文章导读

为了保证地球的气候依旧适宜人类居住，全球温度上升必须被限制在1.5°C以内。而截至目前，地球表面的平均温度已经比19世纪末 (工业革命前) 升高了1.1℃。根据联合国的数据分析结果，想要实现宜居气候维持，排放量需要在2030年前减少45% ，到2050年实现净零。作为联合国净零承诺的重要参与者，中国在2022年公布了碳排放目标，力争在2030年和2060年分别实现“碳达峰”和“碳中和”。

在汽车行业实现碳中和的过程中，减少重型卡车的碳排放，实现重型卡车电气化是最具挑战性的方面之一。来自清华大学车辆与运载学院的郝瀚副教授及其团队在Sustainability 期刊发表了文章，创新性的采用了一种用总拥有成本 (TCO) 作为经济评估指标的详细模型，对燃料电池卡车 (FCT) 和纯电动卡车 (BET) 不同部署环境的经济可行性进行了全面分析。该模型包含了针对不同动力系统类型适用的车辆和能源补充站的专门子模型，解决了现有研究在直接分析TCO影响因素方面的空白。

研究方法

文章采用的框架 (图1) 包含三个子模型。TCO模型是本研究的核心，该模型细致地量化了车辆首次拥有期间产生的综合成本，包括无动力车身和动力总成的成本、储能支出以及涵盖维护、维修和能源消耗的运营成本。此外，TCO模型还整合了车辆的剩余价值，提供了与重型卡车相关的经济影响的整体视图。

车辆和车站模型作为重要的子模型对其进行补充。车辆模型总结了关键的车辆参数，例如尺寸等级、行驶里程、车辆性能指标、传动系统功率和能耗率。它适用于各种重型卡车类型，即FCT、带电池充电的BET (BET-BC) 和带电池交换的BET (BET-BS)。车站模型对基础设施进行了分析，重点关注能源基础设施每小时服务的最大车辆数量、车站的能源补充能力以及与加氢、电池充电和换电设施相关的性能指标。

图 1. TCO 分析的框架。

研究结果和结论

这项对中国重型卡车的TCO分析考虑了到2035年的时间范围和长达1000公里的行驶里程，结果表明BET目前比FCT表现出更优越的经济性能。然而，由于燃料电池技术和相关系统的进步，这种成本差距正在逐渐缩小。结论如下：

(1) 在FCT的TCO分析中，氢能价格因其对总体成本的显着贡献而成为关键的经济因素。对于BET而言，随着尺寸级别和行驶里程的增加，车辆成本 (尤其是与电池相关的成本) 变得至关重要。因此，FCT的成本降低策略应侧重于氢燃料价格，而BET的成本降低策略应侧重于减少与车辆相关的费用。

(2) 随着续驶里程的延长，FCT和BET之间的TCO差距缩小，在1000公里以上达到平价。这项研究预测，到2035年，成本等效行驶里程将达到1180公里（当前柴油卡车可以实现的距离），将燃料电池技术定位为长途重型运输更具成本效益的选择。可再生电力的价格显着影响FCT和BET的经济可行性。该研究预计，到2035年，如果可再生能源电力成本降至0.022美元/千瓦时，1000公里范围内的FCT和BET将达到成本平价。

(3) 在本研究的各种场景中，换电重型卡车始终表现出最佳的经济性能。然而，这并没有将基础设施因素考虑在内。由于行驶里程的限制，重型卡车对于电池更换站的需求更加频繁。重型卡车快速更换电池所带来的效率增益也被此所抵消。

在重型卡车领域，燃料电池和纯电动技术都有独特的优势和局限性。FCT擅长长途重载应用，而BET更适合较短的航程和较小的尺寸货物运输。重型卡车电气化转型的成功将取决于市场动态、技术进步和政策支持。持续的创新和政策举措，将是确保这一转变在经济上可行且在环境上可持续的重要因素。

Mu, Z.; Zhao, F.; Bai, F.; Liu, Z.; Hao, H. evaluating Fuel Cell vs. Battery Electric Trucks: Economic Perspectives in Alignment with China’s Carbon Neutrality Target. Sustainability 2024, 16, 2427. DOI: 10.3390/su16062427

Sustainability 期刊介绍

期刊涉及人类的环境、文化、经济和社会可持续性，为有关可持续性和可持续发展的研究提供了一个高级论坛。目前期刊已被 SCIE、SSCI (Web of Science) 和 Scopus 等数据库收录。

2023 Impact Factor: 3.3

2023 CiteScore: 6.8

Time to First Decision: 15.4 Days

Time to Publication: 41 Days