鋰電池和氫能誰將主導(dǎo)新能源汽車的未來？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-08-02 16:53
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一、
能量載體的差異
追溯到能源產(chǎn)生的源頭，氫燃料電池與鋰電池的技術(shù)路線可以歸納為以下兩種：
氫燃料電池與鋰電池兩種技術(shù)方案的能源源頭完全相同，均為基礎(chǔ)能源（包含煤、天然氣等化石燃料或核能、水電、風(fēng)電、太陽(yáng)能等清潔能源），最終輸出也沒有差異，均為驅(qū)動(dòng)汽車前進(jìn)的電能，其差異主要為中間的能量存儲(chǔ)方式。氫燃料電池方案以氫化學(xué)能為能量載體，以氫氣為儲(chǔ)存方式，而鋰電池方案則以電能為能量載體，以鋰電池為儲(chǔ)存方式。
二、
不同方案的能源利用效率測(cè)算
縱觀人類發(fā)展歷史，第一次工業(yè)革命將化石燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為蒸汽機(jī)的動(dòng)能，而第二次工業(yè)革命則將化石燃料的化學(xué)能進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為電能。每一次革命都伴隨著能量密度及能源使用效率的提升，因此能源利用效率的提升是一種新技術(shù)是否能取代舊技術(shù)獲得社會(huì)認(rèn)可的決定性因素，能源利用效率更高的方案必將主導(dǎo)新能源汽車的未來。
對(duì)比技術(shù)路線1與2，其差異主要在需不需要將電能轉(zhuǎn)化為氫能再利用燃料電池轉(zhuǎn)化為移動(dòng)電能，還是直接由電池儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)移動(dòng)電能的應(yīng)用，即“基礎(chǔ)能源-電-移動(dòng)電能”與“基礎(chǔ)能源-電-氫-移動(dòng)電能”的路徑選擇問題，現(xiàn)對(duì)這兩種路徑的能源利用效率進(jìn)行測(cè)算如下：
（一）“基礎(chǔ)能源-電-移動(dòng)電能”方案
（1）電力運(yùn)輸損耗：借助當(dāng)前已有電網(wǎng)進(jìn)行運(yùn)輸，無需電網(wǎng)建設(shè)成本，運(yùn)輸損耗則按平均4%計(jì)。
（2）電池成本：預(yù)計(jì)在未來幾年，電池的成本將降到兩萬元左右，按照電池壽命期600次充放，每次續(xù)航400km，則壽命期內(nèi)電池成本約為8.3元/100km。
（3）充電站/充電樁建設(shè)成本：據(jù)調(diào)研，目前充電站建設(shè)成本約為200萬（包含10個(gè)60Kw快充樁），假設(shè)服務(wù)年限10年，平均利用率20%，則平均每度電分?jǐn)偨ㄔO(shè)成本約為0.2元/kwh。
（4）電網(wǎng)改造成本：大量鋪設(shè)充電樁時(shí)，需要對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行改造，假設(shè)單個(gè)充電站的電網(wǎng)改造投入為120萬元，則每度電的電網(wǎng)改造成本約為0.18元/kwh。
（5）電池自重及充放電消耗：一般家用汽車鋰電池自身重量約為500kg，對(duì)電量的消耗大約2.8kwh/100km，充放電過程電能消耗大約8%。
目前鋰電池汽車每百公里耗電約15kwh，其中有效電能12.2kwh。而電能從發(fā)電廠轉(zhuǎn)化為電池組輸出過程中消耗約12%，即每百公里在源頭的總能耗約17.05kwh，能源利用效率71.55%，非能源成本約14.78元。
（二）“基礎(chǔ)能源-電-氫-移動(dòng)電能”方案
（1）電力運(yùn)輸損耗：運(yùn)輸損耗則按平均4%計(jì)。
（2）制氫電力消耗：在當(dāng)前技術(shù)條件下，電解水制氫每度電制氫約0.019kg。
（3）燃料電池成本：據(jù)調(diào)研，國(guó)際先進(jìn)廠商的氫燃料電池系統(tǒng)制造成本約為20萬元，預(yù)計(jì)未來量產(chǎn)后能降到10萬元左右。未來氫燃料電池使用壽命預(yù)計(jì)達(dá)到10000小時(shí)，壽命期內(nèi)總行駛里程預(yù)計(jì)40萬公里，每百公里分?jǐn)偝杀炯s25元。
（4）加氫站成本：日均加氫能力500kg的加氫站當(dāng)前建設(shè)成本約2000萬，預(yù)計(jì)未來大批量生產(chǎn)之后能降到1000萬元。加氫站按每年運(yùn)行360天，40%的使用率，10年折舊，則每公斤建設(shè)成本分?jǐn)偧s為13.89元/kg。
（5）電池自重及充放電消耗：燃料電池自重約為鋰電池的一半，消耗大約為1.4kwh/100km，據(jù)統(tǒng)計(jì)豐田Mirai百公里消耗氫氣0.76kg。
氫燃料電池汽車在終端每百公里消耗總電能40kwh，在電力系統(tǒng)源頭消耗41.67kwh，不考慮氫燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)與鋰電池發(fā)動(dòng)機(jī)的效率差異，并假設(shè)兩種車輛除動(dòng)力系統(tǒng)之外的其它均無差別，則燃料電池汽車的百公里有效能耗同樣為12.2kwh。氫燃料電池的能源利用效率僅為29.28%，并伴隨非能源成本35.55元。
因此，“基礎(chǔ)能源-電-氫-移動(dòng)電能”方案在能源利用效率上處于明顯劣勢(shì)，現(xiàn)階段不可能在新能源汽車領(lǐng)域得到大規(guī)模的推廣應(yīng)用。
