鋰離子動(dòng)力電池車與氫燃料電池車全方位對(duì)比
亞化咨詢認(rèn)為,鋰離子動(dòng)力電池車與氫燃料電池車各有優(yōu)勢(shì),將在較長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)共存于市場(chǎng)。其中,鋰離子動(dòng)力電池因其相對(duì)較低的能量密度而更適合用于乘用車和短途大巴;而氫燃料電池因其具有更高的續(xù)航里程與相對(duì)固定的線路而更適用于商用車,如長(zhǎng)途大巴,和貨運(yùn)車等。長(zhǎng)期來(lái)看,隨著燃料電池系統(tǒng)及電堆成本的進(jìn)一步下降、加氫站網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步完善,氫燃料電池車將占據(jù)更高的市場(chǎng)份額。
新能源汽車主要包括純電動(dòng)汽車、插電式混合動(dòng)力汽車以及燃料電池汽車。近年來(lái),中國(guó)新能源汽車增長(zhǎng)迅速。中汽協(xié)數(shù)據(jù)顯示,2017年中國(guó)新能源汽車產(chǎn)銷分別達(dá)到79.4萬(wàn)輛和77.7萬(wàn)輛,同比分別增長(zhǎng)53.8%和53.3%。在新能源汽車銷量中,有84%為純電動(dòng),16%為插電混合。
氫能是公認(rèn)的清潔能源,在交通運(yùn)輸領(lǐng)域,氫能源結(jié)合燃料電池一起構(gòu)成動(dòng)力系統(tǒng),具有能量密度大、零污染、續(xù)航里程長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),近年來(lái),氫燃料電池及其產(chǎn)業(yè)鏈吸引了大量企業(yè)/政府的積極布局。公開(kāi)資料顯示,2013-2017年全球總計(jì)售出6475輛氫燃料電池車。
那么,為什么當(dāng)前電動(dòng)汽車銷量遠(yuǎn)大于燃料電池車呢?亞化咨詢將從以下3個(gè)角度進(jìn)行比較。
1. 電池組系統(tǒng)成本
動(dòng)力鋰電主要有四大關(guān)鍵材料,分別是正極材料、負(fù)極材料、隔膜和電解液。動(dòng)力電池通過(guò)串并聯(lián)組成動(dòng)力電池組應(yīng)用于電動(dòng)車上。舉例而言,亞化咨詢《中國(guó)鋰離子電池年度報(bào)告2018》資料顯示,特斯拉Model 3使用的動(dòng)力電池型號(hào)為21700,正極材料為NCA,負(fù)極材料為硅碳負(fù)極材料,電池組(包括電池、熱管理組件在內(nèi)的整個(gè)BMS系統(tǒng))成本為260美元/Wh。Model 3分為標(biāo)準(zhǔn)版與增程版,其電池容量分別為50kWh和74kWh,則其電池系統(tǒng)成本分別為13000美元與19240美元。
質(zhì)子交換膜燃料電池的單電池主要由雙極板和膜電極組成,膜電極主要由氣體擴(kuò)散層、催化層和質(zhì)子交換膜組成。單電池需要由堆棧的方式構(gòu)成電池電堆,電堆的兩側(cè)需要端板、絕緣板以及集流板等結(jié)構(gòu)裝配,起固定、絕緣以及收集電流的作用。美國(guó)能源部最新數(shù)據(jù)顯示,以80kW質(zhì)子交換膜燃料電池系統(tǒng)為例,2017年,每生產(chǎn)1000套燃料電池,燃料電池系統(tǒng)(包括燃料電池電堆、高壓儲(chǔ)氫罐、升壓變頻器、電動(dòng)機(jī)、動(dòng)力控制單元等)成本為179美元/kW,其中電堆成本為118美元/kW;每生產(chǎn)1萬(wàn)套燃料電池,燃料電池系統(tǒng)成本為79美元/kW,其中電堆成本為39美元/kW。
目前主流燃料電池整車廠開(kāi)發(fā)的燃料電池乘用車、客車、貨運(yùn)車等均采用電-電混合動(dòng)力體系,采用氫燃料電池搭配一定功率的鎳氫電池/鋰離子動(dòng)力電池作為車輛動(dòng)力源,同時(shí),這些鎳氫電池/鋰離子動(dòng)力電池還起到啟動(dòng)點(diǎn)火和回收制動(dòng)能量的作用。
以豐田Mirai為例,公開(kāi)資料顯示,2015年該車產(chǎn)量已達(dá)到700輛,2016年提升至2000輛,到2020年,該數(shù)字將達(dá)到3萬(wàn)輛,為2017年的10倍。亞化咨詢研究表明,豐田Mirai燃料電池組最大功率為114kW,則2017年每生產(chǎn)1000輛Mirai,僅燃料電池電堆成本就為13452美元,系統(tǒng)成本為20406美元。
綜上,動(dòng)力電池組系統(tǒng)成本更低。
2. 電池壽命
研究表明,動(dòng)力電池的容量低于初始容量的80%便不能再用于新能源汽車上。從目前技術(shù)來(lái)看,動(dòng)力電池的循環(huán)壽命為1000-1500次左右,折合使用壽命為5-8年左右。
亞化咨詢按照動(dòng)力電池循環(huán)壽命為1000次,每次循環(huán)電池工作7個(gè)小時(shí)來(lái)計(jì)算,那么動(dòng)力電池壽命在7000小時(shí)左右。
燃料電池壽命一直是燃料電池行業(yè)待解決的問(wèn)題之一,現(xiàn)階段,燃料電池壽命的目標(biāo)是5000-10000小時(shí)。
公開(kāi)資料顯示,新源動(dòng)力股份有限公司開(kāi)發(fā)的HYMOD-300車型燃料電池電堆模塊成為中國(guó)首例自主研發(fā)的壽命超過(guò)5000小時(shí)的燃料電池產(chǎn)品。
綜上,動(dòng)力鋰電壽命更長(zhǎng)。
3. 充電(加注)問(wèn)題
● 從充電(加注)時(shí)間和續(xù)航里程來(lái)看
電動(dòng)汽車充電模式主要分快充與慢充。不同電動(dòng)汽車充電時(shí)間不同。舉例來(lái)說(shuō),比亞迪E6電池容量為57kWh,續(xù)航里程300km,慢充需要約20小時(shí),快充則僅需2小時(shí)。
資料顯示,豐田Mirai的儲(chǔ)氫量為5kg,續(xù)駛里程400-480km,加氫時(shí)間為3分鐘。
綜上,燃料電池乘用車加注時(shí)間更短。
● 從用電/用氫費(fèi)用來(lái)看
電費(fèi):以上海為例,2016年4月,上海市政府發(fā)布的《上海市鼓動(dòng)電動(dòng)汽車充換電設(shè)施發(fā)展扶持辦法》指出,充電設(shè)施經(jīng)營(yíng)企業(yè)收取的充電服務(wù)費(fèi)執(zhí)行政府指導(dǎo)價(jià),2016年7月1日前充電服務(wù)費(fèi)上限為1.6元/kWh,2016年7月1日后上限為1.3元/kWh。
以比亞迪e6為例,不考慮其他因素,其每公里電費(fèi)0.247元。
氫氣費(fèi)用:亞化咨詢《中國(guó)煤制氫年度報(bào)告2018》數(shù)據(jù)顯示,2017年秦皇島5500大卡動(dòng)力煤平均價(jià)格586元/噸(不含VAT),估算大規(guī)模煤氣化制氫完全成本約0.67元/立方米。但是,燃料電池汽車對(duì)氫氣品質(zhì)要求很高;此外,氫氣還面臨著液化、儲(chǔ)運(yùn)等問(wèn)題,這些均導(dǎo)致目前氫氣實(shí)際價(jià)格高昂。宇通客車?yán)铒w強(qiáng)博士介紹,當(dāng)前中國(guó)加氫站氫氣最低價(jià)格為40元/kg。
以豐田Mirai為例,其每公里氫氣費(fèi)用為0.42-0.5元。
綜上,電動(dòng)汽車單位公里耗費(fèi)更低。
● 從充電樁/加氫站數(shù)量來(lái)看
充電樁:公開(kāi)數(shù)據(jù)顯示,截至2017年底,全國(guó)充電樁數(shù)量達(dá)45萬(wàn)個(gè)。2015年10月,國(guó)務(wù)院發(fā)布的《關(guān)于加快電動(dòng)汽車充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》指出,到2020年中國(guó)充電基礎(chǔ)設(shè)施要滿足500萬(wàn)輛電動(dòng)汽車的充電需求,意味著充電樁數(shù)量需要達(dá)到480萬(wàn)個(gè)。
加氫站:亞化咨詢《中國(guó)氫能與燃料電池年度報(bào)告2018》顯示,截至2017年底,中國(guó)總共建成了11座加氫站,然而其中的4座目前已被拆除。2016年,由中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究院和全國(guó)氫能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)發(fā)布的《中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展藍(lán)皮書(shū)(2016)》顯示,到2020年,中國(guó)需建成100座加氫站。
綜上,電動(dòng)汽車充電樁網(wǎng)絡(luò)更完善。
從上述幾點(diǎn)來(lái)看,氫燃料電池車僅充電(加注)時(shí)間方面優(yōu)于電動(dòng)汽車,這也導(dǎo)致了電動(dòng)汽車數(shù)量遠(yuǎn)多于氫燃料電池車。
2018年2月,財(cái)政部、工信部、科技部、發(fā)改委發(fā)布《關(guān)于調(diào)整完善新能源汽車推廣應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)貼政策的通知》。該《通知》2018年2月12日起實(shí)施,2018年2月12日至2018年6月11日為過(guò)渡期。具體來(lái)看,新能源乘用車、客車和專用車的補(bǔ)貼都有不同程度的下滑,燃料電池汽車雖補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)保持不變,但技術(shù)要求大幅提升。
亞化咨詢認(rèn)為,鋰離子動(dòng)力電池車與氫燃料電池車各有優(yōu)勢(shì),將在較長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)共存于市場(chǎng)。其中,鋰離子動(dòng)力電池因其相對(duì)較低的能量密度而更適合用于乘用車和短途大巴;而氫燃料電池因其具有更高的續(xù)航里程與相對(duì)固定的線路而更適用于商用車,如長(zhǎng)途大巴,和貨運(yùn)車等。長(zhǎng)期來(lái)看,隨著燃料電池系統(tǒng)及電堆成本的進(jìn)一步下降、加氫站網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步完善,氫燃料電池車將占據(jù)更高的市場(chǎng)份額。
責(zé)任編輯:仁德財(cái)
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