全生命周期燃料电池货车总成本计算与分析

王震尧

摘要：作为传统化石能源的重要替代品，氢能凭借其清洁低碳的显著优势，正逐渐成为推动能源终端及传统行业低碳转型的关键产业，并已上升为国家能源战略的层而。然而，目前我国尚未建立起低成本的绿色氢能体系，其与应用环节的衔接受到资金、技术和环境等多方面的约束。在此背景下，从全生命周期的角度出发，急需识别阻碍氢燃料电池汽车商业化的关键障碍。本文将主要通过全生命周期法，对目前燃料电池货车的制造阶段、使用阶段和回收阶段进行全而的成本分析和比较，并与纯电动和传统燃油车进行对比，以期找到燃料电池汽车成为最经济动力方案的适用条件。

关键词：燃料电池汽车；氢能；全生命周期；成本分析

中图分类号：U473 DOI：10.20042/j.cnki.10094903.2023.06.001

0 引言

随着中国在联合国大会上宣布2030年实现碳达峰、2060年实现碳中和的战略目标，节能减排和绿色低碳已成为人们经济活动中日益重要的考量因素。作为国民经济的重要支柱产业之，汽车工业也不例外。相关统计数据显示，2020年中国交通领域碳排放达到9.3亿t，占全国终端碳排放总量的15%，是仅次于工业、建筑的第三大碳排放源。而在整个交通领域中，道路交通碳排放占比达90%。传统燃油汽车保有量大、行驶阶段的化石燃料燃烧，是造成汽车排放污染高的主要因素。同时，从自然资源角度来看，石油、煤炭等传统能源存在不可再生性，无法满足未来日益增长的出行需求。我国的石油资源主要依赖进口，依存度基本维持在70%左右，这使得能源自主供给面临较大压力。因此，新能源汽车成为我国未来的必然发展趋势。

燃料电池汽车作为新能源汽车的技术路线之，被认为在重型商用车领域具备广阔的应用场景。然而，目前氢能的生产、储运以及应用成本都相对较高，截至2022年底，国内燃料电池汽车保有量仅1万2000多辆，商业化仍面临挑战。本文将基于全生命周期分析方法，从用户角度探究燃料电池重型货车的经济性。

1 全生命周期总成本系统边界

全生命周期总成本是指产品在其整个有效使用期内所涉及的所有成本，不仅包括设计、采购和制造成本，还考虑了使用、废弃和处置等成本。全生命周期成本的应用以顾客需求为核心，并遵循可持续发展的理念。只有全面考虑生命周期成本，企业才能在战略层面实现收益的最优化和稳定的成长。

本文将汽车的全生命周期总成本分为3个主要阶段：制造阶段成本、使用阶段成本以及回收阶段成本。整体的系统边界如图1所示。

由此，可初步建立车辆的全生命周期总成本公式（1）：

其中Cp为购买成本，Cr为回收后车辆残值，n为车辆的使用寿命年限，r为每年的折现费率，Cu，为第1年的使用成本。

1.1 车辆购买成本

车辆的购买成本包含了车辆的终端售价、购置税和购置补贴。其中车辆的终端价格一般覆盖了整车制造阶段主机厂和零部件厂商所产生的各项设计、采购、生产和物流成本。因此，车辆购买成本cp可构建公式（2）：

Cp=Cv+Ct-Pt （2）

Cv是车辆终端销售价格，Ct是车辆购置税，Pt为相关车辆购置补贴。

1.2 车辆使用成本

车辆的日常使用中主要包括燃料添加、维护保养、保险费、过路费等，同时部分新能源运营车辆还涉及运营补贴。因此，车辆的每年使用成本Cu，见如下公式（3）：

Cu=Cf+Cm+Ci-Po （3）

Cf是燃料费用，Cm是日常维护保养费用，Ci为每年的保险费、高速过路费和其他杂项等，Po为车辆的运营补贴。

1.3 车辆回收成本

车辆的回收成本通常被视为废旧车辆的剩余价值，这价值受到车辆品牌、型号和使用年限等多种因素的影响。针对传统燃油车，目前有些专业的APP可以帮助用户查询车辆的回收残值。然而，对于目前的新能源汽车，由于尚未建立完善的整车回收价格体系，相关数据较为稀缺。因此，本文将以传统燃油车的回收价格作为基准，再根据动力系统中不同的回收材料进行评估，以计算新能源车辆的回收残值。

2 全生命周期总成本计算

2.1 研究对象

在燃料电池重型货车车型中，本文选取飞驰FSQ 18t重型厢式货车作为研究对象。同时，为了进行不同动力类型的比较，还选择上汽大通跃进EC系列18t厢式货车作为纯电动车型代表，以及福田欧航R系列18t厢式货运车作为柴油车型代表。相关车辆的具体参数见表1。

根据我国机动车强制报废标准规定，重型货车的报废行驶里程一般为70万km或达到15年使用年限上限。因此，本文假定3款车型年均行驶10万km，在7年内达到报废里程上限。

2.2 购买成本计算

对于传统燃油车和纯电动车型，其厂商指导价可在官方网站上查询到，分别为18.85万和64.00万元。而对于燃料电池商用车，由于目前主要通过政府或企业招投标方式采购，其终端售价难以直接获取。因此，本文统计了近年来部分国内同吨位燃料电池车辆的中标样本，详细数据见表2。通过分析这些中标样本数据，可以大致估算出飞驰氢燃料电池车的终端售价范圍。

通过近2年车辆中标价格，可以发现18t专用车辆的中标价格基本在130万元左右。考虑到选定的18t基准车型为普通厢式货车，其价格相较于冷链车、清扫车等专用车应该略低。因此，可以假定其终端零售价格为120万元。

此外，纯电动和燃料电池车辆作为新能源汽车，享受免征购置税。而柴油车价税总价去除增值税部分后，按10%购置税率计算，约为1.67万元。政策补贴方面，18t级燃料电池货车按照2023年度示范城市群整车奖励标准，可获得27.72万元奖励。同时，假定该车辆在上海注册运营，还可享受地方政府1：2比例的补贴。因此，该车型合计整车奖励金可以获得83.16万元。3种车型的详细购买成本结果如表3所示。

2.3 使用成本计算

不同动力车型的使用成本差异主要体现在燃料费用、维护保养费用以及运营补贴端等方面。这些差异主要由动力能源的价格差异、动力类型不同导致的保养费差异以及新能源汽车的税收优惠和购置补贴政策等因素引起。

近期，上海的柴油价格为7.26元/L。假定全生命周期内的7年时间里柴油价格保持稳定，那么每年燃料费用为13.79万元。保养和维护费用方面，每1万km的保养费用为4037.5元。这其中包括每5000km进行次小保养，价格为300元，每1万km进行次大保养，价格为1000元。车用尿素费用大约是237.5元（尿素与柴油按照1.20消耗比例计算）。轮胎每4万km更换一次，费用约6000元。其他备件替换费用1000元。如果车辆每年行驶10万km，那么每年的维护保养费用合计约为4.04万元。

目前上海的工商业电价约为每度电0.87元，并假定未来电价保持稳定。那么，年均燃料费用Cf（电费）为6.23万元。纯电动车型由于没有传统发动机等零部件，省去了些保养项目，因此保养和维护费用相对较低。每1万km的保养费用为3400元，其中包含每5000km一次的小保养，费用为300元，每1万km一次的大保养，费用为600元；轮胎每4万km更换一次，费用为6000元；其他备件替换费用为1000元。按照年均行驶10万km计算，每年Cm维护保养费约为3.40万元。此外，考虑到商用纯电动车型的能量型动力电池使用寿命一般在5年20万km左右，要满足7年70万km的整车生命周期，可能需要额外更换2次电池包，并假定在第3年和第6年进行更换。磷酸铁锂电池系统每度电成本大致在800-1100元，此处取1000元，则更换218.54kWh的电池包需额外支出维护费用21.85万元。

根据《燃料电池汽车城市群示范目标和积分评价体系》的规定，示范城市群区域运营的加氢站氢气零售价格不得高于35元/kg。假定氢气价格取上限35元/kg为基准价格，且未来一直保持稳定，则年均燃料费用Cf为23.24万元。氢燃料电池车型由于没有传统发动机等部件，而是搭载了与纯电动相似的三电系统。因此，其保养费用标准可以参考纯电动车型。具体的保养维护费用按每1万km3400元计算，其中包含了每5000km进行一次小保养，费用为300元；每1万km进行一次大保养，费用为600元，轮胎每4万km更换一次，费用为6000元，其他备件替换费用为1000元。此外，由于氢燃料电池车型搭载的通常是功率型或能量兼功率型动力电池，其整体的充放循环次数比纯电动的能量型电池更多。因此，本文认为其电池满足整车级的使用寿命，不需要进行额外的替换。同时，随着国内燃料电池技术的快速进步，该款车型所搭载的国鸿氢能鸿途G110燃料电池系统的电堆使用寿命已经达到2万h。假设商用车在高速和城市道路中的平均速度为40km/h，那么燃料电池系统的使用寿命已经可以覆盖整车全生命周期的行驶里程要求。但与纯电动车型相比，氢燃料电池车型需要额外对燃料电池系统的去离子器及冷却液进行定期更换，每年大致的更换成本为1000元。按照每年10万km的行驶里程计算，Cm维护保养费约为3.50万元。根据最新的补贴政策，氢燃料电池运营车辆可以享受一定的运营补贴优惠。目前的补贴条件为在第1个城市示范期内（截止到2025年），对每个年度内行驶里程超过2万km的氢燃料电池货车和商业通勤客车给予一定的运营奖励。其中，设计总质量12-31t的卡车每车每年奖励不超过0.5万元，设计总质量超过31t的卡车每车每年奖励不超过2万元；通勤客车每车每年奖励不超过1万元。每辆车自取得营运额度起累计最多可获得3个年度的奖励。因此，18t级的氢燃料电池厢式载货车在运营的前3年可以享受到每年0.5万元的运营补贴，Po项记为0.5万元。

其他过桥费、保险费等假定3种动力车型基本无差异。保险方面，营业货车10t以上保费为4480元，假定3种车型不购买其他类型保险。18t的两轴车作为二类车型取0.94元/km的高速费用，假设车辆70%的行驶里程在高速完成，外加其他过桥、停车等费用，10万km的过路过桥费合计约每年8万元。

3种车型详细的使用成本见表4。

2.4 回收成本计算

车辆回收成本首先假定不同动力类型车辆在非动力系统部分，如车辆底盘、内外饰、货厢部分等基本一致。回收价格差均由其动力系统部分的差异而造成，而动力系统差异分为储能部分和驱动部分。3种代表车型动力系统差异部分详见表5。

因此，可以由首先选用柴油车型的实际案例作为基准价格，该基准价格将通过车辆估值APP查询得到。而对于纯电动和氢燃料电池车型，由于缺少成熟的新能源回收体系，将根据不同动力系统所包含的材料进行价格估计，并在柴油车的基准回收价格上进行增减调整。在这里，由于动力系统中金属的重量占比较大且价格较高，因此主要考虑废旧金属的价格。其他材料如橡胶、塑料等暂时不计人考虑范围内。这些材料的回收价格根据废旧金属回收商的价格整理，具体如表6所示。

通过APP输入福田欧航R系18t柴油货车的车型参数、车辆状况以及行驶里程后，可以得到该车型的回收价格约为5.14万元，残值率为27.30%。

随着众多动力电池回收企业深化布局，国內市场已具备了初步的电池回收和梯次利用体系。目前厂家对磷酸铁锂电池退役后的回收价格大致在每吨2万元左右。因此18t纯电动货车所搭载的动力电池（按能量密度约为140Wh/kg计算），其回收价格约为3.12万元，而18t氢燃料电池货车搭载的电池回收价约为7143元。其他各动力系统零件的材料构成比例和质量，可参考表7。国内燃料电池电堆铂用量一般在0.49／kW，因此110kW系统内铂金含量约40g，按200元/克回收价格计算，价格约8000元。

依据动力零件所蕴含的金属材料，可估算各零件的回收价格，详见表8。在此基础上，结合柴油车型的基准价格，可以计算得到纯电动和燃料电池货车的回收价格分别为8.48万元和6.94万元。

3 全生命周期总成本分析

3.1 全生命周期总成本对比

在假定每年折现率r=5%条件下，构建不同动力车型的每年投入成本，详见表9。

从表9可见，氢燃料电池汽车的全生命周期总成本最高，达到241.30万元。其次是纯电动车型的201.73万元，而传统柴油车最经济，为173.65万元。燃料电池车型较柴油和纯电车总成本分别高出了38.98%和19.62%，这主要是因为使用阶段的成本过高，达到了209.64万元。另一方面，尽管18t氢燃料电池载货车购买成本仅36.84万元，但主要得益于其83.16万元的购置补贴，这占到了终端销售价格的69.30%。如果该车辆在其他区域或非示范城市群购置，则整体购买成本会远高于柴油和纯电动车型。购买价格高昂的主要原因是目前研发费用高、产量较小等因素。其中，燃料电池系统和储氢系统基本占到了整车成本的65%左右。燃料电池系统中，催化剂是最昂贵的部分，因为它包含了贵金属铂金。而储氢系统成本较高的原因是碳纤维等组件目前还依赖进口。此外，3种车型的回收成本对于全生命周期总成本的影响性都较小。从残值率看，柴油车型最保值，其次是纯电车型和燃料电池车型。

燃料电池车型的使用成本与纯电动和柴油车型相比，分别高出45.53%和33.58%。具体来看，3种车型的使用成本存在较大的结构差异，詳见图2。尽管政府出台了氢燃料电池车辆相关的运营补贴政策，但整体占比很低，对用户激励效果不明显。维护保养费上，纯电动车型受制于电池的使用寿命，需要额外的电池更换费用，导致维护保养费较高，占到使用成本的39.98%氢燃料电池车型的使用成本中，燃料费用占比高达67.35%，总支出达到了141.20万元，而纯电动车型的充电成本仅占使用成本的26.28%，约3785万元对于柴油车，燃料费用占比53.3g%，约花费83.78万元。

3.2 基于氢气价格的总成本优化方案

根据前文计算，氢燃料电池汽车在使用阶段成本较高，尤其是氢气价格高昂是制约氢燃料电池汽车广泛商业化的核心因素之一。但是随着国内氢气的制储运体系逐渐完善，氢气的终端价格预计在未来会逐步下降。以下假定2023年的氢气价格依然为35元/kg（补贴后的终端价格），并且假设未来每年以固定比例下降，尝试找到氢燃料电池重型货车全生命周期总成本成为最经济方案的平衡点，详见图3。

通过图像模拟，可以观察到当氢气价格每年以约12.08%的比例下降时，18t氢燃料电池载货车的全生命周期总成本与纯电车型相当。而当氢气价格的年降比例达到约25.06%时，氢燃料电池货车的全生命周期总成本可以与传统柴油车型相当。

4 结论与建议

4.1 结论

本文通过全生命周期理论，对18t氢燃料电池、传统燃油和纯电重型货车进行了总成本的研究，得出以下结论

（1）在当前条件下，氢燃料电池重型货车的全生命周期总成本最高，其次是纯电动车型，最经济的是传统柴油车型。从购买成本角度看，目前氢燃料电池货车单车购置成本较低，主要得意于政策补贴。从使用成本上看，氢燃料电池货车远高于纯电动和柴油车型。氢气价格高昂是造成氢燃料电池汽车使用成本高、全生命周期总成本高的重要因素。同时，现有的氢燃料电池车辆运营补贴并没有显著降低使用成本。

（2）在假定2023年氢气价格为35元/kg，并且未来每年以约12.08%的比例下降的情况下，氢燃料电池货车的全生命周期总成本与纯电动车型相当。而当氢气价格下降比例达到2506%时，氢燃料电池货车的全生命周期经济性与传统柴油车型相当。

4.2 建议

根据以上结论，本文提出以下建议

（1）国内氢能产业应抓住新能源行业发展的契机，利用政策窗口期积极推进技术和规模降本。氢气产业链企业应推动在制氢、加氢、运氢等基础设施和设备上不断优化，有效降低氢气的实际使用成本。整车企业应加快在燃料电池系统上的技术突破，重点关注质子交换膜、催化剂、储氢瓶等国产化率低的部件，并推动各部件的模块化、平台化开发，充分考虑不同应用场景，为氢气在船舶、建筑和储能等领域的拓展打下基础。

（2）政府应在需求侧加大政策力度，给予终端氢气价格补贴、对燃料电池车辆予以更优惠的运营补贴和路权，以吸引用户对燃料电池汽车的使用偏好。在供给侧，政府应当积极鼓励资本对燃料电池系统、制氢和运氢等核心环节进行投资布局，加速企业产业创新和规模化进程。

参考文献

[1]卢奇秀.中国电动汽车百人会副秘书长王贺武：汽车道路交通可望在2025年碳达峰[N].中国能源报，2022-3-70（8）.

[2]王迪狄.2021年国内外原油市场分析[J].石化技术，2022，29（06）：279-280.

[3]罗兰贝格管理咨询.中国氢燃料电池重卡行业发展展望[J].汽车与配件，2021.（12）：39-43.

[4]马玲.H2应用场景增多 需求持续释放[N].中国石化报，2023-10-9（8）

[5]黄晓燕，郭秋红，王海红.产品全生命周期成本探析[U].管理科学文摘，2004，（7）：53-54+39.

[6]陈晓川，方明伦.制造业中产品全生命周期成本的研究概况综述[J].机械工程学报，2002，（11）17-25.

[7]金莉娜，陆怡雅，谢婧媛等.基于GREET模型的新能源汽车全生命周期的环境与经济效益分析[J].资源与产业，2019，21（5）：1-8.

[8]中国汽车工程学会.节能与新能源汽车技术路线图2.0[M].2版，北京：机械工业出版社，2021.169-284.

[9]卢兵兵，黄真.基于TCO分析氢气价格对燃料电池重卡经济性的影响[J].上海汽车，2021，（9）.15-21.

[10]雷雪亚.基于生命周期成本分析的燃料电池汽车典型应用场景研究[A].2021中国汽车工程学会年会论文集，2021，（6）：528-53.

[11]中国氢能联盟.中国氢能及燃料电池产业白皮书[R].北京：中国氢能联盟，2019.

（责任编辑：王作函）

东风天龙哥大赛（第7季）首场线下驾驶公开挑战赛正式开赛，

黑金家族3款新车上市，获得卡友青睐

2023年11月12日，东风天龙KL黑金家族3大新品震撼上市暨天龙哥大赛（第7季）半決赛首场线下驾驶公开挑战赛在石家庄举行。这场由心启动、以爱连接的可靠之旅，为冀中地区卡友带来了2023年冬日里的东风暖流。本次活动中，100余位卡友来到比赛现场，尽情展示驾驶技巧，展现自身风采.通过运营大讲堂交流学习更多选车、开车、养车、管车经验技巧更是积极分享自己的运营经验，与其他卡友交流生意经，尽显天龙哥责任与担当。

本次活动为卡友带来黑金家族3大新品，专注煤炭运输细分市场，包含燃油车和燃气车，提供3种动力、多种速比选择，更有丰富的安全、舒适、智能化配置，轻松应对煤炭运输行业运输量大、运输环境复杂、驾驶强度高的痛点。这3大新品通过不同差异化配置也完全胜任砂石料、散配、危化市场运输。本次活动中的黑金家族3大新品受到用户青睐，现场收获订单118辆。

东风天龙KL燃气车搭载DGi13燃气机+龙擎DT14/法土特12JS变速器+东风德纳400/440后桥，最大功率480PS，最大转矩2230Nm，运营成本更低，运营效率更高。

东风天龙KL燃油车有传奇版和龙擎DDi112个版本。传奇版搭载传奇460PS发动机+龙擎DT14/法士特12JS变速器+东风德纳400后桥黄金动力链，最大转矩2200Nm。龙擎DDi11则搭载的是龙擎DDi11发动机+龙擎DT14/法土特12JS变速器+东风德纳440/400后桥，最大功率490PS，最大转矩2300Nm。

此外，黑金家族3款新品可定制化选配驻车空调和驻车暖风，提升驾驶舒适性，节省怠速行车能耗，还可以选购延保协议，降低车辆故障，原厂维修保养方便快捷；同时还可以定制专属主动故障服务方案，减少车辆故障停驶；车队管理系统可以帮助车队进行车辆管理，提高管理效率，降低运营成本；同时还有主动安全方案，通过安全设备主动预警降低事故率，通过平台监控为客户进行后台提醒。通过组合性的商品帮助客户提供车辆全生命周期的解决方案。

（东商）