冉德欽, 陳帥, 劉文君, 劉佳, 徐向志, 冉德影

(1.山東省交通科學(xué)研究院, 山東 濟(jì)南 250102;2.臨沂商貿(mào)物流科技產(chǎn)業(yè)研究院, 山東 臨沂 276000;3.山東岳建建設(shè)集團(tuán)有限公司, 山東 菏澤 274000)

國(guó)務(wù)院于2021年10月24日 印發(fā)《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》,出臺(tái)了一系列針對(duì)道路交通領(lǐng)域應(yīng)對(duì)氣候變化、減少溫室氣體排放的措施,涉及運(yùn)輸工具和裝備低碳轉(zhuǎn)型、運(yùn)輸結(jié)構(gòu)調(diào)整、綠色交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等方面。2021年12月30日山東省交通運(yùn)輸廳印發(fā)《山東省交通運(yùn)輸節(jié)能環(huán)?！笆奈濉卑l(fā)展規(guī)劃》,提出要加快新能源清潔能源應(yīng)用,積極推廣新能源和清潔能源車船裝備應(yīng)用。從全球范圍看,中型和重型車輛是交通排放的第二大貢獻(xiàn)者(21%)[1]。在綠色低碳發(fā)展理念被廣泛倡導(dǎo)的今天,新能源重型卡車大有可為[2]。在“雙碳”目標(biāo)背景下,重型卡車實(shí)現(xiàn)新能源化是發(fā)展趨勢(shì)。

1 應(yīng)用路徑

新能源重型卡車主要包括電動(dòng)重型卡車和天然氣重型卡車,電動(dòng)重型卡車分為充電式、換電式和燃料電池式電動(dòng)重型卡車[3],天然氣重型卡車分為L(zhǎng)NG(液化天然氣)、CNG(壓縮天然氣)重型卡車。

充電式車輛通過裝載動(dòng)力電池、外界充電樁進(jìn)行電力補(bǔ)充[4],目前充電式電動(dòng)重型卡車快充時(shí)間大多在 1 h 左右,慢充需要 6 h 左右。近年來汽車主機(jī)廠家、電池企業(yè)、金融機(jī)構(gòu)等逐漸意識(shí)到換電重型卡車的發(fā)展?jié)摿?紛紛加碼發(fā)展重型卡車換電技術(shù),換電重型卡車或?qū)⒂瓉砜焖僭鲩L(zhǎng)階段。同時(shí),國(guó)家在逐步完善充換電基礎(chǔ)設(shè)施搭建,通過充電、換電模式進(jìn)行動(dòng)能互補(bǔ)。

財(cái)建〔2020〕86號(hào)《關(guān)于完善新能源汽車推廣應(yīng)用財(cái)政補(bǔ)貼政策的通知》明確支持發(fā)展車電分離等新型商業(yè)模式,說明政府相關(guān)部門已經(jīng)看到換電模式在部分應(yīng)用場(chǎng)景中的特殊優(yōu)勢(shì),并開始考慮相關(guān)的鼓勵(lì)支持政策。采用換電模式可以彌補(bǔ)部分充電模式的短板,在部分場(chǎng)景可以有效促進(jìn)重型卡車的電動(dòng)化發(fā)展。在成本方面,換電模式可以通過車電分離的方式降低購(gòu)置成本,在目前推出的商業(yè)化方案中,換電重型卡車的價(jià)格(不包括電池成本)只比傳統(tǒng)車貴5萬元左右。在運(yùn)營(yíng)效率方面,可以換電能降低車輛載電量,整車整備質(zhì)量只比傳統(tǒng)車大1 t左右,能極大地降低電池質(zhì)量大對(duì)電動(dòng)重型卡車載重的影響;換電過程可以在5 min內(nèi)完成,和傳統(tǒng)車加油時(shí)間相當(dāng),可以實(shí)現(xiàn)車輛的連續(xù)運(yùn)營(yíng),消除充電對(duì)重型卡車運(yùn)營(yíng)效率的影響。在占地方面,換電站占地面積較小,配電容量利用系數(shù)較高,可節(jié)約土地和電力資源。

燃料電池式重型卡車可以補(bǔ)充燃料,一般情況下是補(bǔ)充氫氣,燃料電池可以在幾分鐘內(nèi)注滿燃料,相比于充電式車輛停運(yùn)幾個(gè)小時(shí)來充電,燃料電池快捷得多[5]。燃料電池重型卡車具有續(xù)航里程長(zhǎng)、載重大等優(yōu)勢(shì),可以用來替代當(dāng)前的柴油重型卡車,主要應(yīng)用在干線運(yùn)輸?shù)冗\(yùn)營(yíng)場(chǎng)景[6]。但燃料電池式重型卡車存在諸多劣勢(shì),主要表現(xiàn)在:目前絕大部分城市沒有足夠的加氫站,用車過程中無法及時(shí)補(bǔ)給;購(gòu)車成本高,當(dāng)前氫燃料電池卡車的價(jià)格超過100萬元的并不少見,用戶主要還是政府單位,企業(yè)及個(gè)人購(gòu)買較少。

天然氣重型卡車以天然氣為燃料(替代燃油),其燃料分為L(zhǎng)NG和CNG兩種。一般情況下,天然氣的價(jià)格比柴油便宜,在當(dāng)前燃油價(jià)格不斷上漲的情況下,光燃料這一項(xiàng),天然氣重型卡車就能比傳統(tǒng)燃油車節(jié)省不少。不過中國(guó)的加氣站覆蓋率遠(yuǎn)比不上加油站,一旦車主跑的線路長(zhǎng),就要時(shí)刻計(jì)算好燃料里程,規(guī)劃好路線。

相比較而言,天然氣重型卡車的生產(chǎn)技術(shù)比較成熟,目前已廣泛應(yīng)用于不同場(chǎng)景的中短途運(yùn)輸和部分長(zhǎng)途運(yùn)輸;電動(dòng)重型卡車目前更多地應(yīng)用于城市配送、港口運(yùn)輸和其他封閉的運(yùn)輸場(chǎng)景[7]。

現(xiàn)在已經(jīng)具備了規(guī)模推廣LNG汽車的條件,為了全面地在物流領(lǐng)域推廣這一“燃料革命”,需要以LNG汽車為依托,以建設(shè)LNG加氣站為突破口,通過在物流金融、供應(yīng)鏈管理等方面進(jìn)行創(chuàng)新,建立基于LNG的專線物流模式,從而較大幅度地降低物流運(yùn)輸成本、碳排放、PM2.5排放等,提高以價(jià)格驅(qū)動(dòng)為主的核心競(jìng)爭(zhēng)力。

2 效益分析

據(jù)統(tǒng)計(jì),國(guó)內(nèi)重型卡車保有量約800萬輛,重型卡車排放的氮氧化合物和顆粒物分別占汽車排放總量的85%、65%,一輛排放超標(biāo)重型卡車的尾氣排放量相當(dāng)于200輛汽車[8]。

氫燃料重型卡車所用燃料氫氣的制造方式有化石原料制氫、電解水制氫和工業(yè)副產(chǎn)氫[9]?；现茪渲忻褐茪涞臍錃鈨r(jià)格為10～15元/kg,天然氣制氫的氫氣價(jià)格為15～20元/kg;工業(yè)副產(chǎn)氫中焦?fàn)t煤氣制氫的氫氣價(jià)格一般不高于12元/kg,燒堿副產(chǎn)物制氫的氫氣價(jià)格一般不高于18元/kg;電解水制氫又分為堿性電解水制氫、質(zhì)子交換膜電解水制氫和固體氧化物電解水制氫,是最綠色環(huán)保的氫氣制造方式,成本也最高,價(jià)格為30～40元/kg。氫氣運(yùn)輸方面,雖然高壓拖車運(yùn)輸存在泄漏風(fēng)險(xiǎn),但仍是主流運(yùn)輸方式。氫氣運(yùn)輸壓強(qiáng)為20 MPa,運(yùn)輸距離為100 km時(shí),運(yùn)輸成本為8.66元/kg;運(yùn)輸距離為500 km時(shí),運(yùn)輸成本猛增到22.00元/kg。管道運(yùn)輸成本只有1.20元/kg,但每千米管道投資約584萬元。儲(chǔ)氫方面,投入同樣不低,建一個(gè)加氫站的投資為1 200萬～1 800萬元,平均單座投資規(guī)模為1 500萬元,還不考慮土地成本及后期運(yùn)維。

天然氣重型卡車與柴油重型卡車相比,油氣價(jià)差超過2元/L時(shí),天然氣車輛可節(jié)省燃料費(fèi)用約7 700元/月,9個(gè)月即可收回前期多投入的車輛購(gòu)置成本,可節(jié)省25%～30%的燃料費(fèi)。一輛LNG重型卡車平均每年比柴油重型卡車節(jié)省5萬～10萬元燃料費(fèi),每輛車每公里燃料費(fèi)便宜1/4甚至1/3,其低成本成為吸引重型卡車業(yè)主的首要原因。據(jù)分析,一輛 LNG卡車平均100 km節(jié)約燃料成本66.61元,且環(huán)境效益顯著。充分燃燒1 L柴油會(huì)排放2.63 kg CO2,按照一輛燃油重型卡車百公里油耗30 L計(jì)算,一輛燃油重型卡車每月運(yùn)營(yíng)6 000 km將排放4 734 kg CO2[10]。根據(jù)《交通運(yùn)輸節(jié)能減排項(xiàng)目節(jié)能減排量或投資額核算技術(shù)細(xì)則》[11],使用天然氣的施工機(jī)械與采用其他燃料的施工機(jī)械的能耗量之比按固定當(dāng)量比(取1.2 m3/kg)進(jìn)行核算,即1.2 m3天然氣相當(dāng)于1 kg柴油(按燃料熱當(dāng)量取值)。燃油重型卡車每月運(yùn)營(yíng)需消耗1.503 t柴油(柴油密度按0.835 g/mL計(jì)),天然氣重型卡車需消耗天然氣1 803.6 m3。柴油折標(biāo)油系數(shù)取1.02 kgoe/kg,燃油重型卡車每月運(yùn)營(yíng)需消耗的柴油折算為替代燃料量為1.533 06 toe。LNG CO2排放量=總耗氣量×LNG CO2排放系數(shù)=1 803.6÷1.4×3.061 4=3 944 kg[1 kg LNG按氣化為1.4 m3(1個(gè)大氣壓下,20 ℃時(shí))天然氣計(jì)算;根據(jù)國(guó)際能源署的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),1 kg液化LNG燃燒產(chǎn)生3.061 4 kg CO2],天然氣重型卡車每月減少CO2排放量=4 734-3 944=790 kg。

電動(dòng)重型卡車售價(jià)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)燃油重型卡車。相比傳統(tǒng)燃油重型卡車,由于鋰電池成本高,電動(dòng)重型卡車的價(jià)格并不親民,大范圍推廣新能源重型卡車在短期內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)。在一些短途的應(yīng)用場(chǎng)景中有一些應(yīng)用報(bào)道,如2022年1月5日上汽紅巖汽車有限公司生產(chǎn)的充換一體純電動(dòng)牽引車進(jìn)入連云港港口[12],這批新能源重型卡車不同于傳統(tǒng)重型卡車[13],它無須化石燃料驅(qū)動(dòng),可有效杜絕CO、CO2等尾氣排放,真正實(shí)現(xiàn)排放“零污染”,將助力連云港打造“零碳碼頭,綠色港口”,持續(xù)為綠色智能科技港口建設(shè)提供解決方案。由于其使用成本較低,長(zhǎng)期使用下來,前期購(gòu)車成本差距可被攤平。

3 結(jié)語

新能源重型卡車現(xiàn)階段仍然存在整車整備質(zhì)量大、續(xù)航里程受限等亟待解決的技術(shù)問題,且購(gòu)置成本高。但是節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境是國(guó)際大趨勢(shì),不少區(qū)域已經(jīng)紛紛出臺(tái)相關(guān)政策限制燃油重型卡車的數(shù)量及碳排放,重型卡車新能源化是大勢(shì)所趨,隨著相關(guān)技術(shù)的不斷攻克,其應(yīng)用場(chǎng)景將越來越廣泛。在汽車排放標(biāo)準(zhǔn)不斷升級(jí)的推動(dòng)下,電動(dòng)重型卡車將繼續(xù)保持較高的市場(chǎng)增長(zhǎng),尤其是換電重型卡車將成為電動(dòng)重型卡車技術(shù)領(lǐng)域不可小覷的發(fā)展區(qū)域,市場(chǎng)滲透率會(huì)持續(xù)擴(kuò)大。隨著國(guó)家相關(guān)政策的不斷出臺(tái),電動(dòng)重型卡車未來可期。