燃料電池的能源成本很高

火電綜合能效為35%，其中廢熱損失60%。燃料電池發(fā)電的效率為40%，可利用熱能40%，電和熱總效率80%，所以燃料電池最佳應(yīng)用場(chǎng)景是熱電聯(lián)供。但是燃料電池用于汽車(chē)動(dòng)力，這40%的熱是沒(méi)有辦法回收的，能效只有40%。

電解水制氫一立方氫氣需要3-5KW h左右的電能，電解水制1公斤氫耗電約35-55KW h左右（11.2立方氫氣為1公斤）。氫氣需要在21K（零下253攝氏度）時(shí)才能液化，液化1公斤氫氣需要11～15度電左右。加氫機(jī)每加1公斤耗電量約在0.8度以?xún)?nèi)。

1公斤氫氣的熱值約當(dāng)于33KW h電，氫燃料電池電堆發(fā)電效率一般在40%～60%區(qū)間工作。一般按照50%效率計(jì)算，1公斤氫氣可發(fā)電發(fā)電在16度左右。

總算下來(lái)，氫電解每公斤耗電35-55KMh，液化每公斤耗電11-15KWh，相當(dāng)于每公斤耗能46-70KWh，運(yùn)輸損耗13%，不算其它，每公斤氫可發(fā)電14KWh，實(shí)際能銷(xiāo)只有20%-30%。

網(wǎng)絡(luò)上還要另一種算法：火力發(fā)電效率40%，電網(wǎng)傳輸效率90%，電解水制氫效率50%，壓縮儲(chǔ)運(yùn)效率80%，燃料電池效率50%，鋰電池效率90%，電機(jī)效率90%，最終效率5.83%！

如果從風(fēng)、光電算起，電解水制氫效率50%，壓縮儲(chǔ)運(yùn)效率80%，燃料電池效率50%，鋰電池效率90%，電機(jī)效率90%，最終效率16.2%。

美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（ANL）是美國(guó)能源部下屬的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室。它是美國(guó)政府規(guī)模最大、歷史最悠久的科研機(jī)構(gòu)之一，該實(shí)驗(yàn)室的前身是曼哈頓工程的一部分。

ANL對(duì)豐田Mirai進(jìn)行了工況測(cè)試，測(cè)試首先包含三個(gè)FTP定義的UUDS工況（城市工況），兩個(gè)高速工況（HWFET）和兩個(gè)US06工況。HWFET是一種美國(guó)高速工況燃油經(jīng)濟(jì)性的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試工況，而US06為一種車(chē)速較大的激烈工況。

測(cè)試結(jié)果可以看到，工況越緩和，燃料電池電堆和燃料電池系統(tǒng)的效率越高。工況對(duì)電堆效率的影響較小，而對(duì)系統(tǒng)效率影響較大。激烈的US06工況下，相比UDDS，燃料電池電堆的效率下降僅約3%。而工況的變化使燃料電池系統(tǒng)效率下降了近23%。

匯總了測(cè)試結(jié)果后，可以得出Mirai的效率-功率曲線(xiàn)。如下圖所示，可以看到，功率越低，燃料電池系統(tǒng)效率與電堆效率越接近；功率越高，燃料電池系統(tǒng)效率與電堆效率相差越大。全功率區(qū)間內(nèi)，電堆的最大效率為66%，而燃料電池系統(tǒng)最大效率為63.7%。

在25%電堆功率時(shí)，系統(tǒng)效率為58%，電堆效率約61%。到峰值功率，電堆114kW時(shí)，電堆效率會(huì)下降到約49%，而系統(tǒng)效率則僅剩約40%。從空壓機(jī)和DCDC效率曲線(xiàn)的變化可以看出，后面系統(tǒng)效率的降低，主要是因?yàn)镈CDC的效率降低以及空壓機(jī)的功耗迅速增加。當(dāng)然水泵，氫泵這些也會(huì)增加一些消耗，但是這些零部件功耗較小故對(duì)系統(tǒng)效率的影響比較小。

與混動(dòng)車(chē)、燃油車(chē)的效率及能耗對(duì)比

如上圖，將Mirai作為燃料電池車(chē)的代表，與其他類(lèi)型的車(chē)放在一起比較，可以看到不同動(dòng)力系統(tǒng)車(chē)輛的效率區(qū)別（見(jiàn)前文，由于車(chē)輛效率計(jì)算公式的原因，把能量回收也算進(jìn)來(lái)，故純電車(chē)會(huì)有超過(guò)100%的情況）。與混動(dòng)汽車(chē)（25°C下平均45.7％）和傳統(tǒng)車(chē)輛（25°C下平均23.5％）相比，燃料電池車(chē)具有顯著的車(chē)輛效率優(yōu)勢(shì)（25°C下平均62.2％，而混動(dòng)45.7%，油車(chē)23.5%）。

Mirai是一種小電池-大電堆燃料電池混動(dòng)車(chē)，其車(chē)輛系統(tǒng)除去燃料電池的話(huà)，基本和純電池車(chē)一致（畢竟都是電驅(qū)動(dòng)車(chē)嘛）。因此，燃料電池車(chē)輛效率是基于電動(dòng)汽車(chē)效率的（即燃料電池系統(tǒng)看做一個(gè)發(fā)電的電池）。

因此，與動(dòng)力電池車(chē)輛相比，燃料電池車(chē)會(huì)具有較低的車(chē)輛效率。另外，值得一提的是，雖然效率低一些，燃料電池車(chē)效率對(duì)溫度條件不像動(dòng)力電池車(chē)那么敏感（如上圖紅框所示）。

如上圖的燃油經(jīng)濟(jì)性測(cè)試，從測(cè)試結(jié)果看，Mirai的能耗水平（2.044 MJ/英里）遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于燃油車(chē)的馬自達(dá)3（3.996 MJ/英里），稍強(qiáng)于混動(dòng)的普銳斯（2.102 MJ/英里），但相比純電普銳斯落后（0.817 MJ/英里）。

燃料電池適用于商用車(chē)

普華永道思略特《氫能源行業(yè)前景分析與洞察》認(rèn)為，貨運(yùn)等重型交通運(yùn)輸提供了大量使用氫燃料的市場(chǎng)機(jī)會(huì),其消費(fèi)量足以產(chǎn)生規(guī)模效應(yīng)。

大型車(chē)隊(duì)和固定規(guī)劃的運(yùn)輸路線(xiàn)有助于避免在短時(shí)間內(nèi)大規(guī)模建設(shè)加氫站網(wǎng)絡(luò)。盡管部分汽車(chē)制造商對(duì)輕型汽車(chē)進(jìn)行了大量投資,但仍然面臨巨大挑戰(zhàn),例如在私家車(chē)領(lǐng)域,更便宜的低碳電動(dòng)車(chē)已經(jīng)面市。由于汽柴油成本通常高于其他行業(yè)中使用的天然氣成本,因此氫氣有望在交通運(yùn)輸領(lǐng)域率先獲得成本優(yōu)勢(shì)。

燃料電池適合于電廠調(diào)峰，或應(yīng)急發(fā)電。

在日本氫規(guī)劃中，在運(yùn)輸領(lǐng)域的應(yīng)用為“燃料電池卡車(chē)的開(kāi)發(fā)和商業(yè)化。”其次是小型船舶、牽引車(chē)、火車(chē)、垃圾車(chē)。

豐田在技術(shù)說(shuō)明會(huì)上沒(méi)有把氫氣驅(qū)動(dòng)的轎車(chē)放在顯著地位，在說(shuō)明會(huì)的資料中，轎車(chē)歸類(lèi)在小型商用的項(xiàng)下，而且字號(hào)極小，似乎有意避免關(guān)注，而且家庭用汽車(chē)又不包括在消息商用車(chē)、轎車(chē)之內(nèi)。

大眾汽車(chē)集團(tuán)首席執(zhí)行官赫伯特·迪斯在接受媒體采訪(fǎng)時(shí)說(shuō)“你們不會(huì)看到任何氫能源的乘用車(chē)，在大規(guī)模市場(chǎng)中應(yīng)用氫燃料電池技術(shù)的想法太過(guò)樂(lè)觀了，10年內(nèi)都不可能，因?yàn)檫@背后的物理學(xué)邏輯不合理。”

馬斯克在推特上表態(tài)：氫燃料電池是“智商稅”，用在汽車(chē)上是一個(gè)愚蠢的選擇。

清華大學(xué)車(chē)輛與運(yùn)載學(xué)院教授宋健認(rèn)為，當(dāng)前制氫、儲(chǔ)氫、運(yùn)氫等方面都面臨著成本過(guò)高問(wèn)題。以日加氫量500千克的35兆帕外供氫加氫站為例，建設(shè)成本就高達(dá)1200萬(wàn)元左右，這還不包含土地成本；而建同樣規(guī)模的充電站，成本不到其十分之一。

氫燃料電池車(chē)本身的成本也很高。在氫燃料電池車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)中，燃料電池系統(tǒng)造價(jià)約占總成本的三分之二，加上其他氫氣儲(chǔ)存和配件成本，制造一輛氫燃料電池車(chē)的成本幾乎是同級(jí)純電動(dòng)汽車(chē)的兩倍。奔馳母公司戴姆勒宣布終止氫燃料電池驅(qū)動(dòng)乘用車(chē)計(jì)劃，就是因?yàn)橹圃鞖淙剂想姵爻擞密?chē)的成本太高。

在能量轉(zhuǎn)換效率方面，氫燃料電池車(chē)也不如純電動(dòng)車(chē)。大眾汽車(chē)集團(tuán)發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，在能量轉(zhuǎn)換方面，純電動(dòng)車(chē)從其他能源轉(zhuǎn)換到電能，全程效率比為70%至90%；氫燃料電池車(chē)則需要從其他能源經(jīng)過(guò)電解、壓縮和液化等多個(gè)流程，最終效率比只有25%至35%。較低的效率比意味著汽車(chē)使用成本增加。

       原文標(biāo)題 : 豐田戰(zhàn)略難題之三：氫是很復(fù)雜的問(wèn)題（下） | 賈新光汽車(chē)評(píng)論