基于运营综合经济性模型的氢燃料重卡典型场景竞争力评价

左培文

在财税支持政策的推动下，我国氢燃料电池汽车产业取得了长足进展，但总体来看，目前氢燃料电池汽车的应用仍处于早期阶段[1]，车辆保有量仅7 000 余辆，加氢站数量130 座左右，应用场景还需要重点探索、突破。而作为新能源汽车主要技术路线的纯电动汽车，在乘用车市场渗透率已经超过10%，具备了同燃油乘用车的竞争能。同作为新能源技术，氢燃料与纯电动2 条技术路线的关系并非是对立的，而是相互补充的；因此，氢燃料电池技术宜优先应用在商用车领域成为行业共识。由于氢燃料技术具有加氢时间短、续航里程长的特点，吸引了很多商用车企业开发氢燃料电池重卡，但氢燃料电池重卡能否在特定场景下具有竞争力[2]，需要综合分析其经济性。因此，本文构建了基于运营综合经济性的氢燃料重卡在典型场景中的竞争力模型，明确要研究的成本构成指标体系，通过调研获取了典型场景的特征，将其代入模型中，量化对比采用不同技术路线的车型的竞争力，为地方政府制定氢燃料电池汽车推广方案及整车企业制定氢燃料重卡产品规划提供定量参考依据。

1 综合成本测算模型的构建

1.1 模型关键要素选取

商用车是典型的生产工具，用户对其成本的关注度很高；同时，由于越来越严苛的环保法规，使得燃油商用车向电动化转型具有了现实意义，尤其是传统重卡具有油耗较高、污染物排放量较大的特点，更成为社会和汽车行业重点关注的对象。

重卡产品的经济性又与场景直接相关，其中，矿区短倒运输、工业园区内运输、港口物流运输、城市渣土运输4 大场景都具有日均行驶里程较短、使用频次高、行驶路线单一、工况对应的油耗较高的特点。结合这些特征，部分商用车企业针对这些高耗能、高污染场景开发了纯电动和氢燃料重卡产品。

为进一步分析新能源重卡特别是氢燃料重卡在这些场景下的竞争力，从场景特征出发，结合车辆特点和性能，以及基础设施的建设情况，将成本要素拆分为购置成本、能源成本、其他运营成本、基础设施建设成本4 个一级指标，并进一步拆分二级指标，由二级指标分别计算出相对应的一级指标数值，汇总一级各项数值，得到最终的综合成本。氢燃料电池重卡竞争力模型的构建框架如图1所示。

图1 基于应用场景的氢燃料电池重卡竞争力模型

1.2 模型指标构成要素分析

1.2.1 资金使用成本

重卡运营方需要使用较大数额资金用于车辆购买、加氢站或充电站的建设，这些大额资金通常采取贷款方式获得。资金的使用成本通常由资金的筹资费用和资金占用费用2 部分构成。为便于计算，筹资费用统一按资金总额的2%计算，资金占用费用按年利率8%等额本金计算贷款周期内的总利息。即资金成本计算公式如下：

筹资费用:

上式中，n为贷款总额，c为贷款年限。

1.2.2 购置及税费成本

根据中国现行的新能源汽车补贴政策及税收优惠政策规定，购置新能源重卡享有一定额度的购置补贴及免征车辆购置税、车船税的优厚条件。在计算该部分成本时，根据政策规定进行相应的费用减免。但燃油车不享有相关政策优惠，因此需要计算该部分的成本。即购置及税费成本计算公式如下：

上式中，x1为购置及税费成本；n1为车辆购置贷款总额，按车辆指导价计算；e1为车辆购置的资金成本；d为车辆购置税，f为车船税，2 种税项按最新的税法规定进行计算；s1、s2分别为国家补贴和地方补贴，按最新的补贴政策计算，其中地方补贴仅考虑氢燃料重卡可以获得，并按国家补贴的50%计算。

1.2.3 能源成本

与能源成本因素密切相关的几部分要素分别为100 km 能耗、日均行驶里程、单位能源价格，以及车辆运行时间。为便于计算，重卡使用累计年限统一按5 年，每年运营按360 天计算。则能源成本计算公式如下：

上式中，x2为能源成本；m为各类型车辆的100 km 能耗，g为日均行驶里程，k为单位能源价格。k根据不同的场景选择不同的计算依据：对于副产氢比较丰富的化工、钢铁等工业园区，按工业园区进行纯化和压缩加工，车用氢气成本按10 元/kg 考虑；对于物流等场景，考虑车辆在对外开放的加氢站直接加注氢气，成本按补贴后40 元/kg 计算；自建充电站工商业电费电价按平均0.6 元/kWh 计算，公共充电站充电成本1.5 元/kWh 计算；柴油价格按6.5 元/L 计算。

1.2.4 其他运营成本

车辆在运营过程中还会产生维修保养成本以及驾驶员员工工资，为便于计算，车辆每年维保费用按车价3%考虑，车辆驾驶员工资按10 万元/年/人计算，双班或三班则按2 人或3人计算。即其他运营成本计算公式如下：

上式中，x3为其他运营成本；h为驾驶员工资。

1.2.5 单车分担基础设施建设成本

对于需要自行建设加氢站或充电站的场景，计算依据如下：

(1)固定园区内自建500 kg/天加注能力的加氢站，加氢站建设成本按1 100 万元计算，资金占用费按年利率8%计算(5 年还清贷款)，筹资费用按2%计算，人工、管理、维护成本按40 万元/年计算，固定资产折旧按10 年计算，利用率按80%计算；

(2)固定园区内自建含10 个50 kW 快充桩的充电站，建设成本按60 万元计算，资金占用费按年利率8%计算(5 年还清贷款)，筹资费用按2%计算，人工、管理、维护成本按20 万元/年计算，固定资产折旧按10 年计算，利用率按90%计算；

(3)在公共加氢站加注氢气的车辆，氢气价格中已包含加氢站成本，不另行计算。

则单车分担基础设施建设成本计算公式如下：

上式中，x4为单车分担基础设施建设成本；t为基础设施生命周期内能源加注总量；n2为基础设施建设成本；e2为基础设施建设资金成本；w为基础设施运营人工、管理、维护成本。

1.2.6 综合成本

综合成本(x)包含购置及税费成本、能源成本、其他运营成本、单车分担基础设施建设成本4 部分内容，计算公式如下：

2 典型场景下氢燃料竞争力模型的实证研究

选取典型场景中具有代表性的矿区短倒运输作为实例进行分析。

矿区场景具有如下特点：①使用频次高，每天运送10 趟以上；②矿区路况多上下坡，路面较颠簸；③平均油耗达到60 ～85 L/100 km；④煤矿周边会有坑口电厂，电价低廉，如果在山西等地，可以获得廉价氢气；⑤短倒运输单趟往返不超过40 km，电动化续航里程可以满足。

将场景特征结合各技术路线现有8×4 自卸汽车(重卡)情况，代入综合成本计算模型(8)，计算结果如表1 所示。

表1 矿坑场景下氢燃料电池8×4 自卸车综合成本测算

计算结果表明，日行驶里程在200 km 区间的矿区固定路线短倒运输场景下，氢燃料重卡综合成本高于纯电动和燃油车。但考虑到该场景具有环保的现实要求，且充电时间长的问题较难解决，如果在煤炭资源丰富的山西等地，可以将煤化工副产氢气用于氢燃料车辆，此时综合成本有望接近燃油车。

3 模型的不足

构建的综合成本测算模型是从多个成本角度，来分析氢燃料重卡的竞争力，但节能环保政策对推动氢燃料电池汽车发展起到了很重要的作用。模型没有对政策的影响力进行量化成本分析。在后续研究中，需要将节能减排政策进行重点考虑，进一步完善模型。