全生命周期燃料電池貨車總成本計算與分析

王震堯

摘要：作為傳統化石能源的重要替代品，氫能憑借其清潔低碳的顯著優勢，正逐漸成為推動能源終端及傳統行業低碳轉型的關鍵產業，并已上升為國家能源戰略的層而。然而，目前我國尚未建立起低成本的綠色氫能體系，其與應用環節的銜接受到資金、技術和環境等多方面的約束。在此背景下，從全生命周期的角度出發，急需識別阻礙氫燃料電池汽車商業化的關鍵障礙。本文將主要通過全生命周期法，對目前燃料電池貨車的制造階段、使用階段和回收階段進行全而的成本分析和比較，并與純電動和傳統燃油車進行對比，以期找到燃料電池汽車成為最經濟動力方案的適用條件。

關鍵詞：燃料電池汽車；氫能；全生命周期；成本分析

中圖分類號：U473 DOI：10.20042/j.cnki.10094903.2023.06.001

0 引言

隨著中國在聯合國大會上宣布2030年實現碳達峰、2060年實現碳中和的戰略目標，節能減排和綠色低碳已成為人們經濟活動中日益重要的考量因素。作為國民經濟的重要支柱產業之，汽車工業也不例外。相關統計數據顯示，2020年中國交通領域碳排放達到9.3億t，占全國終端碳排放總量的15%，是僅次于工業、建筑的第三大碳排放源。而在整個交通領域中，道路交通碳排放占比達90%。傳統燃油汽車保有量大、行駛階段的化石燃料燃燒，是造成汽車排放污染高的主要因素。同時，從自然資源角度來看，石油、煤炭等傳統能源存在不可再生性，無法滿足未來日益增長的出行需求。我國的石油資源主要依賴進口，依存度基本維持在70%左右，這使得能源自主供給面臨較大壓力。因此，新能源汽車成為我國未來的必然發展趨勢。

燃料電池汽車作為新能源汽車的技術路線之，被認為在重型商用車領域具備廣闊的應用場景。然而，目前氫能的生產、儲運以及應用成本都相對較高，截至2022年底，國內燃料電池汽車保有量僅1萬2000多輛，商業化仍面臨挑戰。本文將基于全生命周期分析方法，從用戶角度探究燃料電池重型貨車的經濟性。

1 全生命周期總成本系統邊界

全生命周期總成本是指產品在其整個有效使用期內所涉及的所有成本，不僅包括設計、采購和制造成本，還考慮了使用、廢棄和處置等成本。全生命周期成本的應用以顧客需求為核心，并遵循可持續發展的理念。只有全面考慮生命周期成本，企業才能在戰略層面實現收益的最優化和穩定的成長。

本文將汽車的全生命周期總成本分為3個主要階段：制造階段成本、使用階段成本以及回收階段成本。整體的系統邊界如圖1所示。

由此，可初步建立車輛的全生命周期總成本公式（1）：

其中Cp為購買成本，Cr為回收后車輛殘值，n為車輛的使用壽命年限，r為每年的折現費率，Cu，為第1年的使用成本。

1.1 車輛購買成本

車輛的購買成本包含了車輛的終端售價、購置稅和購置補貼。其中車輛的終端價格一般覆蓋了整車制造階段主機廠和零部件廠商所產生的各項設計、采購、生產和物流成本。因此，車輛購買成本cp可構建公式（2）：

Cp=Cv+Ct-Pt （2）

Cv是車輛終端銷售價格，Ct是車輛購置稅，Pt為相關車輛購置補貼。

1.2 車輛使用成本

車輛的日常使用中主要包括燃料添加、維護保養、保險費、過路費等，同時部分新能源運營車輛還涉及運營補貼。因此，車輛的每年使用成本Cu，見如下公式（3）：

Cu=Cf+Cm+Ci-Po （3）

Cf是燃料費用，Cm是日常維護保養費用，Ci為每年的保險費、高速過路費和其他雜項等，Po為車輛的運營補貼。

1.3 車輛回收成本

車輛的回收成本通常被視為廢舊車輛的剩余價值，這價值受到車輛品牌、型號和使用年限等多種因素的影響。針對傳統燃油車，目前有些專業的APP可以幫助用戶查詢車輛的回收殘值。然而，對于目前的新能源汽車，由于尚未建立完善的整車回收價格體系，相關數據較為稀缺。因此，本文將以傳統燃油車的回收價格作為基準，再根據動力系統中不同的回收材料進行評估，以計算新能源車輛的回收殘值。

2 全生命周期總成本計算

2.1 研究對象

在燃料電池重型貨車車型中，本文選取飛馳FSQ 18t重型廂式貨車作為研究對象。同時，為了進行不同動力類型的比較，還選擇上汽大通躍進EC系列18t廂式貨車作為純電動車型代表，以及福田歐航R系列18t廂式貨運車作為柴油車型代表。相關車輛的具體參數見表1。

根據我國機動車強制報廢標準規定，重型貨車的報廢行駛里程一般為70萬km或達到15年使用年限上限。因此，本文假定3款車型年均行駛10萬km，在7年內達到報廢里程上限。

2.2 購買成本計算

對于傳統燃油車和純電動車型，其廠商指導價可在官方網站上查詢到，分別為18.85萬和64.00萬元。而對于燃料電池商用車，由于目前主要通過政府或企業招投標方式采購，其終端售價難以直接獲取。因此，本文統計了近年來部分國內同噸位燃料電池車輛的中標樣本，詳細數據見表2。通過分析這些中標樣本數據，可以大致估算出飛馳氫燃料電池車的終端售價范圍。

通過近2年車輛中標價格，可以發現18t專用車輛的中標價格基本在130萬元左右。考慮到選定的18t基準車型為普通廂式貨車，其價格相較于冷鏈車、清掃車等專用車應該略低。因此，可以假定其終端零售價格為120萬元。

此外，純電動和燃料電池車輛作為新能源汽車，享受免征購置稅。而柴油車價稅總價去除增值稅部分后，按10%購置稅率計算，約為1.67萬元。政策補貼方面，18t級燃料電池貨車按照2023年度示范城市群整車獎勵標準，可獲得27.72萬元獎勵。同時，假定該車輛在上海注冊運營，還可享受地方政府1：2比例的補貼。因此，該車型合計整車獎勵金可以獲得83.16萬元。3種車型的詳細購買成本結果如表3所示。

2.3 使用成本計算

不同動力車型的使用成本差異主要體現在燃料費用、維護保養費用以及運營補貼端等方面。這些差異主要由動力能源的價格差異、動力類型不同導致的保養費差異以及新能源汽車的稅收優惠和購置補貼政策等因素引起。

近期，上海的柴油價格為7.26元/L。假定全生命周期內的7年時間里柴油價格保持穩定，那么每年燃料費用為13.79萬元。保養和維護費用方面，每1萬km的保養費用為4037.5元。這其中包括每5000km進行次小保養，價格為300元，每1萬km進行次大保養，價格為1000元。車用尿素費用大約是237.5元（尿素與柴油按照1.20消耗比例計算）。輪胎每4萬km更換一次，費用約6000元。其他備件替換費用1000元。如果車輛每年行駛10萬km，那么每年的維護保養費用合計約為4.04萬元。

目前上海的工商業電價約為每度電0.87元，并假定未來電價保持穩定。那么，年均燃料費用Cf（電費）為6.23萬元。純電動車型由于沒有傳統發動機等零部件，省去了些保養項目，因此保養和維護費用相對較低。每1萬km的保養費用為3400元，其中包含每5000km一次的小保養，費用為300元，每1萬km一次的大保養，費用為600元；輪胎每4萬km更換一次，費用為6000元；其他備件替換費用為1000元。按照年均行駛10萬km計算，每年Cm維護保養費約為3.40萬元。此外，考慮到商用純電動車型的能量型動力電池使用壽命一般在5年20萬km左右，要滿足7年70萬km的整車生命周期，可能需要額外更換2次電池包，并假定在第3年和第6年進行更換。磷酸鐵鋰電池系統每度電成本大致在800-1100元，此處取1000元，則更換218.54kWh的電池包需額外支出維護費用21.85萬元。

根據《燃料電池汽車城市群示范目標和積分評價體系》的規定，示范城市群區域運營的加氫站氫氣零售價格不得高于35元/kg。假定氫氣價格取上限35元/kg為基準價格，且未來一直保持穩定，則年均燃料費用Cf為23.24萬元。氫燃料電池車型由于沒有傳統發動機等部件，而是搭載了與純電動相似的三電系統。因此，其保養費用標準可以參考純電動車型。具體的保養維護費用按每1萬km3400元計算，其中包含了每5000km進行一次小保養，費用為300元；每1萬km進行一次大保養，費用為600元，輪胎每4萬km更換一次，費用為6000元，其他備件替換費用為1000元。此外，由于氫燃料電池車型搭載的通常是功率型或能量兼功率型動力電池，其整體的充放循環次數比純電動的能量型電池更多。因此，本文認為其電池滿足整車級的使用壽命，不需要進行額外的替換。同時，隨著國內燃料電池技術的快速進步，該款車型所搭載的國鴻氫能鴻途G110燃料電池系統的電堆使用壽命已經達到2萬h。假設商用車在高速和城市道路中的平均速度為40km/h，那么燃料電池系統的使用壽命已經可以覆蓋整車全生命周期的行駛里程要求。但與純電動車型相比，氫燃料電池車型需要額外對燃料電池系統的去離子器及冷卻液進行定期更換，每年大致的更換成本為1000元。按照每年10萬km的行駛里程計算，Cm維護保養費約為3.50萬元。根據最新的補貼政策，氫燃料電池運營車輛可以享受一定的運營補貼優惠。目前的補貼條件為在第1個城市示范期內（截止到2025年），對每個年度內行駛里程超過2萬km的氫燃料電池貨車和商業通勤客車給予一定的運營獎勵。其中，設計總質量12-31t的卡車每車每年獎勵不超過0.5萬元，設計總質量超過31t的卡車每車每年獎勵不超過2萬元；通勤客車每車每年獎勵不超過1萬元。每輛車自取得營運額度起累計最多可獲得3個年度的獎勵。因此，18t級的氫燃料電池廂式載貨車在運營的前3年可以享受到每年0.5萬元的運營補貼，Po項記為0.5萬元。

其他過橋費、保險費等假定3種動力車型基本無差異。保險方面，營業貨車10t以上保費為4480元，假定3種車型不購買其他類型保險。18t的兩軸車作為二類車型取0.94元/km的高速費用，假設車輛70%的行駛里程在高速完成，外加其他過橋、停車等費用，10萬km的過路過橋費合計約每年8萬元。

3種車型詳細的使用成本見表4。

2.4 回收成本計算

車輛回收成本首先假定不同動力類型車輛在非動力系統部分，如車輛底盤、內外飾、貨廂部分等基本一致。回收價格差均由其動力系統部分的差異而造成，而動力系統差異分為儲能部分和驅動部分。3種代表車型動力系統差異部分詳見表5。

因此，可以由首先選用柴油車型的實際案例作為基準價格，該基準價格將通過車輛估值APP查詢得到。而對于純電動和氫燃料電池車型，由于缺少成熟的新能源回收體系，將根據不同動力系統所包含的材料進行價格估計，并在柴油車的基準回收價格上進行增減調整。在這里，由于動力系統中金屬的重量占比較大且價格較高，因此主要考慮廢舊金屬的價格。其他材料如橡膠、塑料等暫時不計人考慮范圍內。這些材料的回收價格根據廢舊金屬回收商的價格整理，具體如表6所示。

通過APP輸入福田歐航R系18t柴油貨車的車型參數、車輛狀況以及行駛里程后，可以得到該車型的回收價格約為5.14萬元，殘值率為27.30%。

隨著眾多動力電池回收企業深化布局，國內市場已具備了初步的電池回收和梯次利用體系。目前廠家對磷酸鐵鋰電池退役后的回收價格大致在每噸2萬元左右。因此18t純電動貨車所搭載的動力電池（按能量密度約為140Wh/kg計算），其回收價格約為3.12萬元，而18t氫燃料電池貨車搭載的電池回收價約為7143元。其他各動力系統零件的材料構成比例和質量，可參考表7。國內燃料電池電堆鉑用量一般在0.49／kW，因此110kW系統內鉑金含量約40g，按200元/克回收價格計算，價格約8000元。

依據動力零件所蘊含的金屬材料，可估算各零件的回收價格，詳見表8。在此基礎上，結合柴油車型的基準價格，可以計算得到純電動和燃料電池貨車的回收價格分別為8.48萬元和6.94萬元。

3 全生命周期總成本分析

3.1 全生命周期總成本對比

在假定每年折現率r=5%條件下，構建不同動力車型的每年投入成本，詳見表9。

從表9可見，氫燃料電池汽車的全生命周期總成本最高，達到241.30萬元。其次是純電動車型的201.73萬元，而傳統柴油車最經濟，為173.65萬元。燃料電池車型較柴油和純電車總成本分別高出了38.98%和19.62%，這主要是因為使用階段的成本過高，達到了209.64萬元。另一方面，盡管18t氫燃料電池載貨車購買成本僅36.84萬元，但主要得益于其83.16萬元的購置補貼，這占到了終端銷售價格的69.30%。如果該車輛在其他區域或非示范城市群購置，則整體購買成本會遠高于柴油和純電動車型。購買價格高昂的主要原因是目前研發費用高、產量較小等因素。其中，燃料電池系統和儲氫系統基本占到了整車成本的65%左右。燃料電池系統中，催化劑是最昂貴的部分，因為它包含了貴金屬鉑金。而儲氫系統成本較高的原因是碳纖維等組件目前還依賴進口。此外，3種車型的回收成本對于全生命周期總成本的影響性都較小。從殘值率看，柴油車型最保值，其次是純電車型和燃料電池車型。

燃料電池車型的使用成本與純電動和柴油車型相比，分別高出45.53%和33.58%。具體來看，3種車型的使用成本存在較大的結構差異，詳見圖2。盡管政府出臺了氫燃料電池車輛相關的運營補貼政策，但整體占比很低，對用戶激勵效果不明顯。維護保養費上，純電動車型受制于電池的使用壽命，需要額外的電池更換費用，導致維護保養費較高，占到使用成本的39.98%氫燃料電池車型的使用成本中，燃料費用占比高達67.35%，總支出達到了141.20萬元，而純電動車型的充電成本僅占使用成本的26.28%，約3785萬元對于柴油車，燃料費用占比53.3g%，約花費83.78萬元。

3.2 基于氫氣價格的總成本優化方案

根據前文計算，氫燃料電池汽車在使用階段成本較高，尤其是氫氣價格高昂是制約氫燃料電池汽車廣泛商業化的核心因素之一。但是隨著國內氫氣的制儲運體系逐漸完善，氫氣的終端價格預計在未來會逐步下降。以下假定2023年的氫氣價格依然為35元/kg（補貼后的終端價格），并且假設未來每年以固定比例下降，嘗試找到氫燃料電池重型貨車全生命周期總成本成為最經濟方案的平衡點，詳見圖3。

通過圖像模擬，可以觀察到當氫氣價格每年以約12.08%的比例下降時，18t氫燃料電池載貨車的全生命周期總成本與純電車型相當。而當氫氣價格的年降比例達到約25.06%時，氫燃料電池貨車的全生命周期總成本可以與傳統柴油車型相當。

4 結論與建議

4.1 結論

本文通過全生命周期理論，對18t氫燃料電池、傳統燃油和純電重型貨車進行了總成本的研究，得出以下結論

（1）在當前條件下，氫燃料電池重型貨車的全生命周期總成本最高，其次是純電動車型，最經濟的是傳統柴油車型。從購買成本角度看，目前氫燃料電池貨車單車購置成本較低，主要得意于政策補貼。從使用成本上看，氫燃料電池貨車遠高于純電動和柴油車型。氫氣價格高昂是造成氫燃料電池汽車使用成本高、全生命周期總成本高的重要因素。同時，現有的氫燃料電池車輛運營補貼并沒有顯著降低使用成本。

（2）在假定2023年氫氣價格為35元/kg，并且未來每年以約12.08%的比例下降的情況下，氫燃料電池貨車的全生命周期總成本與純電動車型相當。而當氫氣價格下降比例達到2506%時，氫燃料電池貨車的全生命周期經濟性與傳統柴油車型相當。

4.2 建議

根據以上結論，本文提出以下建議

（1）國內氫能產業應抓住新能源行業發展的契機，利用政策窗口期積極推進技術和規模降本。氫氣產業鏈企業應推動在制氫、加氫、運氫等基礎設施和設備上不斷優化，有效降低氫氣的實際使用成本。整車企業應加快在燃料電池系統上的技術突破，重點關注質子交換膜、催化劑、儲氫瓶等國產化率低的部件，并推動各部件的模塊化、平臺化開發，充分考慮不同應用場景，為氫氣在船舶、建筑和儲能等領域的拓展打下基礎。

（2）政府應在需求側加大政策力度，給予終端氫氣價格補貼、對燃料電池車輛予以更優惠的運營補貼和路權，以吸引用戶對燃料電池汽車的使用偏好。在供給側，政府應當積極鼓勵資本對燃料電池系統、制氫和運氫等核心環節進行投資布局，加速企業產業創新和規模化進程。

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（責任編輯：王作函）

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2023年11月12日，東風天龍KL黑金家族3大新品震撼上市暨天龍哥大賽（第7季）半決賽首場線下駕駛公開挑戰賽在石家莊舉行。這場由心啟動、以愛連接的可靠之旅，為冀中地區卡友帶來了2023年冬日里的東風暖流。本次活動中，100余位卡友來到比賽現場，盡情展示駕駛技巧，展現自身風采.通過運營大講堂交流學習更多選車、開車、養車、管車經驗技巧更是積極分享自己的運營經驗，與其他卡友交流生意經，盡顯天龍哥責任與擔當。

本次活動為卡友帶來黑金家族3大新品，專注煤炭運輸細分市場，包含燃油車和燃氣車，提供3種動力、多種速比選擇，更有豐富的安全、舒適、智能化配置，輕松應對煤炭運輸行業運輸量大、運輸環境復雜、駕駛強度高的痛點。這3大新品通過不同差異化配置也完全勝任砂石料、散配、危化市場運輸。本次活動中的黑金家族3大新品受到用戶青睞，現場收獲訂單118輛。

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（東商）