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氫燃料電池和鋰電池分析

2018-01-26 08:59 性質(zhì):轉(zhuǎn)載 作者:網(wǎng)絡(luò) 來源:網(wǎng)絡(luò)
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  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(shè)備成本、建設(shè)成本,差別主要體現(xiàn)在設(shè)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(biāo)準(zhǔn)預(yù)計(jì)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(guī)模時氫氣一般以槽罐車運(yùn)輸,預(yù)計(jì)運(yùn)費(fèi)為0.44元/方,規(guī)模擴(kuò)大后則可采用管網(wǎng)運(yùn)輸,成本會下降至0.23元/方。
  雖然鋰電池現(xiàn)階段依托于現(xiàn)成的電網(wǎng)系統(tǒng),配套成本很低。但如果大規(guī)模推廣,現(xiàn)有電網(wǎng)的容量冗余基本都將被耗盡,未來必須要大規(guī)模擴(kuò)容。因此充電站本質(zhì)上是將配套成本外部化給了電網(wǎng),因此計(jì)算其全產(chǎn)業(yè)鏈成本時還要添加電網(wǎng)端的成本。一般商業(yè)化運(yùn)營的充電站至少都要達(dá)到1小時快充的標(biāo)準(zhǔn),對應(yīng)10個充電樁組成的充電站的功率都要達(dá)到600千瓦,相當(dāng)于上百戶家庭的用電負(fù)荷,對電網(wǎng)負(fù)荷的沖擊極大。對應(yīng)電網(wǎng)需要新增投資120萬元來擴(kuò)容負(fù)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(wǎng)端15年收回投資測算,則售價要在成本基礎(chǔ)上增加0.18元/度。
  銷售端成本測算
  加油站的銷售網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)非常成熟,其每小時的利潤水平可以作為加注站合理回報(bào)的測算基準(zhǔn)。對應(yīng)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(guī)定充電站服務(wù)費(fèi)上限為0.4元/度,但其背景是給予了大量補(bǔ)貼。但沒有任何產(chǎn)業(yè)可以長期依靠補(bǔ)貼來發(fā)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(huán)節(jié),企業(yè)的盈利水平會大幅低于加油站和加氫站。沒有合理回報(bào),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(chǎn)業(yè)自然也無法發(fā)展。但鋰電池低能量密度過低,如果強(qiáng)行實(shí)現(xiàn)高充電效率,電池循環(huán)壽命面對的工程挑戰(zhàn)就會非常巨大。而且即使能實(shí)現(xiàn)3分鐘快充,但對應(yīng)單個充電樁的功率要高達(dá)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(dá)5000萬元,占地5000平米,且周圍300米還不能有居民樓,對于現(xiàn)在沿海大城市在操作層面上挑戰(zhàn)也很大。
  總計(jì)成本
  綜合上述所有成本,汽油車、鋰電池車、現(xiàn)階段和充分商業(yè)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(shè)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(yōu)勢仍然非常明顯。其實(shí)這所有的根源還在于燃料電池能量密度最高,同等商業(yè)化情況下,成本自然具備優(yōu)勢。
  新能源車發(fā)展的一個重要邏輯就是節(jié)能環(huán)保,這對我國無疑更為重要。目前我國不但空氣污染嚴(yán)重,而且石油進(jìn)口依存度高達(dá)60%,其中85%還要經(jīng)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(bǔ)貼,一個重要原因就是為了緩解對石油的進(jìn)口依存度。那么下文我們就從節(jié)能、環(huán)保和資源約束等方面對兩者進(jìn)行比較,具體如下:
  節(jié)能環(huán)保比較
  燃料電池原料氫氣在我國目前最經(jīng)濟(jì)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(fā)電。因此這兩者本質(zhì)上能量都來自于煤炭,碳排放只不過是轉(zhuǎn)移給了上游,因此是否節(jié)能,主要就是看能量轉(zhuǎn)換效率。目前鋰電池車每百公里耗電17度,對應(yīng)6.8公斤煤炭;燃料電池每百公里耗氫9方,儲運(yùn)環(huán)節(jié)損耗20%,對應(yīng)煤炭為7.3公斤;汽油車每百公里耗油10L,碳排放相當(dāng)于10公斤煤炭。其實(shí)新能源車的節(jié)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(zhuǎn)化為我國儲量豐富的煤炭,緩解了能源安全問題。而從環(huán)??矗剂想姵貛缀鯖]有尾氣排放,鋰電池也只有少量排放,全產(chǎn)業(yè)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(chǎn)業(yè)鏈的污染最低,基本可以認(rèn)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(dān)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(yè),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(shè)燃料電池車占全球5%的年產(chǎn)量,年均消費(fèi)增量為56噸左右,看似沖擊很大。但是同樣假設(shè)下,鋰資源的年均消費(fèi)增量為8萬噸,對應(yīng)每年4萬噸的產(chǎn)量其實(shí)沖擊更大,這已經(jīng)從今年的鋰礦石價格暴漲得到側(cè)面證明。而且豐田中期優(yōu)化目標(biāo)為鉑單耗降低75%,并實(shí)現(xiàn)催化劑的鉑回收。上述任何一個目標(biāo)實(shí)現(xiàn),鉑資源約束基本就得到解決。
  商業(yè)化程度比較
  從商業(yè)化程度上看,燃料電池和鋰電池車大體差了5年,現(xiàn)在還處于商業(yè)化的前夕,預(yù)計(jì)爆發(fā)點(diǎn)在2020年左右。目前全球技術(shù)領(lǐng)先的國家為日本和美國,尤其是日本在乘用車領(lǐng)域幾乎是一枝獨(dú)秀,2015年量產(chǎn)的Mirai基本達(dá)到了商業(yè)化的入門標(biāo)準(zhǔn)。相比之下,我國在燃料電池產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域就建樹寥寥,只有北汽福田和上汽為08年奧運(yùn)會和10年世博會生產(chǎn)過燃料電池大客車,還停留在技術(shù)示范階段。但我國的優(yōu)勢是經(jīng)濟(jì)體量大,隨著燃料電池技術(shù)的成熟,具備快速追趕的能力。
  能源的未來和工業(yè)體系的重構(gòu)
  目前全球能量整體還是來自于太陽核聚變產(chǎn)生的邊緣能量,總輸出功率為1.8*1013。依照卡爾達(dá)肖夫指數(shù),還處于行星級文明的階段。未來要繼續(xù)突破,必然要實(shí)現(xiàn)可控核聚變,唯此才能達(dá)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(chǎn)生上億度電力,相當(dāng)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(xiàn)實(shí),能量也將不再成為困擾人類發(fā)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(jié)構(gòu)的終極組合。石油則可以從燃料這個低端領(lǐng)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(yè)體系的重構(gòu)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(yè)體系的重構(gòu),甚至是全球領(lǐng)導(dǎo)國家的易主。第一次工業(yè)革命成就了英國、第二次工業(yè)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(yè)體系都將被顛覆,發(fā)達(dá)國家在過去200年內(nèi)燃機(jī)時代積累起來的技術(shù)優(yōu)勢的價值將大幅縮水,這也相應(yīng)給了我國一個彎道超車的機(jī)會。如果我們能夠把握住這個歷史機(jī)遇,就完全有望成為下一代工業(yè)體系的領(lǐng)導(dǎo)國家。日本作為最早研發(fā)出鋰電池的國家,目前卻已基本放棄鋰電池車的研發(fā),全力猛攻燃料電池,其背后的邏輯很值得我們深思。

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