經(jīng)濟性

 

歷史上很多技術(shù)上更先進的產(chǎn)品，因為經(jīng)濟性較差，反而被淘汰了，所以在對比這兩種電池優(yōu)劣的時候，經(jīng)濟性是我們需要考慮的首要因素。從普通乘用車用戶的角度出發(fā)，我們來看看大家平時買車的時候會關(guān)注的主要經(jīng)濟性指標：購車成本，運行成本（每公里費用），保養(yǎng)成本。

 

購車成本這個指標比較難比較，國內(nèi)目前還沒有成熟商用氫燃料電池汽車在市場上銷售。在全球范圍內(nèi)，氫燃料電池汽車可銷售的車型也并不多，以Toyota Mirai ，Hyundai Nexo，和Honda Clarity為代表，其中賣得最好的Toyata Mirai在2018年也僅在全球范圍內(nèi)售出了1700輛，所以其價格也不能代表量產(chǎn)后的可能售價。不過為了比較起見，我們還是看看Toyata Mirai和Tesla Model S在美國的銷售價格。

從兩款車的官網(wǎng)可以看到，零售價格分別為$58,500和$75,750。從這個角度看，氫燃料電池車勝出。不過我們還應(yīng)該考慮兩種類型的車型選擇空間和是否買得到的問題，從這個角度看，鋰電池汽車選擇要多得多，而且有很多更便宜的選項，氫能源汽車在很多地方，想買也買不到。

我們分析的第二個指標是運行成本，對比燃油車經(jīng)濟性的時候，我們經(jīng)常會用“百公里油耗”這個指標，那么比較新能源汽車的時候，我們也可以用一個類似的概念：每公里費用。為了方便起見，我們還是對比Toyata Mirai和Tesla Model S在美國的運行成本。目前美國加氫的價格為每公斤$16.63，正常情況下相當于每英里$0.33的運行費用；Model S充滿電需要100千瓦時，按照加州$0.12/度的電費，充滿電需要$12，假設(shè)充滿后可以跑300英里，則相當于每英里$0.04的費用。為了方便起見，我們都換算成每公里的人民幣費用，那么氫燃料電池約為1.37元/公里，而鋰離子電池約為0.17元/公里，顯而易見，這個指標上鋰離子電池勝出。

 

我們在國內(nèi)城市開汽油車每公里成本約在1元左右，看來加氫比加油還要貴。我國國內(nèi)居民用電在全世界都屬于較低水平，所以鋰離子電池運行成本在中國應(yīng)該低于0.17元/公里。

需要指出的是，目前特斯拉和豐田都有免費充電或者加氫的服務(wù)，但是這么做只是為了促銷，長期持續(xù)下去并不現(xiàn)實。

 

我們在買車的時候通常還會考慮保養(yǎng)成本，一些傳統(tǒng)豪華車單次保養(yǎng)費動輒超過5000元，這也是一筆不小的費用。電動車因為結(jié)構(gòu)相對簡單很多，保養(yǎng)頻次和單次成本都要低很多。我們知道鋰離子電動車實際保養(yǎng)成本確實比燃油車低很多，但是氫燃料電池因為目前市場投放量太小，目前無法獲取其實際的保養(yǎng)成本，所以在這里假設(shè)這兩種新能源汽車的保養(yǎng)成本一樣高。

 

除了以上這三個指標，我們買車的時候還會考慮使用壽命，維修成本，二手車市場等因素，不過這些信息目前都比較難以獲取，尤其是對氫燃料電池汽車，所以在這里就都不考慮了。只看上面這三方面的因素，我們?nèi)绻豢磧煞N電池的代表車型，確實特斯拉更貴，但是鋰離子電池有更多便宜的車型，而燃料電池則沒有；運行成本鋰離子電池更低；保養(yǎng)成本二者打平。綜合來看，我認為鋰離子電池汽車更具經(jīng)濟性。

 

便捷性

 

經(jīng)濟性當然是我們決定買哪種車的重要考量，但是再便宜的車，如果用起來很不方便，這樣的經(jīng)濟性意義也不大。這部分我們就來比較兩種新能源汽車使用的便捷性，具體看續(xù)航里程，充電/加氫時間，和支持網(wǎng)絡(luò)這三個指標。

 

目前最先進的鋰離子電池汽車單次續(xù)航已經(jīng)可以做到500公里左右，這就和傳統(tǒng)的燃油車基本相當了，已經(jīng)可以滿足大多數(shù)的城市用車需求。

根據(jù)Toyota Mirai官網(wǎng)信息，該車單次續(xù)航為312英里，即502公里。這個指標上鋰離子電池和燃料電池基本持平。

 

加氫時間和充電時間的對比是氫燃料電池的最大優(yōu)勢，每次只需要5分鐘，而電動車目前最快也要接近兩小時，這個指標上氫燃料電池完勝。目前燃料電池汽車宣傳最多的特點也正是這一點。當然，對于鋰離子電池來說，也有快速的換電池選項，但是操作性較差，我們在這里不予考慮。

 

加氫的時候速度快當然是好事，但是如果加氫網(wǎng)絡(luò)不完善，每次開到加氫站還要兩個小時，那么加氫的時候省下的時間就意義不大了。在全球范圍內(nèi)，目前還沒有成熟完整的加氫網(wǎng)絡(luò)，當然這背后還需要氫氣生產(chǎn)工廠網(wǎng)絡(luò)和運輸網(wǎng)絡(luò)。這幾套網(wǎng)絡(luò)要在任何一個國家地區(qū)建立起來，一費時間二費錢，短期內(nèi)都看不到。

 

相比之下，充電網(wǎng)絡(luò)的建立則要簡單得多?；A(chǔ)的發(fā)電廠和電力傳送網(wǎng)絡(luò)在大多數(shù)國家和地區(qū)都已經(jīng)是現(xiàn)成的了，這就省了不少力氣。特斯拉在中國已經(jīng)初步建立了獨有的超級充電樁網(wǎng)絡(luò)，這當然和特斯拉執(zhí)行力極強分不開，但是基礎(chǔ)還在于中國的供電網(wǎng)絡(luò)還是很給力的。另外一方面，只要有車位，電動車就可以一般的家用電器一樣，在家里完成充電，晚上睡覺前插上就行，便捷性非常高，但是我們無法想象自己能在家里給車加氫。

 

其實不管是鋰離子電池電動車還是燃料電池電動車，都面臨新建外部支持網(wǎng)絡(luò)的問題。很多人不買電動車，最重要的原因在于充電/加氫不方便，而企業(yè)不愿投資太大建立充電樁和加氫站，原因在于還沒有足夠多的用戶，無法攤薄初期巨大的投資成本。

這就成了一個經(jīng)典的“先有雞還是先有蛋”的問題，要走出這個困境，要么有國家力量在解決這個問題，要么有強有力的企業(yè)推動。對于充電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)來講，這樣的事情已經(jīng)在發(fā)生了，比如中國的國家電網(wǎng)公司在建立全國性充電網(wǎng)絡(luò)，特斯拉也已經(jīng)建立了自己的超級充電樁網(wǎng)絡(luò)，但是對加氫網(wǎng)絡(luò)建設(shè)來講，成本要高得多，因為還要首先建立氫氣生產(chǎn)工廠和運輸網(wǎng)絡(luò)，另外，我們也沒有看到燃料電池領(lǐng)域出現(xiàn)特斯拉這樣的企業(yè)，能夠不計成本全力推進加氫網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

 

綜合而言，燃料電池目前在加氫時間上有巨大的優(yōu)勢，但是因為其加氫網(wǎng)絡(luò)支持水平太差，這就足以抹殺加氫時間這個優(yōu)勢。放眼未來，我們也看不到加氫網(wǎng)絡(luò)能夠很快鋪開，因為成本實在比充電網(wǎng)絡(luò)高太多，這可能會是氫燃料電池電動車發(fā)展的致命傷。再加上續(xù)航里程大家又差不多，我認為雖然加氫的速度快，但是實際使用綜合便捷性還是鋰離子電池高。

 

環(huán)境友好度

 

保護環(huán)境是發(fā)展新能源汽車的初心。不忘初心，方得始終。這部分我們來看看燃料電池和鋰離子電池誰對環(huán)境更友好。

 

首先，我們來看能量來源的可再生性。人類希望擺脫燃油車的一個初衷是化石能源不可再生，總有用完的一天。那么氫和電是哪里來的呢？會不會和汽油一樣也會用光？

 

發(fā)電的方式多種多樣，我們相對都比較熟悉，既有煤炭，天然氣，核能這樣的不可再生資源，也有水力，太陽能，風力等可再生資源。所以電是可再生還是不可再生，取決于我們的發(fā)電網(wǎng)絡(luò)是如何構(gòu)成的。我們可以通過提高發(fā)電環(huán)節(jié)里可再生資源利用水平，逐步提高電力的可再生性。

 

氫氣又從何而來呢？目前工業(yè)化應(yīng)用的方法主要有兩種，一是通過催化甲烷制氫氣，這一過程中會排除二氧化碳，對環(huán)境有負面影響。另外甲烷也是天然氣的主要成分，屬于不可再生資源；二是通過電解水生成氫氣，這一過程中當然又要用到電，而電是否可再生上面已經(jīng)討論過了。

 

回到我們剛才的問題，燃料電池和鋰離子電池所使用的能源是否可再生呢？答案是不一定，但是兩者相比起來，鋰離子電池更勝一籌，因為氫要么直接來自不可再生資源（天然氣），要么還是要用到電，最多只能做到和鋰離子電池一致。

 

其次，我們要考慮能量的使用效率。車輛的最大功效是將我們從A地運送到B地，也就是說車輛是輸出動能的，根據(jù)能量守恒定律，我們輸入其他形式的能源，并將其轉(zhuǎn)換為動能。這個轉(zhuǎn)換的過程中，效率越高，對環(huán)境造成的影響越小，也更具有經(jīng)濟性。

 

傳統(tǒng)燃油車的能量轉(zhuǎn)換效率約為20%-30%，而電動車將電能轉(zhuǎn)換為動能的效率要高很多，優(yōu)勢非常明顯。我們?nèi)绻槐容^車輛本身的能量轉(zhuǎn)換效率，燃料電池比鋰離子電池效率也更低，氫氣到了車上后再轉(zhuǎn)換為電能，電能再轉(zhuǎn)化為動能，這個過程約需損耗40%的能量。

 

此外，我們在這里也要考慮兩種能量來源在制備，加工和輸送等各個環(huán)節(jié)所消耗的能量。

 

先看氫氣，前面我們提到過工業(yè)化生產(chǎn)主要有兩種方式可以制氫：催化甲烷和電解水。這兩種方式生產(chǎn)過程中都是需要消耗能量的，分別約占到最終產(chǎn)生氫氣能量的20%和30%。

 

氫氣生產(chǎn)出來了還不能直接應(yīng)用，因為氫氣是自然界中最輕的氣體，能量密度非常低，我們需要將溫度降低到-253攝氏度，或者給氫氣施加790個大氣壓，才能將氫氣轉(zhuǎn)換為液態(tài)，這樣方便運輸和利用。當然，將氫氣變?yōu)橐簯B(tài)氫本身也需要耗能，如果低溫存儲需要損耗40%的能量，加壓的方法更好一些，也要損耗13%的能量。

 

液態(tài)氫到終端客戶還需要運輸，運輸要么通過車輛運輸，要么通過管道傳輸，不過不管是哪種方法運送，也都還需要耗能，這個過程需要損耗10%到40%不等的能量。

 

所以綜合來看，氫燃料電池在整個能量轉(zhuǎn)換循環(huán)過程中，鏈條過長，所以損耗也很大。這既不環(huán)保，也不經(jīng)濟。

 

再看電能。發(fā)電的方式多種多樣，不同發(fā)電方式的能量轉(zhuǎn)換效率也差別很大，我們在這里以我國最常見的燃煤火力發(fā)電為例，發(fā)電設(shè)備的效率通常在約40%左右。我國電網(wǎng)傳輸損耗約為6%。在電動車上將電能轉(zhuǎn)換為動能效率較高。綜合算下來，鋰離子電池能量轉(zhuǎn)換效率仍然高于燃料電池和傳統(tǒng)燃油車。當然，如果發(fā)電過程中應(yīng)用了太陽能，風能或者水利發(fā)電，則對于環(huán)境的友好度更高。

綜合來看，能量使用效率方面，鋰離子電池完勝。氫燃料電池如果氫的來源是天然氣，那么其能量利用效率不大會高過加氣的內(nèi)燃機汽車，而如果氫的來源是電解水，并且最后還要再轉(zhuǎn)化成電能輸出，氫在這個過程中只是起到了暫存能量的功能，而在兩次轉(zhuǎn)化過程中都有損耗，和直接充電用電相比，肯定是不劃算的

 

其實直接加氣的內(nèi)燃機車也是個很環(huán)保的選項，不會低于氫燃料電池汽車能量使用效率。

 

環(huán)境友好度方面我們還應(yīng)該考慮碳排放，其他污染物排放等話題，不過為了簡單起見，我們在這里不去討論了。僅從能量來源的可再生性與能量使用效率兩個方面來看，鋰離子電池是完勝的，更符合我們發(fā)展新能源汽車的初心。

 

商業(yè)可行性

 

一項新技術(shù)要推廣開來，光是技術(shù)先進還是遠遠不夠的，還需要大眾能夠接受，商業(yè)上可行才真正有價值。這部分我們從系統(tǒng)革命性，產(chǎn)業(yè)鏈基礎(chǔ)，安全顧慮三個方面來對比兩種電池的商業(yè)可行性。

 

系統(tǒng)革命性是指新的技術(shù)和原有的體系的差異大小。一般而言，和原有系統(tǒng)差異越大的新技術(shù)，推廣成功的難度越大。從上面的分析我們不難看出，氫燃料電池需要對現(xiàn)有體系進行革命性的變革，需要建立制氫工廠，輸氫管道，運輸車輛，和大量的加氫站。相比之下，鋰離子電池汽車對原有系統(tǒng)改變較小，對于用戶來講，家里就像多了一臺家用電器，對于網(wǎng)絡(luò)來說，只需要新建一些充電樁，實施難度要小很多。

 

產(chǎn)業(yè)鏈基礎(chǔ)是否完備對于一個新行業(yè)是否能發(fā)展起來至關(guān)重要。目前來講，氫燃料電池相關(guān)的產(chǎn)業(yè)鏈還幾乎等于零，一切都剛剛開始。鋰離子電池之前因為已經(jīng)成熟應(yīng)用于3C行業(yè)，有了一定的行業(yè)積累，而且目前在中日韓三個國家都有大量的鋰離子電池工廠正在興建，上游的材料廠家也在逐步增加產(chǎn)能。即便是在這樣全產(chǎn)業(yè)鏈大干快上的背景之下，當行業(yè)里出現(xiàn)真正能夠量產(chǎn)的車型的時候（比如特斯拉Model 3），產(chǎn)能擴大還是遇到了極大的瓶頸。我們難以想象一切還需要從零開始的氫燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈會遇到怎樣的挑戰(zhàn)，可以確定的是燃料電池遇到的挑戰(zhàn)只會更大。