車比較具有許多優(yōu)勢：(1)從經(jīng)濟性上看，在國家演示城市群方針期內(nèi)，補助后氫燃料電池車的購車本錢現(xiàn)已挨近乃至低于柴油車和純電車，且單位TCO與柴油車和純電動車比較也具有必定競爭力。往后跟著電堆體系規(guī)劃化出產(chǎn)、技術進步以及加氫本錢的降低，氫燃料電池車的經(jīng)濟性有望進一步凸顯，迎來爆發(fā)式增加;(2)從運用便利性上看，氫燃料電池車具有與柴油車類似的便捷性，加氫時間遠遠短于充電時間，單次續(xù)駛路程比電動車更長，且同款車型載重量要高于電動車，同時還能滿意重載、低溫環(huán)境啟動等嚴苛條件的要求，在中長途運輸方面更具有優(yōu)勢;(3)從環(huán)保視點看，氫燃料電池車與電動車相同具有零排放優(yōu)勢，每運用1 kg氫氣代替汽柴油可減排10～15 kg二氧化碳，且無NOx及顆粒物排放，關于在交通范疇完成“碳達峰”和“碳中和”方針具有重要推動作用。

氫能交通本錢下降趨勢及猜測

1、電堆體系本錢下降趨勢

美國動力部(DOE)曾猜測，當燃料電池體系量產(chǎn)規(guī)劃達到1000套/年時，體系本錢有望降至200美元/kW;當量產(chǎn)規(guī)劃達到1萬套/年時，體系本錢有望降至120美元/kW左右。2021年，我國燃料電池體系企業(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口，導致電堆體系本錢在5 000元/kW左右。跟著榜首批國家演示城市群正式啟動運轉(zhuǎn)，燃料電池體系出貨量必然迎來快速增大，有望帶來本錢的大幅下降。到2025年，我國燃料電池車輛累計推行將超過5萬輛，主流體系制造企業(yè)量產(chǎn)規(guī)劃有望達到1臺套/年，猜測體系本錢下降40%～50%至2 500元/kW乃至更低詳見圖2;猜測到2030年將降至740～1 200元/kW，若方針強力推動將降至400～800元/kW。即便在國家補助規(guī)范逐年退坡的情況下，體系本錢仍將堅持快速下降趨勢

2、整車本錢組成及下降趨勢

當時，受限于燃料電池出貨量少、研發(fā)本錢高、部分組件需要進口等原因，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140萬元。其間燃料電池體系功率130 kW，本錢約65萬元，占比46%;車載儲氫體系(約40 kgH2)本錢約25萬元，占比18%;需裝備動力電池120kW·h，本錢占比9%;此外電機及驅(qū)動體系占比約13%;車身及其他部分占比14%，詳見圖3。因為大量要害零部件沒有國產(chǎn)化，依靠進口，燃料電池和儲氫體系的本錢合計占比達64%，是現(xiàn)階段燃料電池車輛本錢昂揚的首要原因。

依據(jù)上文猜測，到2025年電堆體系本錢將下降40%～50%，車載儲氫體系本錢也有望按平等水平下降。因而，估計方針期結束后，49噸燃料電池重卡的整車本錢將降至90～100萬元，與純電動重卡根本共同。

3、動力本錢下降趨勢及平衡點猜測

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

結論

在國家燃料電池轎車演示應用方針期內(nèi)，氫能在交通行業(yè)尤其是中遠途、中重型商用車范疇逐步具有與傳統(tǒng)燃油車和純電動車相媲美的競爭力。跟著技術進步及規(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，跟著國家“雙碳”戰(zhàn)略的推動及燃料電池轎車演示方針的推動，氫能在交通運輸范疇將得到大規(guī)劃應用，助力我國交通動力行業(yè)順利完成“碳達峰”和“碳中和”。