基于雙碳目標的港口場景下重型載貨車零排放化總體擁有成本研究

【摘要】目前，重型載貨車電動化發展迎來重要機遇期，構建以電能為主的綠色能源貨運體系，成為交通運輸行業貨運低碳轉型發展的共識。其中，貨運典型場景的選擇、新能源貨車性能的匹配至關重要。基于總體擁有成本分析方法，對天津港南疆港區典型應用場景下傳統燃油式、充電式純電動、換電式純電動（自持或租賃）等不同技術路線下重型載貨車的經濟性開展研究。研究發現，南疆港區應用場景中純電動重型載貨車比傳統燃油重型載貨車更具有成本優勢，其中換電式純電動重型載貨車TCO成本更低。

關鍵詞：總體擁有成本；重型載貨車；換電式電動汽車；應用場景

中圖分類號：U461.8" "文獻標志碼：A" DOI： 10.19822/j.cnki.1671-6329.20240059

Research on the Total Cost of Ownership for Zero Emission Heavy-duty Trucks in Port Scenarios Based on the Goal of Double Carbon

Gao Tianfang， Zhu Qing， Wu Song

（China Auto Information Technology （Tianjin） Co.， Ltd.， Tianjin 300300）

【Abstract】 At present， the development of electrification of heavy-duty trucks has ushered in an important development opportunity. Building a green energy freight transport system based on electricity has become a consensus for the low-carbon transformation and development of freight transport in the transportation industry. Among them， the selection of typical freight scenarios and the matching of the performance of new energy trucks are crucial. Based on the overall cost analysis method， this article studies the economy of heavy-duty trucks under different technical routes such as traditional fuel， rechargeable pure electric， and exchangeable pure electric （self-owned or leased） in typical application scenarios in the Nangang Port area of Tianjin. This study found that pure electric heavy-duty trucks in the Nangang Port area application scenario have cost advantages over traditional fuel heavy-duty trucks， with the exchangeable pure electric heavy-duty trucks having lower TCO costs.

Key words： Total Cost of Ownership（TCO）， Heavy-duty trucks， Power-changing electric vehicle， Application Scenarios

0 引言

在雙碳目標和政策驅動下，新能源重型載貨車取代傳統燃油重型載貨車成為趨勢[1]。在交通運輸領域中，貨車總體保有量雖然較乘用車相對較低，但氮氧化物（NOx）和顆粒物（PM）排放量分擔率均達到80%以上。其中重型載貨車由于排量大、運輸時間長等特點，成為機動車尾氣污染排放的最主要來源。目前，我國新能源重型載貨車產業以純電動（含充電式和換電式）、混合動力、燃料電池“三縱”技術路線全面布局。其中，純電動重型載貨車技術相對于其他兩種技術路線發展較為成熟，主要有充電和換電2種類型。很多學者對不同技術路線的新能源重型載貨車進行了深入研究。其中，齊濤[2]對比分析了煤炭礦產短駁、鋼廠短倒、市政工程和港口等場景下換電重型載貨車與燃油重型載貨車的全生命周期內的經濟性。

港口短途運輸與其他場景相比，運距較短、線路相對固定、重載低速工況較多、港內及港區周邊充換電基礎設施建設條件便利，是新能源重型載貨車典型應用場景之一。因此，本文對港口短途運輸場景下傳統燃油式、充電式純電動、換電式純電動（自持或租賃）等不同技術路線下重型載貨車的經濟性進行對比分析，結合運輸特征，選取最適合推廣的重型載貨車技術路線。

1 重型載貨車行業發展概況

1.1 發展現狀

1.1.1 國家宏觀導向明確，加快新能源重型載貨車在特定場景應用推廣

為穩步提高新能源貨車的市場滲透率，近年來國家部委密集出臺了《節能與新能源汽車產業發展規劃》《汽車產業中長期發展規劃》《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》《關于推動物流高質量發展促進形成強大國內市場的意見》《中共中央國務院關于全面加強生態環境保護堅決打好污染防治攻堅戰的意見》及《關于組織開展公共領域車輛全面電動化先行區試點工作的通知》等“一攬子”宏觀導向政策，其中著重提出了要加快新能源重型載貨車在港口作業、物流配送、郵政工程等特定領域推廣應用，引導構建綠色物流體系，同時帶動上下游關聯產業發展綠色供應鏈。河北、山東、河南等多省市已出臺具體的新能源重型載貨車支持政策，政策工具以資金補貼、路權開放、滲透率強制要求等為主。重型載貨車降低排放、向新能源化轉型是環境保護和政策要求下的必然趨勢。天津港南疆港區作為典型應用場景，重型載貨車電動化發展迎來重要發展機遇期。

1.1.2 我國新能源重型載貨車處于快速增長期，區域效應依舊明顯

2023年，新能源重型載貨車的銷量共計3.5萬輛，同比增長約40%。從區域需求結構來看，不同于傳統燃油車“銷全國”的特征，新能源重型載貨車銷售區域非常集中，環保要求嚴格的華北地區是其主銷區域，河北新能源重型載貨車累計銷量7 844輛，市占率22.7%。其中，唐山市新能源重型載貨車銷量排名第一，達3 583輛。隨著“藍天保衛戰”“城建渣土新能源化”“雙碳”戰略等一系列政策的推進與地方經濟政策的調整，唐山正在以建設京津冀燃料電池汽車示范城市和全國重型載貨車特色類新能源汽車換電模式應用試點城市為契機，積極進行商用車新能源化的轉型，并已經成為華北地區最大的新能源重型載貨車市場[3]，2030年新能源重型載貨車全國銷量預計達到24.1萬輛[4]。

1.1.3 新能源重型載貨車領域市場格局尚未形成

傳統重型載貨車市場集中度較高且格局較為穩定，龍頭企業包括一汽集團、中國重汽、東風集團、陜汽集團和福田汽車等，2023年銷量前5企業集中度達到89%。相比之下，電動重型載貨車行業市場集中度較低，2023年銷量前5企業分別為徐工集團、三一重工、遠程新能源商用車、宇通集團和中國重汽，銷量分別為5 292輛、5 282輛、3 450輛、3 356輛、1 835輛，市場集中度為55%。

1.2 存在的問題

在雙碳目標和政策驅動下，新能源重型載貨車取代傳統燃油重型載貨車已成為勢趨[5]。但是新能源重型載貨車全面普及仍存在5個難點：

（1）車輛購置成本高，用戶一次性投資壓力大。受生產規模和原材料成本等綜合因素影響，當前新能源重型載貨車成本較傳統車輛依然偏高。

（2）電池性能有待提升，技術仍需進一步發展。近年來電池能量密度不斷提升，可滿足短倒、港口、城市渣土等典型場景運輸，但仍無法滿足高寒環境、長距離運輸要求。

（3）電池標準不統一，存在換電模式兼容性問題。目前不同車型所使用的電池外觀、安裝位置、接口等均不一致，導致電池通用性不足，互換困難，難以形成換電設施市場化運營機制。

（4）配套基礎設施建設不足，新能源重型載貨車補能還存在困難。受土地審批難度大、建設運營成本較高等因素，目前已建成的充換電站、加氫站仍然比較少，難以支撐未來新能源重型載貨車發展。

（5）路權優先政策尚不完善，激勵引導效果有限。目前各地路權政策不一，大多地區政策差異化不高，對于新能源重型載貨車的激勵、引導作用有限。

2 天津港南疆港區調研報告

天津港南疆港區是天津港的一個重要組成部分，是中國北方地區最大的港口之一。據統計，天津港南疆港區貨物吞吐量較大，全年船舶進出港艘次、貨物吞吐量分別占全天津港的50%、20%。港區周邊有多個工業園區和物流園區，為港口的發展提供了良好的支持和保障。天津港散貨物流中心（以下簡稱“散貨物流中心”）是天津南疆港區的有機組成部分，由天津港新建設投資有限公司實體運營。散貨物流中心現有面積為10.6萬m2，四至范圍：北至金岸六道、南至珠江道、西至中央大道、東至海濱大道；設置停車、手續辦理、配送中心及生活服務等4個功能區，可輻射天津港南疆港區、大沽口港區、高沙嶺港區等多個港區，具有港口南北分流的區位優勢，是車輛進入天津港裝卸貨的專設前置等候區。散貨物流中心主要承擔運輸車輛進港業務手續辦理以及臨時停放，有助于緩解集港、疏港帶來集力不足的壓力。

散貨物流中心現有500個停車位，日流量約3 500輛，高峰期（每年12月底）可達每日4 000輛以上，貨車平均停留等候時長約10 min。從運輸車輛類型來看，貨車持有方多為物流運輸公司，現有100萬車次中約有5%的車輛置換為新能源車（均為純電重型載貨車）。燃油貨車主要品牌集中在解放、中國重汽、東風、江淮等；純電重型載貨車主要品牌為三一重工、徐工重型載貨車。其中，三一重工的車型主要為EV490，電池容量282 kW·h。從運輸貨品類型來看，主要包括煤炭、焦炭、礦石等貨品。從行駛路線來看，主要有河北、山西、內蒙、寧夏等4個流向，其中河北、山西為主要流向，單次運距約120～180 km。

3 南疆港區短途重型載貨車TCO成本測算

總體擁有成本（Total Cost of Ownership， TCO）是一項衡量產品生命周期內各個階段累計成本的財務分析方法[6]，大體包括購置成本、使用成本、維護成本和殘余價值，其計算公式為：

TCO=CP+CU+CM-CS （1）

式中：CP為購置成本，CU為使用成本，CM為維護成本，CS為殘余價值。

以港區外短途運輸應用場景為例，通過調研、文獻整理等方式獲取重型載貨車相關參數，分析對比傳統燃油式、充電式純電動、換電式純電動（自持或租賃）等不同技術路線下重型載貨車的經濟性，為南疆港區構建零排放貨運體系提供數據支持。其中，典型載貨車選取6×4牽引車。

3.1 購置成本對比

購置成本主要考慮車輛價格以及車輛購置稅兩方面因素，其中車輛價格因素是購置成本的決定因素。參考卡車之家各類重型載貨車報價，假設業主購置換電重型載貨車裸車成本與傳統燃油車基本持平，含電池版的換電重型載貨車價格較高。不同技術路線重型載貨車購置成本對比如表1所示。

3.2 使用成本對比

使用成本僅指車輛行駛過程中能源消耗產生的成本。使用成本是整車TCO成本最為核心的影響因素，與生命周期內貨車行駛距離呈現密切正相關。不同技術路線重型載貨車使用成本對比如表2所示。

詳細假設及測算如下：

（1）運行里程：通過調研發現，南疆港口運輸重型載貨車多以干散貨運輸為主，工作負荷較大，單程平均120～180 km，日均行駛里程400 km，年工作天數330天，對應年運行里程13.2萬 km。

（2）能源費用：參考最新電價水平，充電重型載貨車方面，假設電費成本（含服務費）1.4元/kW·h；換電重型載貨車方面，假設電費成本（含服務費）1.4元/kW·h，配備標準282 kW·h電池的重型載貨車官方續航里程為190～200 km，考慮日常用電損耗及每次換電前必需的剩余電量，估計電耗約為1.5 kW·h/km。燃油重型載貨車方面，參考最新柴油市場價格，設定為7.5元/L，100 km油耗約40 L。

（3）柴油車尿素消耗量為柴油的5%，尿素價格4元/L，柴油車尿素費用計入能源費用，其他運營費用參照市場價估算。

（4）電池租賃費用：假設電池租金5 000元/月。

3.3 維護成本對比

維護成本主要包括維修費用和保養費用。由于貨車用途和動力技術不同，養護成本存在較為明顯的差異。不同技術路線重型載貨車維護成本對比如表3所示。

詳細假設及測算如下：

（1）維保費用：與燃油重型載貨車相比，新能源重型載貨車易損、易耗的零部件數量較少，能夠降低用戶的維保成本。基于此，燃油重型載貨車、充電式純電動重型載貨車、換電式純電動重型載貨車（自購電池）、換電式純電動重型載貨車（電池租賃）分別假設5年維保及人工費用為5萬元、3萬元、2.5萬元、2.5萬元。

（2）駕駛員工資：假設實行三班倒，5年總費用假設為150萬元。

3.4 殘余價值對比

根據《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》對不同類型車輛的殘值評價結果，貨車運營前五年剩余殘值將逐年大幅下降，通常新能源汽車殘值率下降得更快[7]。考慮到充電式純電重型載貨車在長時間處于快充模式下，會對電池的使用壽命以及性能造成較大損失。結合二手貨車市場調研結果，假設購買五年后傳統燃油式重型載貨車、充電式純電動重型載貨車、換電式純電動重型載貨車（電池自購）和換電式純電動（電池租賃）重型載貨車的殘值率分別保持在30%、15%、20%、20%。不同技術路線重型載貨車殘余價值對比如表4所示。

3.5 TCO結果分析

綜上所述，假設日均行駛里程為400 km情況下，5年全生命周期內傳統燃油式重型載貨車、充電式純電動重型載貨車、換電式純電動重型載貨車（自購電池）、換電式純電動重型載貨車（電池租賃）TCO成本分別為387.08萬元、352.8萬元、349.18萬元、349.9萬元。根據結果可得，在現有運輸特征下，南疆港區應用場景中純電動重型載貨車比傳統燃油重型載貨車更加具有成本優勢，其中換電式純電動重型載貨車TCO成本更低。不同技術路線重型載貨車TCO對比如表5所示。

具體分析如下：

（1）從購置成本來看，換電式純電動重型載貨車（電池租賃）與傳統燃油重型載貨車基本持平，但是在現有政策下，新能源貨車不需要繳納車輛購置稅。由于電池成本較為昂貴，因此充電式純電動重型載貨車費用較高。換電重型載貨車可以實現“車電分離”，電池可以選擇租賃，不需要購買。

（2）從使用成本來看，充電式純電動重型載貨車與換電式純電動（自購電池）最具有經濟性，主要原因是柴油價格和電池租賃費用較高。在研究過程中，為了便于研究，我們將不同技術路線的日均行駛里程、使用年限、年運行天數假設均相同。但是在實際使用中，充電式純電動重型載貨車補能時間長（快充2 h左右）、燃油重型載貨車相對于新能源重型載貨車不具備路權優勢等影響因素，使用成本會進一步提高。

（3）從養護成本來看，新能源重型載貨車相對于燃油重型載貨車成本較低。但是考慮到電池損耗，充電式純電動重型載貨車略高于換電式純電動重型載貨車。

（4）從殘值來看，傳統燃油式重型載貨車、充電式純電動重型載貨車、換電式純電動重型載貨車（自購電池）、換電式純電動重型載貨車（電池租賃）分別為10.8萬元、10.8萬元、14.52萬元和7.2萬元。

4 推動南疆港區短途重型載貨車零排放化政策建議

4.1 制定分階段、差異化的補貼政策，促進新能源貨車推廣應用

貨車的運營場景具有多元化、復雜化的特征，不同車型、不同應用場景適用的技術路線不同，所需要的政策支持差別也很大[8]。因此，推動重型載貨車零碳發展，不僅需要頂層設計的支撐，還需要根據不同場景、不同的技術路線及不同的發展階段分類施策，有針對性地制定差異化、精細化、精準化政策。建議針對充電式純電動重型載貨車、換電式純電動重型載貨車（自持或租賃）、氫燃料電池重型載貨車等不同技術路線的新能源貨車出臺分階段、差異化的補貼政策，全面降低零排放中重型載貨車的推廣成本。現階段重點對技術較為成熟的充電式純電動重型載貨車、換電式純電動重型載貨車進行補貼購車環節，待時機成熟可逐漸調整補貼比例，同時增加運營環節補貼（包括車輛運營補貼、充換電服務費、氫燃料補貼等），以此來平衡零排放重型載貨車和傳統燃油重型載貨車的總體使用成本差。

4.2 將補能基礎設施建設納入發展規劃，加大基礎設施建設力度

目前，南疆港區內補能基礎設施嚴重匱乏，直接影響新能源貨車的推廣應用。建議將重型載貨車補能基礎設施建設納入南疆港區自身發展規劃，圍繞公共運輸領域補能需求、綜合場景需求等因素，對南疆港區補能基礎設施布局進行統籌規劃，加速構建慢充、（超）快充、換電、加氫站、配套電網等為一體的多層次補能網絡，適度加大對超快充和換電等領域的支持力度。同時，為新能源重型載貨車補能基礎設施預留土地空間和電力資源，進一步明確換電站、加氫站等設施的用地類型、設備屬性和管理模式，簡化基礎設施建設用地、用能審批手續，為符合要求的企業提供政策保障[9]。

4.3 鼓勵發展新能源貨車后市場服務體系，打造多位一體服務平臺

以新能源貨車推廣應用、補能基礎設施建設為契機，圍繞貨車客戶價值和需求，通過政策引導產業價值鏈向后市場服務轉移，重點支持金融服務、汽車維修、保養與保險等，通過產業逐步培育并聚集具備專業能力的人才。在金融政策方面，充分發揮政府引導作用，支持銀行保險機構針對新能源輕型貨車制定金融服務方案。一方面，為消費者購置新能源貨車提供銀行借貸服務，考慮由政府承擔息金的可行性，降低消費者一次性購買成本壓力；另一方面，在產業布局方面給予一定的金融優惠，保證新能源貨車產業鏈和供應鏈安全穩定。

參 考 文 獻

[1] 柴瑞松， 劉翀， 呂一凝. 新能源貨車全生命周期總成本的優勢分析[J]. 中國儲運， 2022（12）： 112-113.

[2] 齊濤. 重型載貨車換電模式經濟性分析[J]. 商用汽車， 2022（5）： 46-48.

[3] 易鈳， 廖穎慧. 我國換電重卡市場現狀及前景分析[J]. 專用汽車， 2022（8）： 5-7.

[4] 科爾尼管理咨詢公司. 中國電動重卡產業發展白皮書 [EB/OL]. （2022-10-28）[2024-03-01].https：//www.xdyanbao.com/doc/991u5hx5z1？userid=60000958amp;bd_vid=1105 6472318068385982.

[5] 趙世佳， 劉辰璞， 伍晨波. “雙碳”目標下我國重型貨車電動化轉型路徑及建議[J]. 科學管理研究， 2023， 41（2）： 66-72.

[6] 劉煥然， 張妍， 孫鋅， 等. 中國重型貨車全生命周期碳排放及減排潛力研究[J]. 中國汽車， 2022（7）： 47-52.

[7] 中國汽車工程學會. 節能與新能源汽車技術路線圖2.0[M]. 北京： 機械工業出版社， 2020.

[8] 楊道源， 張宇杰， 李娜， 等. 內蒙古自治區新能源重型貨車推廣路徑研究[J]. 交通節能與環保， 2022（4）：28-33.

[9] 徐小云， 李歡歡， 王紅蕾. 新能源貨車充電站規劃選址方法研究[J]. 電力設備管理， 2022（8）： 130-134.

（責任編輯 明慧）