锂电池和氢能谁将主导新能源汽车的未来？
来源：宝鄂实业
2019-08-02 16:53
点击量：次
一、
能量载体的差异
追溯到能源产生的源头，氢燃料电池与锂电池的技术路线可以归纳为以下两种：
氢燃料电池与锂电池两种技术方案的能源源头完全相同，均为基础能源（包含煤、天然气等化石燃料或核能、水电、风电、太阳能等清洁能源），最终输出也没有差异，均为驱动汽车前进的电能，其差异主要为中间的能量存储方式。氢燃料电池方案以氢化学能为能量载体，以氢气为储存方式，而锂电池方案则以电能为能量载体，以锂电池为储存方式。
二、
不同方案的能源利用效率测算
纵观人类发展历史，第一次工业革命将化石燃料的化学能转化为蒸汽机的动能，而第二次工业革命则将化石燃料的化学能进一步转化为电能。每一次革命都伴随着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种新技术是否能取代旧技术获得社会认可的决定性因素，能源利用效率更高的方案必将主导新能源汽车的未来。
对比技术路线1与2，其差异主要在需不需要将电能转化为氢能再利用燃料电池转化为移动电能，还是直接由电池储能实现移动电能的应用，即“基础能源-电-移动电能”与“基础能源-电-氢-移动电能”的路径选择问题，现对这两种路径的能源利用效率进行测算如下：
（一）“基础能源-电-移动电能”方案
（1）电力运输损耗：借助当前已有电网进行运输，无需电网建设成本，运输损耗则按平均4%计。
（2）电池成本：预计在未来几年，电池的成本将降到两万元左右，按照电池寿命期600次充放，每次续航400km，则寿命期内电池成本约为8.3元/100km。
（3）充电站/充电桩建设成本：据调研，目前充电站建设成本约为200万（包含10个60Kw快充桩），假设服务年限10年，平均利用率20%，则平均每度电分摊建设成本约为0.2元/kwh。
（4）电网改造成本：大量铺设充电桩时，需要对电网进行改造，假设单个充电站的电网改造投入为120万元，则每度电的电网改造成本约为0.18元/kwh。
（5）电池自重及充放电消耗：一般家用汽车锂电池自身重量约为500kg，对电量的消耗大约2.8kwh/100km，充放电过程电能消耗大约8%。
目前锂电池汽车每百公里耗电约15kwh，其中有效电能12.2kwh。而电能从发电厂转化为电池组输出过程中消耗约12%，即每百公里在源头的总能耗约17.05kwh，能源利用效率71.55%，非能源成本约14.78元。
（二）“基础能源-电-氢-移动电能”方案
（1）电力运输损耗：运输损耗则按平均4%计。
（2）制氢电力消耗：在当前技术条件下，电解水制氢每度电制氢约0.019kg。
（3）燃料电池成本：据调研，国际先进厂商的氢燃料电池系统制造成本约为20万元，预计未来量产后能降到10万元左右。未来氢燃料电池使用寿命预计达到10000小时，寿命期内总行驶里程预计40万公里，每百公里分摊成本约25元。
（4）加氢站成本：日均加氢能力500kg的加氢站当前建设成本约2000万，预计未来大批量生产之后能降到1000万元。加氢站按每年运行360天，40%的使用率，10年折旧，则每公斤建设成本分摊约为13.89元/kg。
（5）电池自重及充放电消耗：燃料电池自重约为锂电池的一半，消耗大约为1.4kwh/100km，据统计丰田Mirai百公里消耗氢气0.76kg。
氢燃料电池汽车在终端每百公里消耗总电能40kwh，在电力系统源头消耗41.67kwh，不考虑氢燃料电池发动机与锂电池发动机的效率差异，并假设两种车辆除动力系统之外的其它均无差别，则燃料电池汽车的百公里有效能耗同样为12.2kwh。氢燃料电池的能源利用效率仅为29.28%，并伴随非能源成本35.55元。
因此，“基础能源-电-氢-移动电能”方案在能源利用效率上处于明显劣势，现阶段不可能在新能源汽车领域得到大规模的推广应用。
