汽车安全与节能学报 ›› 2023, Vol. 14 ›› Issue (6): 762-773.DOI: 10.3969/j.issn.1674-8484.2023.06.013
王明华1(), 王雯1, 陈泽宇2, 刘建喆2, 欧训民2, 任磊3,*()
收稿日期:
2023-05-20
修回日期:
2023-10-09
出版日期:
2023-12-31
发布日期:
2023-12-29
通讯作者:
* 任磊,博士。E-mail:renlei14@126.com。
作者简介:
王明华(1980—),男(汉),江西,高级工程师。E-mail:17230032@ceic.com。
基金资助:
WANG Minghua1(), WANG Wen1, CHEN Zeyu2, LIU Jianzhe2, OU Xunmin2, REN Lei3,*()
Received:
2023-05-20
Revised:
2023-10-09
Online:
2023-12-31
Published:
2023-12-29
摘要:
为计算氢燃料电池重型卡车与电动化路线的成本,建立了包含氢能供应链成本分析模块的中国氢燃料电池重型卡车总拥有成本分析模型。从氢能供应链到重型卡车运行的全流程制、储、运、加注及车辆使用各环节,选择了化石能源制氢、风电光伏制氢、工业副产氢、核能制氢等制氢技术,长管拖车运氢、管道运氢2类运氢技术为研究对象。结果表明:城内运输-半挂车、城间运输-半挂车、矿山/港口货运-自卸车3类氢燃料电池重型卡车目前的总拥有成本为200~357万元人民币,该值比柴油重型卡车多38.4%~74.3%;氢燃料电池重型卡车在矿山货运、港口货运等场景的经济成本表现相对占优,具有优先推广的潜力。在不考虑政府补贴的情况下,在城间货运、矿山货运、港口货运等场景下的氢燃料电池重卡都需要在2027—2028年以后达到与柴油重型卡车平价,即与类似车型的总拥有成本相接近。根据现有的政府补贴政策,在上述各类场景下,中国的氢燃料电池重型卡车与传统汽车达到平价的时间,有望提前到2025年之前。
中图分类号:
王明华, 王雯, 陈泽宇, 刘建喆, 欧训民, 任磊. 中国氢燃料电池重型卡车的总拥有成本分析[J]. 汽车安全与节能学报, 2023, 14(6): 762-773.
WANG Minghua, WANG Wen, CHEN Zeyu, LIU Jianzhe, OU Xunmin, REN Lei. Total ownership cost analysis of hydrogen-fuel-cell heavy-trucks in China[J]. Journal of Automotive Safety and Energy, 2023, 14(6): 762-773.
代号 | 燃油经济性 / (MJ·km-1) | ||
---|---|---|---|
汽油或柴油 | 氢气 | 电力 | |
乘用车:A0级 | 2.7 | 1.1 | 0.8 |
客车:10.5 m级 | 12.1 | 10.2 | 4.3 |
重卡:城内运输-半挂车 | 14.8 | 8.2 | 8.9 |
重卡:矿山/港口运输-自卸车 | 11.4 | 7.8 | 6.8 |
重卡:城间运输-半挂车 | 14.0 | 7.8 | 8.4 |
代号 | 燃油经济性 / (MJ·km-1) | ||
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汽油或柴油 | 氢气 | 电力 | |
乘用车:A0级 | 2.7 | 1.1 | 0.8 |
客车:10.5 m级 | 12.1 | 10.2 | 4.3 |
重卡:城内运输-半挂车 | 14.8 | 8.2 | 8.9 |
重卡:矿山/港口运输-自卸车 | 11.4 | 7.8 | 6.8 |
重卡:城间运输-半挂车 | 14.0 | 7.8 | 8.4 |
氢燃料 电池车 | 纯电动车 | 柴油车 | |
---|---|---|---|
基本参数 | |||
总质量 / t | 49.0 | 49.0 | 49.0 |
整备质量 / t | 11.10 | 10.65 | 8.20 |
燃料价格 | * | 1.5元/ kWh | 6.5元/L |
购置阶段 | |||
车辆成本 / 万元 | 170.0 | 76.0 | 39.0 |
国补 / 万元 | -54.6 | -4.0 | 0.0 |
市补 / 万元 | -54.6 | -0.0 | 0.0 |
购置税 / 万元 | 0.0 | 0.0 | 3.45 |
购置成本 / 万元 | 60.8 | 72.0 | 42.45 |
运营阶段 | |||
100 km消耗量 | 10.0 kg | 189.7 kWh | 32.5 L |
每年燃料消耗 | 6.5 t | 189.7 MWh | 32.5 m3 |
每年尿素消耗费用 | — | — | 11.38万元 |
每年保养费用/ 万元 | 2.68 | 0.50 | 0.62 |
每年车辆保险/ 万元 | 5.00 | 3.50 | 3.00 |
氢燃料 电池车 | 纯电动车 | 柴油车 | |
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基本参数 | |||
总质量 / t | 49.0 | 49.0 | 49.0 |
整备质量 / t | 11.10 | 10.65 | 8.20 |
燃料价格 | * | 1.5元/ kWh | 6.5元/L |
购置阶段 | |||
车辆成本 / 万元 | 170.0 | 76.0 | 39.0 |
国补 / 万元 | -54.6 | -4.0 | 0.0 |
市补 / 万元 | -54.6 | -0.0 | 0.0 |
购置税 / 万元 | 0.0 | 0.0 | 3.45 |
购置成本 / 万元 | 60.8 | 72.0 | 42.45 |
运营阶段 | |||
100 km消耗量 | 10.0 kg | 189.7 kWh | 32.5 L |
每年燃料消耗 | 6.5 t | 189.7 MWh | 32.5 m3 |
每年尿素消耗费用 | — | — | 11.38万元 |
每年保养费用/ 万元 | 2.68 | 0.50 | 0.62 |
每年车辆保险/ 万元 | 5.00 | 3.50 | 3.00 |
各类车辆 | FCV储氢质量 / kg | BEV储电量/ kWh | 功率 / kW | ||
---|---|---|---|---|---|
电动机 | 动力电池 | 燃料电池 | |||
城内运输-半挂车 | 25.3 | 616.2 | 186 | 33.4 | 246.2 |
矿山/港口运输-自卸车 | 63.7 | 932.5 | 349 | 25.7 | 189.7 |
城间运输-半挂车 | 56.6 | 1 831.4 | 250 | 31.8 | 233.9 |
各类车辆 | FCV储氢质量 / kg | BEV储电量/ kWh | 功率 / kW | ||
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电动机 | 动力电池 | 燃料电池 | |||
城内运输-半挂车 | 25.3 | 616.2 | 186 | 33.4 | 246.2 |
矿山/港口运输-自卸车 | 63.7 | 932.5 | 349 | 25.7 | 189.7 |
城间运输-半挂车 | 56.6 | 1 831.4 | 250 | 31.8 | 233.9 |
年份 | 直接制造成本 | 间接成本乘数 | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
成本/ (元·kW -1) | 储氢瓶/ (元·kg-1) | 保修 | 非保修 | ||||||
电力驱动 装置 | 电力电子 器件 | 车载 充电机 | FCV热管 理系统 | BEV热 管理系统 | |||||
2020 | 553.50 | 182.25 | 486.00 | 60.75 | 141.75 | 5 600 | 0.084 | 0.486 | |
2030 | 121.50 | 182.25 | 486.00 | 60.75 | 141.75 | 2 000 | 0.056 | 0.312 |
年份 | 直接制造成本 | 间接成本乘数 | |||||||
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成本/ (元·kW -1) | 储氢瓶/ (元·kg-1) | 保修 | 非保修 | ||||||
电力驱动 装置 | 电力电子 器件 | 车载 充电机 | FCV热管 理系统 | BEV热 管理系统 | |||||
2020 | 553.50 | 182.25 | 486.00 | 60.75 | 141.75 | 5 600 | 0.084 | 0.486 | |
2030 | 121.50 | 182.25 | 486.00 | 60.75 | 141.75 | 2 000 | 0.056 | 0.312 |
设备购置费 | 480万元 | 运营维护费 | 15万元 |
---|---|---|---|
安装工程费 | 350万元 | 加氢1 kg辅助设备耗电 | 2.6 kWh |
土建工程费 | 120万元 | 加氢1 kg压缩机耗电- | 1.5 kWh |
评估验收费 | 150万元 | 设备使用年限 | 10 a |
预备费 | 100万元 | 土地使用年限 | 20 a |
流动资金 | 50万元 | 每d加注量 | 500 kg |
人员工资 | 40万元 |
设备购置费 | 480万元 | 运营维护费 | 15万元 |
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安装工程费 | 350万元 | 加氢1 kg辅助设备耗电 | 2.6 kWh |
土建工程费 | 120万元 | 加氢1 kg压缩机耗电- | 1.5 kWh |
评估验收费 | 150万元 | 设备使用年限 | 10 a |
预备费 | 100万元 | 土地使用年限 | 20 a |
流动资金 | 50万元 | 每d加注量 | 500 kg |
人员工资 | 40万元 |
单位投资 万元·kW -1 | 运营维护成本 元·kW -1 | 年运行时间 1 000 h | 使用寿命 a | 原料热值 MJ·kg-1 | 效率 % | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
煤气化 | 0.60 | 250 | 7.20 | 25 | 22.0 | 60 | |||||
天然气重整 | 0.40 | 744 | 7.50 | 25 | 46.5 | 73 | |||||
煤气化 + CCS | 1.15 | 200 | 7.20 | 25 | 22.0 | 56 | |||||
天然气重整 + CCS | 0.75 | 500 | 7.50 | 25 | 46.5 | 66 | |||||
AE电解槽 | 0.50 | 140 | — | 10 | — | 65 | |||||
PEM电解槽 | 1.00 | 360 | — | 30 | — | 70 | |||||
工业副产氢 | 0.70 | — | 8.00 | 10 | — | 50 | |||||
生物质气化 | 0.97 | — | 6.24 | 20 | 16.7 | 34 | |||||
高温热冷堆 | 2.45 | — | 7.80 | 40 | — | 33~43 | |||||
光伏发电 | 0.45 | — | 1.30 | 25 | — | — | |||||
水电 | 1.10 | — | 3.80 | 50 | — | — | |||||
风电 | 0.75 | — | 2.10 | 25 | — | — | |||||
核电 | 1.75 | — | 7.80 | 40 | — | — |
单位投资 万元·kW -1 | 运营维护成本 元·kW -1 | 年运行时间 1 000 h | 使用寿命 a | 原料热值 MJ·kg-1 | 效率 % | ||||||
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煤气化 | 0.60 | 250 | 7.20 | 25 | 22.0 | 60 | |||||
天然气重整 | 0.40 | 744 | 7.50 | 25 | 46.5 | 73 | |||||
煤气化 + CCS | 1.15 | 200 | 7.20 | 25 | 22.0 | 56 | |||||
天然气重整 + CCS | 0.75 | 500 | 7.50 | 25 | 46.5 | 66 | |||||
AE电解槽 | 0.50 | 140 | — | 10 | — | 65 | |||||
PEM电解槽 | 1.00 | 360 | — | 30 | — | 70 | |||||
工业副产氢 | 0.70 | — | 8.00 | 10 | — | 50 | |||||
生物质气化 | 0.97 | — | 6.24 | 20 | 16.7 | 34 | |||||
高温热冷堆 | 2.45 | — | 7.80 | 40 | — | 33~43 | |||||
光伏发电 | 0.45 | — | 1.30 | 25 | — | — | |||||
水电 | 1.10 | — | 3.80 | 50 | — | — | |||||
风电 | 0.75 | — | 2.10 | 25 | — | — | |||||
核电 | 1.75 | — | 7.80 | 40 | — | — |
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