基于運營綜合經濟性模型的氫燃料重卡典型場景競爭力評價

左培文

在財稅支持政策的推動下，我國氫燃料電池汽車產業取得了長足進展，但總體來看，目前氫燃料電池汽車的應用仍處于早期階段[1]，車輛保有量僅7 000 余輛，加氫站數量130 座左右，應用場景還需要重點探索、突破。而作為新能源汽車主要技術路線的純電動汽車，在乘用車市場滲透率已經超過10%，具備了同燃油乘用車的競爭能。同作為新能源技術，氫燃料與純電動2 條技術路線的關系并非是對立的，而是相互補充的；因此，氫燃料電池技術宜優先應用在商用車領域成為行業共識。由于氫燃料技術具有加氫時間短、續航里程長的特點，吸引了很多商用車企業開發氫燃料電池重卡，但氫燃料電池重卡能否在特定場景下具有競爭力[2]，需要綜合分析其經濟性。因此，本文構建了基于運營綜合經濟性的氫燃料重卡在典型場景中的競爭力模型，明確要研究的成本構成指標體系，通過調研獲取了典型場景的特征，將其代入模型中，量化對比采用不同技術路線的車型的競爭力，為地方政府制定氫燃料電池汽車推廣方案及整車企業制定氫燃料重卡產品規劃提供定量參考依據。

1 綜合成本測算模型的構建

1.1 模型關鍵要素選取

商用車是典型的生產工具，用戶對其成本的關注度很高；同時，由于越來越嚴苛的環保法規，使得燃油商用車向電動化轉型具有了現實意義，尤其是傳統重卡具有油耗較高、污染物排放量較大的特點，更成為社會和汽車行業重點關注的對象。

重卡產品的經濟性又與場景直接相關，其中，礦區短倒運輸、工業園區內運輸、港口物流運輸、城市渣土運輸4 大場景都具有日均行駛里程較短、使用頻次高、行駛路線單一、工況對應的油耗較高的特點。結合這些特征，部分商用車企業針對這些高耗能、高污染場景開發了純電動和氫燃料重卡產品。

為進一步分析新能源重卡特別是氫燃料重卡在這些場景下的競爭力，從場景特征出發，結合車輛特點和性能，以及基礎設施的建設情況，將成本要素拆分為購置成本、能源成本、其他運營成本、基礎設施建設成本4 個一級指標，并進一步拆分二級指標，由二級指標分別計算出相對應的一級指標數值，匯總一級各項數值，得到最終的綜合成本。氫燃料電池重卡競爭力模型的構建框架如圖1所示。

圖1 基于應用場景的氫燃料電池重卡競爭力模型

1.2 模型指標構成要素分析

1.2.1 資金使用成本

重卡運營方需要使用較大數額資金用于車輛購買、加氫站或充電站的建設，這些大額資金通常采取貸款方式獲得。資金的使用成本通常由資金的籌資費用和資金占用費用2 部分構成。為便于計算，籌資費用統一按資金總額的2%計算，資金占用費用按年利率8%等額本金計算貸款周期內的總利息。即資金成本計算公式如下：

籌資費用:

上式中，n為貸款總額，c為貸款年限。

1.2.2 購置及稅費成本

根據中國現行的新能源汽車補貼政策及稅收優惠政策規定，購置新能源重卡享有一定額度的購置補貼及免征車輛購置稅、車船稅的優厚條件。在計算該部分成本時，根據政策規定進行相應的費用減免。但燃油車不享有相關政策優惠，因此需要計算該部分的成本。即購置及稅費成本計算公式如下：

上式中，x1為購置及稅費成本；n1為車輛購置貸款總額，按車輛指導價計算；e1為車輛購置的資金成本；d為車輛購置稅，f為車船稅，2 種稅項按最新的稅法規定進行計算；s1、s2分別為國家補貼和地方補貼，按最新的補貼政策計算，其中地方補貼僅考慮氫燃料重卡可以獲得，并按國家補貼的50%計算。

1.2.3 能源成本

與能源成本因素密切相關的幾部分要素分別為100 km 能耗、日均行駛里程、單位能源價格，以及車輛運行時間。為便于計算，重卡使用累計年限統一按5 年，每年運營按360 天計算。則能源成本計算公式如下：

上式中，x2為能源成本；m為各類型車輛的100 km 能耗，g為日均行駛里程，k為單位能源價格。k根據不同的場景選擇不同的計算依據：對于副產氫比較豐富的化工、鋼鐵等工業園區，按工業園區進行純化和壓縮加工，車用氫氣成本按10 元/kg 考慮；對于物流等場景，考慮車輛在對外開放的加氫站直接加注氫氣，成本按補貼后40 元/kg 計算；自建充電站工商業電費電價按平均0.6 元/kWh 計算，公共充電站充電成本1.5 元/kWh 計算；柴油價格按6.5 元/L 計算。

1.2.4 其他運營成本

車輛在運營過程中還會產生維修保養成本以及駕駛員員工工資，為便于計算，車輛每年維保費用按車價3%考慮，車輛駕駛員工資按10 萬元/年/人計算，雙班或三班則按2 人或3人計算。即其他運營成本計算公式如下：

上式中，x3為其他運營成本；h為駕駛員工資。

1.2.5 單車分擔基礎設施建設成本

對于需要自行建設加氫站或充電站的場景，計算依據如下：

(1)固定園區內自建500 kg/天加注能力的加氫站，加氫站建設成本按1 100 萬元計算，資金占用費按年利率8%計算(5 年還清貸款)，籌資費用按2%計算，人工、管理、維護成本按40 萬元/年計算，固定資產折舊按10 年計算，利用率按80%計算；

(2)固定園區內自建含10 個50 kW 快充樁的充電站，建設成本按60 萬元計算，資金占用費按年利率8%計算(5 年還清貸款)，籌資費用按2%計算，人工、管理、維護成本按20 萬元/年計算，固定資產折舊按10 年計算，利用率按90%計算；

(3)在公共加氫站加注氫氣的車輛，氫氣價格中已包含加氫站成本，不另行計算。

則單車分擔基礎設施建設成本計算公式如下：

上式中，x4為單車分擔基礎設施建設成本；t為基礎設施生命周期內能源加注總量；n2為基礎設施建設成本；e2為基礎設施建設資金成本；w為基礎設施運營人工、管理、維護成本。

1.2.6 綜合成本

綜合成本(x)包含購置及稅費成本、能源成本、其他運營成本、單車分擔基礎設施建設成本4 部分內容，計算公式如下：

2 典型場景下氫燃料競爭力模型的實證研究

選取典型場景中具有代表性的礦區短倒運輸作為實例進行分析。

礦區場景具有如下特點：①使用頻次高，每天運送10 趟以上；②礦區路況多上下坡，路面較顛簸；③平均油耗達到60 ～85 L/100 km；④煤礦周邊會有坑口電廠，電價低廉，如果在山西等地，可以獲得廉價氫氣；⑤短倒運輸單趟往返不超過40 km，電動化續航里程可以滿足。

將場景特征結合各技術路線現有8×4 自卸汽車(重卡)情況，代入綜合成本計算模型(8)，計算結果如表1 所示。

表1 礦坑場景下氫燃料電池8×4 自卸車綜合成本測算

計算結果表明，日行駛里程在200 km 區間的礦區固定路線短倒運輸場景下，氫燃料重卡綜合成本高于純電動和燃油車。但考慮到該場景具有環保的現實要求，且充電時間長的問題較難解決，如果在煤炭資源豐富的山西等地，可以將煤化工副產氫氣用于氫燃料車輛，此時綜合成本有望接近燃油車。

3 模型的不足

構建的綜合成本測算模型是從多個成本角度，來分析氫燃料重卡的競爭力，但節能環保政策對推動氫燃料電池汽車發展起到了很重要的作用。模型沒有對政策的影響力進行量化成本分析。在后續研究中，需要將節能減排政策進行重點考慮，進一步完善模型。