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案例分析:张家口燃料电池大巴运营项目氢经济性分析

时间:  2020-05-11 13:38  来源:  燃料电池百科   作者:  鲤琨

每当提到燃料电池车推广的讨论时,总会有两种不同的声音。一个声音是来自于燃料电池整车厂的:“快去建加氢站啊,不然造出来的车没地方加氢怎么推广啊?”,另一个声音则来自氢能企业:“快去造燃料电池车啊,不然现有的加氢站氢气都没地方用啊!”于是便陷入了“鸡生蛋,还是蛋生鸡”类型问题的循环讨论。那么小编有了一个问题:能不能基于现有燃料电池汽车应用的案例,看看除了单纯推广燃料电池车以外,我们还能在氢方面做些什么呢?

于是开始在网上查找相关文献,最后在International Journal of Hydrogen Energy 上看到了2020年3月发表的由清华大学、北京氢燃料电池研究中心和亿华通公司的Zhang Guoqiang、 Zhang Juan、Xie Tian学术成果,题为“A solution to renewable hydrogen economy for fuel cell buses - A case study for Zhangjiakou in North China”。这篇论文是为数不多的,专门针对国内燃料电池应用商业运营案例的解读,而且数据最新可至2019年年底,非常有参考意义。内容上对小编前面的疑问有了很好的解答,我把个人对这篇文献的理解和大家分享一下,有不对的地方,还希望大家多多指点~

这篇论文的核心如文章题目所示,通过张家口燃料电池大巴运营项目做蓝本,证实了燃料电池大巴在可再生氢经济应用中的可行性。

张家口燃料电池大巴商业运营项目

张家口为中等城市,人口约四百万,城市面积38000平方公里,是我国北方燃料电池汽车示范推广的重要基地城市。从2018年10月到2019年10月,累积有71辆燃料电池大巴(分布在线路23、线路33、线路1)进行了全年的运行,其主要的车辆参数如下表。燃料电池大巴由福田和宇通客车分别提供。

具体的三条大巴线路如下图所示,可以看到这三条运营线路都考虑到了燃料电池大巴的实用性(均穿过市区)和加氢问题。其终点站均离临时加氢站比较近,分别距离2km、4km和5km。

氢的生命周期分析

所谓氢的生命周期就是指氢从如何产生到如何利用整个阶段。这里只分析氢在燃料电池汽车相关应用上涉及的全生命周期。可以知道主要涉及到初级能源(包括化石燃料与可再生资源)、产氢、氢存储与运输、加氢这四个环节。因为只考虑了燃料电池汽车的应用,因此氢的利用环节只考虑了加氢,而没有考虑将氢作为燃料的属性。

可以看到氢的整个生命周期中还是有可能产生碳排放的,尤其在初级化石燃料向产氢的转化过程。现实中,可再生能源路径产生的氢到最后被利用,认为是低/零碳排放的,而化石燃料部分则需要结合碳捕捉与碳封存(CCS)等技术才可以认为这部分能源产生的氢是低/零碳排放的。因为目前CCS技术还不成熟,因此这里只考虑由可再生资源参与的氢生命周期。

氢生命周期的经济性

如上节所述,这里讨论对象只限于可再生资源参与的生命周期。当分析氢生命周期经济性时,可以参考ISO14040全生命周期清单分析(LCI)。其中燃料电池大巴运营花销可以分为氢在加氢时花销、产氢花销、运氢花销、氢站花销、运行花销,如下图所示。

最终分析出从2020年~2035年,氢生命周期经济性中氢气售卖价格情况,以及花费构成情况。可以看出下图中由电解水产生的费用基本不变,一直稳定在10元/kg以下。所以国家在政策方面应鼓励利用“弃电”来进行电解水制氢,即合理利用了能源还促进了氢能的发展。另外从氢气售卖价格图上还可以看出目前(2020年),加氢的费用大约是35元/kg,如果没有补贴,售价将达到约65元/kg。这种情况预计将持续两年左右,在2022年可以摆脱补贴与现在费用相同,同时还可以给国家缴税,最终在2035年预计可以降低到25元/kg左右。以Miari为例,其目前氢耗约为0.76kg/100km,平均每公里只要0.26元(2035年0.19元),对比现在常见百公里油耗7L的燃油车,平均每公里约0.4~0.5元。由此可以看到燃料电池车还是非常便宜的,目前已经可以节省20%~30%的燃料费。

加氢站花费

就目前2020年来看,加氢站的费用占了近50元/kg的花费,这其中就包括加氢站的初始投资、维护与劳动力花费。这里在2022年左右加氢费用能够得到巨幅降低,主要得益于北京2022年冬奥会的召开,在冬奥会之前张家口计划建成20座加氢站,而截至到2019年还只有1座加氢站建成。由此可见,大型的社会活动会推动氢产业的发展,尤其在降低加氢站相关花销的降低上会起到质的作用。有朋友可能会有疑问,建这么多加氢站,会不会划不来呢?答案是:一本万利。下图对加氢站的费用情况做出了很明确的展示。可以看到在2020~2022年还是需要大量的资本投资(总花费的85%)来建设加氢站,建好之后,总的加氢站花销基本不增加,维持在10元/kg以下,主要的花费在人力成本上。猜测,未来随着5G技术的发展,可能给人力成本也能带来不小的降幅。

运输花费

从氢气售卖价格图中还可以看到关于运输的花费也将有所降低,并且在未来5年内稳定在2.5元/kg。那么这部分花费是如何降下来的呢?可以看到2020~2021年公路运价与油价下降了90%(尤其今年在肺炎疫情影响下,汽油价格更是低到了5.13元/升),同时拖车费用降低36%,在2025~2026年,这两项花费又将有分别约44%的降幅。这两次大的降幅主要由于在张家口,北京冬奥会之前局部加氢站的增多,没有了运氢的需求,同时对开氢气拖车的司机需求也有所减少。由此可见密集型的建设加氢站可以非常有效的解决运氢的花费。

截至到这里,通过对张家口燃料电池大巴运营项目中氢经济部分实际的分析,我们可以说张家口燃料电池大巴运营项目即向我们证明了燃料电池大巴在中国北方寒冷地区稳定运行的可能性,同时也定量证明了在氢生产、运输、加氢站在长期运营条件下此项目会产生收益。

总结:

1、应鼓励电解水等利用可再生资源进行制氢;

2、加大局部建设加氢站的力度,可以通过大型的社会活动(如北京冬奥会)来推广;

3、以张家口燃料电池大巴运营项目为例,以目前燃料电池大巴的规模,如2022年北京冬奥会前主要依靠资本投资完成张家口本地计划加氢站的建设,2022年起加氢费用不变,政府补贴可完全退出。加氢站的费用便主要用于日常维护,同时运氢产生的费用也将大幅减少。
 



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