新能源汽車綜合經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析及預(yù)測研究*

朱成，劉 頔，滕欣余，張國華，于 丹，劉 沙，胡苧丹

（1.北京卡達(dá)克科技中心有限公司，北京 100070；2.中汽數(shù)據(jù)有限公司，北京 100070）

前言

在全球大力推進(jìn)新能源汽車產(chǎn)業(yè)化的大背景下，我國經(jīng)過多年的支持和發(fā)展，在純電動(dòng)汽車領(lǐng)域取得了巨大的進(jìn)步，整車銷量連續(xù)多年世界領(lǐng)先，關(guān)鍵零部件及材料均可以自產(chǎn)，核心技術(shù)水平與世界實(shí)現(xiàn)并跑；在燃料電池電堆及關(guān)鍵零部件核心技術(shù)、氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)化、示范應(yīng)用及市場培育等方面也實(shí)現(xiàn)了持續(xù)進(jìn)步，取得較大進(jìn)展，燃料電池汽車也已從“技術(shù)突破”進(jìn)入到“成本大幅降低”的過程節(jié)點(diǎn)，基本具備商業(yè)化運(yùn)行的條件，開始進(jìn)入量產(chǎn)階段［1-3］。

目前，我國在動(dòng)力電池、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、智能電控產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)上，燃料電池、系統(tǒng)、零部件、整車等企業(yè)紛紛布局，多省市相繼出臺(tái)政策標(biāo)準(zhǔn)，著力發(fā)展氫能與燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)，開啟燃料電池汽車應(yīng)用示范［4-7］。在示范應(yīng)用過程中，燃料電池汽車和純電動(dòng)汽車以及傳統(tǒng)燃油汽車的經(jīng)濟(jì)性研究一直是產(chǎn)業(yè)發(fā)展關(guān)注的重點(diǎn)。現(xiàn)階段，由于氫能與燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)處于發(fā)展初期，受車輛的燃料電池系統(tǒng)與關(guān)鍵零部件技術(shù)水平、國產(chǎn)化程度和市場規(guī)模等條件影響，我國燃料電池汽車的經(jīng)濟(jì)性與純電動(dòng)汽車和傳統(tǒng)燃油汽車相比不具競爭優(yōu)勢，成本較高，相關(guān)研究工作有待進(jìn)一步開展［8-11］。

根據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要，我國部分高校、企業(yè)等一直關(guān)注和研究不同類型汽車的經(jīng)濟(jì)性，建立了一些成本計(jì)算模型并進(jìn)行了純電動(dòng)汽車、燃料電池汽車、傳統(tǒng)燃油汽車的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比，但依舊存在成本計(jì)算模型較復(fù)雜、經(jīng)濟(jì)性對(duì)比較宏觀、車輛未來成本趨勢預(yù)測方法較少等問題［12-18］。其中，純電動(dòng)汽車和燃料電池汽車的未來成本趨勢預(yù)測及搭載不同動(dòng)力系統(tǒng)車輛成本對(duì)比分析研究是指導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、細(xì)化政策舉措的重要依據(jù)，對(duì)新能源汽車產(chǎn)業(yè)長遠(yuǎn)發(fā)展具有重要意義，值得產(chǎn)業(yè)深入探討。

新能源汽車和傳統(tǒng)燃油汽車的主要區(qū)別是其動(dòng)力系統(tǒng)不同，因此，為開展其綜合經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析和預(yù)測研究，本文從不同續(xù)駛里程和不同質(zhì)量兩個(gè)維度考慮，建立了以動(dòng)力系統(tǒng)為基礎(chǔ)的車輛成本預(yù)測模型，對(duì)比分析未來搭載不同動(dòng)力系統(tǒng)車輛（純電動(dòng)商用車、燃料電池商用車和傳統(tǒng)燃油（柴油）商用車）在當(dāng)下、2025年、2030年、2035年的動(dòng)力系統(tǒng)成本和全生命周期成本，其中，全生命周期成本為車輛的動(dòng)力系統(tǒng)成本與使用成本的總和（假設(shè)車輛除動(dòng)力系統(tǒng)外的其他部件成本相同）。本文的研究和預(yù)測結(jié)果具有一定的先進(jìn)性，可為純電動(dòng)汽車和燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展提供借鑒。

1 搭載不同動(dòng)力系統(tǒng)車輛經(jīng)濟(jì)性預(yù)測模型

為深入研究搭載不同動(dòng)力系統(tǒng)車輛在2025-2035 年間的經(jīng)濟(jì)性，本文綜合技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)步帶來的成本下降因素，構(gòu)建了純電動(dòng)汽車、燃料電池汽車、傳統(tǒng)燃油汽車在不同續(xù)駛里程、不同質(zhì)量要求下的經(jīng)濟(jì)性預(yù)測模型。為避免出現(xiàn)因車輛動(dòng)力系統(tǒng)之外的配置規(guī)格不同導(dǎo)致的價(jià)格差異較大，因此在預(yù)測模型構(gòu)建中，3 種類型的車輛只計(jì)算動(dòng)力系統(tǒng)成本的差異，其他部分視為相同。

1.1 搭載不同動(dòng)力系統(tǒng)車輛4 時(shí)間段的核心部件價(jià)格預(yù)測

根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》［19］，本文繪制了搭載不同動(dòng)力系統(tǒng)車輛所涉及的核心部件的當(dāng)前價(jià)格及其在未來3個(gè)時(shí)間段（2025年、2030年和2035年）的價(jià)格預(yù)測，如表1所示。

表1 搭載不同動(dòng)力系統(tǒng)車輛部件的當(dāng)前價(jià)格及預(yù)測

1.2 搭載不同動(dòng)力系統(tǒng)車輛4 時(shí)間段的能耗與儲(chǔ)能量預(yù)測

本文以商用車為車輛研究類型，進(jìn)行總質(zhì)量從2～20 t 的純電動(dòng)商用車、燃料電池商用車和傳統(tǒng)燃油商用車的經(jīng)濟(jì)性分析，根據(jù)汽車原理和汽車行駛方式，結(jié)合《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》中對(duì)車輛能耗的預(yù)測，建立了總質(zhì)量從2～20 t 的商用車能耗表，如表2 所示。其中，燃料電池汽車按照燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)增程式技術(shù)路線，純電續(xù)駛100 km，結(jié)合表2數(shù)據(jù)，可得出純電動(dòng)汽車和燃料電池汽車在4個(gè)時(shí)間階段（當(dāng)前、2025 年、2030 年和2035 年）不同續(xù)駛里程（100-1 000 km）條件下的儲(chǔ)電/氫量。表3 展示了部分純電動(dòng)汽車和燃料電池汽車現(xiàn)階段的儲(chǔ)電/氫量情況。

表2 2-20 t商用車能耗及動(dòng)力系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用表

表3 純電動(dòng)汽車和燃料電池汽車現(xiàn)階段儲(chǔ)能量情況概括

1.3 建立搭載不同動(dòng)力系統(tǒng)車輛4 時(shí)間段的動(dòng)力系統(tǒng)和全生命周期成本計(jì)算模型

本文建立了搭載不同動(dòng)力系統(tǒng)車輛在4 個(gè)時(shí)間段的動(dòng)力系統(tǒng)以及全生命周期成本計(jì)算模型，如表4 所示（全生命周期成本為車輛的動(dòng)力系統(tǒng)成本與使用成本的總和）。

表4 搭載不同動(dòng)力系統(tǒng)車輛4時(shí)間段的動(dòng)力系統(tǒng)和全生命周期價(jià)格模型

2 搭載不同動(dòng)力系統(tǒng)車輛4 時(shí)間段的動(dòng)力系統(tǒng)和全生命周期經(jīng)濟(jì)性預(yù)測分析

根據(jù)預(yù)測數(shù)據(jù)和建立的模型，本文根據(jù)不同續(xù)駛里程和不同質(zhì)量要求，對(duì)純電動(dòng)汽車、燃料電池汽車、傳統(tǒng)燃油汽車在當(dāng)下、2025 年、2030 年、2035 年4 個(gè)時(shí)間段下的經(jīng)濟(jì)性開展了對(duì)比分析研究。其中，圖1 顯示了車輛續(xù)駛里程要求和質(zhì)量對(duì)車輛全生命周期成本影響趨勢。

圖1 車輛續(xù)駛里程和質(zhì)量要求對(duì)車輛全生命周期成本影響

以續(xù)駛里程要求為600 km 時(shí)搭載不同動(dòng)力系統(tǒng)的不同質(zhì)量車輛在4個(gè)時(shí)間段成本為例，從圖2動(dòng)力系統(tǒng)成本分析可知：當(dāng)前燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)成本較高，但到2030年，燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)成本將會(huì)全面低于純電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)成本；到2035年，燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)成本甚至?xí)糠值陀趥鹘y(tǒng)燃油汽車動(dòng)力系統(tǒng)成本。

圖2 續(xù)駛里程600 km時(shí)搭載不同動(dòng)力系統(tǒng)車輛在不同時(shí)間段下動(dòng)力系統(tǒng)成本對(duì)比

從圖3 全生命周期成本分析可知：當(dāng)前燃料電池汽車全生命周期成本相比純電動(dòng)汽車和傳統(tǒng)燃油汽車較高，而純電動(dòng)汽車和傳統(tǒng)燃油汽車相當(dāng)，這也是目前純電動(dòng)汽車推廣較好的原因；到2025年，隨著電堆、氫氣價(jià)格的降低，燃料電池汽車全生命周期成本會(huì)接近傳統(tǒng)燃油汽車，而純電動(dòng)汽車則隨著電池、電機(jī)等價(jià)格的降低，其全生命周期成本進(jìn)一步降低，優(yōu)勢進(jìn)一步擴(kuò)大；到2035 年后，隨著電堆、氫氣技術(shù)走向成熟，價(jià)格進(jìn)一步降低，燃料電池汽車全生命周期成本會(huì)逐步低于純電動(dòng)汽車和傳統(tǒng)燃油汽車，并且這種趨勢隨著車輛質(zhì)量的增加以及續(xù)駛里程的提升愈加明顯。

圖3 續(xù)駛里程600 km時(shí)搭載不同動(dòng)力系統(tǒng)車輛在不同時(shí)間段下全生命周期成本對(duì)比

通過對(duì)這幾種動(dòng)力系統(tǒng)汽車的經(jīng)濟(jì)性預(yù)測分析可以得出：未來燃料電池汽車動(dòng)力系統(tǒng)成本和全生命周期成本將持續(xù)降低，在長續(xù)駛里程和重載條件下，全生命周期成本將會(huì)低于傳統(tǒng)燃油汽車和純電動(dòng)汽車；相比重載，長續(xù)駛里程對(duì)燃料電池汽車與純電動(dòng)汽車的經(jīng)濟(jì)性影響更加明顯。因此，根據(jù)模型預(yù)測分析結(jié)果，建議當(dāng)前燃料電池汽車發(fā)展的重要任務(wù)是降低成本，提升燃料電池汽車使用經(jīng)濟(jì)性；應(yīng)將燃料電池首先應(yīng)用于對(duì)續(xù)駛里程要求較長的商用車，尤其是重型商用車上，在進(jìn)一步降低成本后，可以拓展到更多車型。

另外，隨著汽車市場規(guī)模、技術(shù)革新和原材料供需情況的調(diào)整，電池系統(tǒng)價(jià)格、電機(jī)系統(tǒng)價(jià)格、電堆系統(tǒng)價(jià)格、氫氣瓶價(jià)格、氫氣價(jià)格、充電電費(fèi)、柴油價(jià)格、百公里電耗/氫耗/油耗等存在一定程度的波動(dòng)性。因此，可持續(xù)跟蹤本文建立的動(dòng)力系統(tǒng)和全生命周期價(jià)格模型所需的數(shù)據(jù)值，通過數(shù)據(jù)更新的方式動(dòng)態(tài)跟蹤成本變動(dòng)情況，準(zhǔn)確地把握純電動(dòng)汽車、燃料電池汽車和傳統(tǒng)燃油汽車的經(jīng)濟(jì)性和對(duì)比分析。

3 總結(jié)與展望

為進(jìn)一步開展純電動(dòng)汽車、燃料電池汽車和傳統(tǒng)燃油汽車的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析和預(yù)測研究，本文綜合技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)步帶來的成本下降因素，從不同續(xù)駛里程和不同質(zhì)量兩個(gè)維度考慮，建立了以動(dòng)力系統(tǒng)為基礎(chǔ)的車輛成本預(yù)測模型，并對(duì)純電動(dòng)汽車、燃料電池汽車、傳統(tǒng)燃油汽車在當(dāng)下、2025年、2030 年、2035 年的動(dòng)力系統(tǒng)成本和全生命周期使用成本進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和經(jīng)濟(jì)性預(yù)測。經(jīng)模型預(yù)測結(jié)果表明：純電動(dòng)汽車將在未來10 年內(nèi)占據(jù)成本優(yōu)勢，但后續(xù)隨著燃料電池汽車的動(dòng)力系統(tǒng)成本和全生命周期成本進(jìn)一步下降，在長續(xù)駛里程和高重載條件下，燃料電池汽車全生命周期成本將逐步低于傳統(tǒng)燃油汽車甚至純電動(dòng)汽車。因此，本文中建議我國在燃料電池汽車發(fā)展路線中優(yōu)先發(fā)展對(duì)續(xù)駛里程要求較長的重型商用車，進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化推廣，降低其關(guān)鍵部件和材料成本，使之具有經(jīng)濟(jì)性和廣闊的發(fā)展前景。

綜上，本文中建立的以動(dòng)力系統(tǒng)為基礎(chǔ)的車輛成本預(yù)測模型和模型預(yù)測結(jié)果能夠更詳細(xì)地對(duì)經(jīng)濟(jì)性預(yù)測進(jìn)行量化，可為我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供一定的借鑒作用。現(xiàn)階段，我國燃料電池汽車相較傳統(tǒng)燃油汽車和純電動(dòng)汽車運(yùn)行成本較高，經(jīng)濟(jì)性相對(duì)較差。但在我國大力發(fā)展新能源汽車的時(shí)代背景下，燃料電池汽車因具有零排放、加注效率高、續(xù)駛里程長等優(yōu)勢，未來仍具有廣闊的發(fā)展前景，且隨著氫能與燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，燃料電池汽車的經(jīng)濟(jì)性也將逐步提升，未來將與純電動(dòng)汽車、插電式混合動(dòng)力汽車一起，完成對(duì)傳統(tǒng)燃油汽車的全面替代［20-22］。