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從特斯拉Semi Truck看氫能重卡的優(yōu)勢(shì)

2022-12-23 來(lái)源:氫智會(huì)作者:國(guó)金證券研究所 瀏覽數(shù):527

12月2日,Tesla 發(fā)布了Semi Truck純電動(dòng)重卡,近期戴姆勒也發(fā)布了GenH2氫燃料電池重卡,通過(guò)參數(shù)對(duì)比發(fā)現(xiàn),雖然Semi Truck在續(xù)駛里程(800km)上相較之前的純電動(dòng)和換電重卡(200-400km)大幅提升,但仍然在續(xù)航和載重量方面不及燃料電池重卡

 背景概述
 
12月2日,Tesla 發(fā)布了Semi Truck純電動(dòng)重卡,近期戴姆勒也發(fā)布了GenH2氫燃料電池重卡,通過(guò)參數(shù)對(duì)比發(fā)現(xiàn),雖然Semi Truck在續(xù)駛里程(800km)上相較之前的純電動(dòng)和換電重卡(200-400km)大幅提升,但仍然在續(xù)航和載重量方面不及燃料電池重卡:
 
長(zhǎng)續(xù)航:1000公里 vs 800公里續(xù)航里程。對(duì)應(yīng)搭載兩個(gè)150kW電堆+72kWh電池和推測(cè)容量為1000kWh的電池,燃料電池重卡續(xù)航里程更具備優(yōu)勢(shì),符合重卡長(zhǎng)途運(yùn)行需求;
 
高載量:25t vs 16t 有效載量(假設(shè)除發(fā)動(dòng)機(jī)外其他配件重量一致)。對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)重量為2.1t(系統(tǒng)+動(dòng)力電池+液氫罐)和7.5t電池包(以公布的耗電量和續(xù)駛里程測(cè)算),燃料電池重卡載量方面更具優(yōu)勢(shì)。
 
燃料加注時(shí)間:個(gè)位數(shù) vs 超30分鐘。燃料電池重卡在加注速度方面更占優(yōu),雖然Semi Truck可實(shí)現(xiàn)30分鐘內(nèi)充電70%,但燃料電池重卡可實(shí)現(xiàn)4-5分鐘內(nèi)加注充滿氫氣,存在10倍以上差距。
 
基礎(chǔ)設(shè)施:加氫站建設(shè)提速 vs 電網(wǎng)沖擊。燃料電池重卡需要加氫站加氫,當(dāng)前加氫站建設(shè)已超200座,預(yù)計(jì)2025年將超1000座,建設(shè)成本的快速下降疊加建設(shè)門檻的下降,以及國(guó)央企的大量入場(chǎng),加氫站將在未來(lái)非常便捷,足以保障燃料電池汽車的運(yùn)營(yíng)。對(duì)比純電動(dòng)重卡,雖然Semi Truck具備1MW+ 的直流快充能力,但對(duì)電站要求很高,超高規(guī)模的用電將對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生巨大沖擊,建設(shè)5兆瓦電站需耗資數(shù)千萬(wàn)美元,相當(dāng)于一個(gè)專業(yè)體育場(chǎng)用電規(guī)模的充電站。
 
通過(guò)對(duì)近期新發(fā)布的兩款車型對(duì)比發(fā)現(xiàn),燃料電池重卡更具備優(yōu)勢(shì),重卡電動(dòng)化減排將以燃料電池為主導(dǎo),長(zhǎng)續(xù)航、低成本的燃料電池是重卡電動(dòng)化轉(zhuǎn)型中的最優(yōu)選擇。技術(shù)路線選擇關(guān)鍵在于成本的商用化可行,測(cè)算結(jié)果表明,燃料電池重卡經(jīng)濟(jì)性更佳。
 
1、Tesla Semi Truck vs Daimler GenH2
 
(1)續(xù)航低于燃料電池重卡,低200公里。Semi Truck 約800公里的續(xù)航雖高于當(dāng)前發(fā)布的其他純電和換電重卡200-300公里的續(xù)航,然而仍然低于Daimler GenH2氫燃料電池重卡1000公里續(xù)航。
 
(2)載重量不及燃料電池重卡,發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量相差5.5噸。Semi Truck滿載重37t,以公布的耗電量2kwh每英里(官網(wǎng)未公布為滿載還是空載的耗電量,此處假設(shè)為滿載),續(xù)航500英里計(jì)算,電池容量需達(dá)到1000kwh,以133wh/kg的電池組密度測(cè)算,1000kwh動(dòng)力電池重量約為7.52噸,對(duì)比Daimler 2噸的發(fā)動(dòng)機(jī)重量(系統(tǒng)+動(dòng)力電池+液氫罐),Semi Truck電池過(guò)重,直接將導(dǎo)致載貨量下降,從而影響經(jīng)濟(jì)效益。
 
(3)充電樁需要MW級(jí)且速度較慢,充能10倍以上差距。SemiTruck采用Tesla兆瓦級(jí)第四代超充接口,超級(jí)充電器具備1MW+的直流快充能力,能在30分鐘內(nèi)充電70%,但對(duì)電站要求高,5兆瓦電站相當(dāng)于需耗資數(shù)千萬(wàn)美元,并且快充對(duì)標(biāo)燃料電池4-5分鐘級(jí)別加氫慢。
 
 
載重量測(cè)算框架:燃料電池重卡主要由燃料電池系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、動(dòng)力電池、儲(chǔ)氫系統(tǒng)、車身及其他構(gòu)成;電動(dòng)重卡的主要由電池包,電池底座,電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),車身及其他部件構(gòu)成。對(duì)比兩者關(guān)鍵組件的重量,即可測(cè)算出載重量差異,由于新產(chǎn)品公布數(shù)據(jù)有限,以及發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)為車輛的成本和技術(shù)中心,此處假設(shè)除發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)外的其余部件重量一致。
 
 
Daimler Gen H2燃料電池重卡:發(fā)動(dòng)機(jī)為燃料電池系統(tǒng),其需要搭配儲(chǔ)氫系統(tǒng)、動(dòng)力電池共同為汽車提供動(dòng)力,發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)重量總共達(dá)到2.05噸。1)燃料電池系統(tǒng):搭載兩個(gè)150kw的電堆,共計(jì)300kw;2)儲(chǔ)氫系統(tǒng):搭載兩個(gè)儲(chǔ)氫瓶,可加注80kg液氫,對(duì)應(yīng)需配備的儲(chǔ)氫罐總?cè)萘啃柙?100-1200L;3)動(dòng)力電池:搭載72kwh動(dòng)力電池,提供400kw功率。
 
Tesla Semi Truck純電動(dòng)重卡:以公布的耗電量2kwh每英里、續(xù)航500英里計(jì)算,電池容量需達(dá)到1000kwh。
 
 
長(zhǎng)續(xù)航+高載量,燃料電池是重卡電動(dòng)化的最佳選擇。電動(dòng)重卡主要涵蓋燃料電池和純電動(dòng)兩種路線,對(duì)比純電動(dòng),燃料電池的高能量密度帶來(lái)的長(zhǎng)續(xù)航能夠大幅緩解純電動(dòng)車的續(xù)航里程問(wèn)題,并且同等情況下燃料電池重卡的載貨量更高,將帶來(lái)更好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。隨著2022年3月《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃(2021——2035年)》的出臺(tái)以及燃料電池長(zhǎng)續(xù)航和高載量等優(yōu)勢(shì),未來(lái)燃料電池重卡將成為主流。
 
2、全生命周期成本測(cè)算:燃料電池重卡全生命周期成本優(yōu)于電動(dòng)重卡
 
全生命周期成本是衡量重卡經(jīng)濟(jì)性的核心指標(biāo)。成本是評(píng)估技術(shù)路線商用化可行性的關(guān)鍵,全生命周期成本(TCO)是從卡車整個(gè)生命周期來(lái)考量成本,包含車輛購(gòu)置成本以及運(yùn)營(yíng)成本。當(dāng)燃料電池重卡TCO比純電動(dòng)重卡更低時(shí),燃料電池重卡便是終端用戶的經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)選擇。目前燃料電池系統(tǒng)占整車成本約60%,運(yùn)營(yíng)階段主要以氫氣費(fèi)用為主,因而系統(tǒng)單價(jià)和氫氣售價(jià)是影響燃料電池重卡TCO的主要因素。
 
 
燃料電池和換電重卡的全生命周期成本測(cè)算邏輯和假設(shè):考慮到短島和長(zhǎng)途運(yùn)輸場(chǎng)景下重卡的車速不同將導(dǎo)致整車全天用電量的差異,從而影響能耗費(fèi)用。因此,我們將燃料電池和電動(dòng)重卡的TCO分為短島和長(zhǎng)途場(chǎng)景,其中對(duì)每個(gè)場(chǎng)景將分為購(gòu)置階段和運(yùn)營(yíng)階段的成本拆分,以Semi Truck和同量級(jí)的燃料電池重卡為例進(jìn)行測(cè)算。
 
(1)購(gòu)置成本:國(guó)補(bǔ)+地補(bǔ)后低于純電動(dòng)重卡。
 
購(gòu)置成本包括裸車價(jià)和補(bǔ)貼。受益于技術(shù)進(jìn)步和規(guī)模化降本,燃料電池重卡購(gòu)置價(jià)格將持續(xù)下降,2025年燃料電池系統(tǒng)價(jià)格有望下降至2元/w以下,對(duì)標(biāo)現(xiàn)階段4元/w的系統(tǒng),降幅超50%,而純電動(dòng)重卡中的鋰電價(jià)格呈現(xiàn)波動(dòng)趨勢(shì),甚至在未來(lái)供需不平衡的情況下,有可能呈現(xiàn)向上趨勢(shì)。未來(lái)在無(wú)補(bǔ)貼的情況下,燃料電池重卡將實(shí)現(xiàn)與純電動(dòng)重卡的平價(jià),甚至更低。
 
 
(2)運(yùn)營(yíng)成本:燃料電池重卡更適用于長(zhǎng)途高速場(chǎng)景,即長(zhǎng)途跨省市運(yùn)輸,在氫氣價(jià)格不斷下降,電價(jià)波動(dòng)的情況下,燃料電池將更適用于重卡,并實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性。
 
以氫氣價(jià)格30元/kg,電價(jià)為0.7元/kWh測(cè)算,包括能耗費(fèi)用、維保成本、系統(tǒng)折舊費(fèi)用和環(huán)境成本。
 
 
 
當(dāng)前,考慮到部分地區(qū)氫氣資源豐富,例如三北地區(qū)的到站氫氣價(jià)格為20-25元/kg,此時(shí)燃料電池重卡的運(yùn)營(yíng)成本將低于純電動(dòng)重卡的運(yùn)營(yíng)成本。
 
 
 
成本經(jīng)濟(jì)性:降本成效顯著,現(xiàn)階段補(bǔ)貼后TCO低于純電動(dòng)重卡。基于扶持期產(chǎn)業(yè)鏈成本情況和政策方案,在短島和長(zhǎng)途場(chǎng)景下,F(xiàn)CV全周期經(jīng)濟(jì)性均優(yōu)于純電動(dòng)重卡,在高補(bǔ)貼、氫氣資源優(yōu)勢(shì)地區(qū)具備性價(jià)比優(yōu)勢(shì)。假設(shè)全生命周期運(yùn)營(yíng)里程100萬(wàn)km,氫氣價(jià)格為30元/kg,電費(fèi)為0.7元/kWh,測(cè)算得到短島場(chǎng)景下燃料電池重卡TCO約322萬(wàn)元,純電動(dòng)重卡約362萬(wàn)元,長(zhǎng)途高速場(chǎng)景下燃料電池重卡TCO約297萬(wàn)元,純電動(dòng)重卡約347萬(wàn)元。燃料電池重卡經(jīng)濟(jì)性均優(yōu)于換電重卡,即在當(dāng)前成本水平及政策條件下,燃料電池重卡已實(shí)現(xiàn)TCO低于換電重卡。考慮部分地區(qū)氫氣資源豐富,例如三北地區(qū)的加氫站氫氣價(jià)格為20-25元/kg,此時(shí)相應(yīng)燃料電池重卡的經(jīng)濟(jì)性將更加明顯。
 
 
 
閱讀上文 >> 氫燃料電池之國(guó)內(nèi)電堆企業(yè)盤點(diǎn)
閱讀下文 >> 6大關(guān)鍵詞“解讀”2022年氫能生態(tài)

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