配套成本比較
加氫站、加油站、充電站成本主要分為土地成本、設備成本、建設成本,差別主要體現在設備成本。加油站基本在300萬元,充電站為430萬元,加氫站以
日本目前的標準預計為1500萬元,整體上加氫站成本要高1000萬元左右。按照15年折舊,每年銷氣量1000萬方,則折舊成本為0.1元/方。小規模時氫氣一般以槽罐車運輸,預計運費為0.44元/方,規模擴大后則可采用管網運輸,成本會下降至0.23元/方。
雖然鋰
電池現階段依托于現成的電網系統,配套成本很低。但如果大規模推廣,現有電網的容量冗余基本都將被耗盡,未來必須要大規模擴容。因此充電站本質上是將配套成本外部化給了電網,因此計算其全產業鏈成本時還要添加電網端的成本。一般商業化運營的充電站至少都要達到1小時快充的標準,對應10個充電樁組成的充電站的功率都要達到600千瓦,相當于上百戶家庭的用電負荷,對電網負荷的沖擊極大。對應電網需要新增投資120萬元來擴容負荷,但每年新增售電量只有93萬度,按照0.65元/度購電成本,電網端15年收回投資測算,則售價要在成本基礎上增加0.18元/度。
銷售端成本測算
加油站的銷售網絡已經非常成熟,其每小時的利潤水平可以作為加注站合理回報的測算基準。對應加氫站每方價差為0.51元,
鋰電池每度電則為4.9元。該電價情況下,鋰電池車基本無法推廣。目前國家規定充電站服務費上限為0.4元/度,但其背景是給予了大量補貼。但沒有任何產業可以長期依靠補貼來發展,未來如果鋰電池的充電效率不顯著提升,在加注站這個環節,企業的盈利水平會大幅低于加油站和加氫站。沒有合理回報,在目前寸土寸金的大城市,投資者根本沒有任何激勵去推廣充電站,產業自然也無法發展。但鋰電池低能量密度過低,如果強行實現高充電效率,電池循環壽命面對的工程挑戰就會非常巨大。而且即使能實現3分鐘快充,但對應單個充電樁的功率要高達1200千瓦,每個充電站都要配套一個110千伏變電站。其投資高達5000萬元,占地5000平米,且周圍300米還不能有居民樓,對于現在沿海大城市在操作層面上挑戰也很大。
總計成本
綜合上述所有成本,汽油車、鋰電池車、現階段和充分商業化后燃料電池車的百公里成本為58、83、23和20元。由于銷售價差占鋰電池成本比重很高,我們考慮到充電樁設備投資是加氫站的1/3,將其小時利潤降至1.4元,綜合成本也還有37元,燃料電池車長期成本優勢仍然非常明顯。其實這所有的根源還在于燃料電池能量密度最高,同等商業化情況下,成本自然具備優勢。
新能源車發展的一個重要邏輯就是節能環保,這對我國無疑更為重要。目前我國不但空氣污染嚴重,而且石油進口依存度高達60%,其中85%還要經過
美國控制的馬六甲海峽,能源安全已成為我們國家安全的最大軟肋。因此國家給予新能源車巨額補貼,一個重要原因就是為了緩解對石油的進口依存度。那么下文我們就從節能、環保和資源約束等方面對兩者進行比較,具體如下:
節能環保比較
燃料電池原料氫氣在我國目前最經濟的手段是煤制氫,鋰電池的原料電力,在我國也主要來自于煤炭發電。因此這兩者本質上能量都來自于煤炭,碳排放只不過是轉移給了上游,因此是否節能,主要就是看能量轉換效率。目前鋰電池車每百公里耗電17度,對應6.8公斤煤炭;燃料電池每百公里耗氫9方,儲運環節損耗20%,對應煤炭為7.3公斤;汽油車每百公里耗油10L,碳排放相當于10公斤煤炭。其實新能源車的節能效果都不明顯,其核心價值還是在于將一次能源消耗從石油轉化為我國儲量豐富的煤炭,緩解了能源安全問題。而從環保看,燃料電池幾乎沒有尾氣排放,鋰電池也只有少量排放,全產業的污染主要集中在上游。但比起處理分散的汽油車尾氣排放,上游的集中治污無疑難度要小很多。綜合而言,燃料電池全產業鏈的污染最低,基本可以認為是最佳的綠色車用能源。
資源約束比較
燃料電池的催化劑要用到貴金屬鉑,市場普遍擔心其資源約束。2015年鉑全球總需求為270噸,主要下游為汽車尾氣清潔催化劑、首飾、工業,占比為44%、34%、22%。Mirai單車鉑消耗量約為20g,比汽油車消耗要高10-15g。假設燃料電池車占全球5%的年產量,年均消費增量為56噸左右,看似沖擊很大。但是同樣假設下,鋰資源的年均消費增量為8萬噸,對應每年4萬噸的產量其實沖擊更大,這已經從今年的鋰礦石價格暴漲得到側面證明。而且
豐田中期優化目標為鉑單耗降低75%,并實現催化劑的鉑回收。上述任何一個目標實現,鉑資源約束基本就得到解決。
商業化程度比較
從商業化程度上看,燃料電池和鋰電池車大體差了5年,現在還處于商業化的前夕,預計爆發點在2020年左右。目前全球技術領先的國家為日本和美國,尤其是日本在乘用車領域幾乎是一枝獨秀,2015年量產的Mirai基本達到了商業化的入門標準。相比之下,我國在燃料電池產業化領域就建樹寥寥,只有北汽
福田和上汽為08年奧運會和10年世博會生產過燃料電池大客車,還停留在技術示范階段。但我國的優勢是經濟體量大,隨著燃料電池技術的成熟,具備快速追趕的能力。
能源的未來和工業體系的重構
目前全球能量整體還是來自于太陽核聚變產生的邊緣能量,總輸出功率為1.8*1013。依照卡爾達肖夫指數,還處于行星級文明的階段。未來要繼續突破,必然要實現可控核聚變,唯此才能達到1016的恒星級文明起步條件。屆時1公斤氫的同位素就能產生上億度電力,相當于1公斤海水就抵得上300升汽油的能量,水變油也將從夢想變成現實,能量也將不再成為困擾人類發展的問題。電解水制氫成本將會極低,可控核聚變+氫能源將成為能源結構的終極組合。石油則可以從燃料這個低端領域徹底解脫出來,各種石油基原料的成本將會降至能以想象的程度,也給人類未來工業體系的重構帶來了無限可能,那將會是一個非常美好的時代!
縱觀人類歷史,每一次能源變革都會帶來整個工業體系的重構,甚至是全球領導國家的易主。第一次工業革命成就了
英國、第二次工業革命成就了美國。如果燃料電池車未來能全面替代石油車,則配套石油建立的整個工業體系都將被顛覆,發達國家在過去200年內燃機時代積累起來的技術優勢的價值將大幅縮水,這也相應給了我國一個彎道超車的機會。如果我們能夠把握住這個歷史機遇,就完全有望成為下一代工業體系的領導國家。日本作為最早研發出鋰電池的國家,目前卻已基本放棄鋰電池車的研發,全力猛攻燃料電池,其背后的邏輯很值得我們深思。