《燃料电池汽车》-教材职业能力一、分析发展氢燃料电池汽车的优势

目录CONTENTS123揭秘燃料电池汽车车辆全生命周期成本对比分析全生命周期能源消耗与环境影响分析01PARTONE揭秘燃料电池汽车学习目标1我国“双碳”战略目标和“美丽中国”建设要求了解“双碳”目标对我国氢燃料电池产业高质量发展的推动作用23掌握氢燃料电池汽车的结构和原理01揭秘燃料电池汽车职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势一、全球汽车保有量急增加剧了生态环境危机汽车是一个流动的污染源温室效应01形成酸雨02光化学烟雾03CO2氯氟烃甲烷低空臭氧氮氧化物其他气体尾气中的二氧化硫具有强烈的刺激气味，达到一定浓度时容易导致“酸雨”的发生，造成土壤和水源酸化，影响农作物和森林的生长。烃类污染物对自然界的危害，主要是破坏了生态系统的正常循环，还诱发产生光化学烟雾01揭秘燃料电池汽车职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势一、全球汽车保有量急增加剧了生态环境危机1.1汽车是一个流动的污染源其他污染04固体悬浮颗粒一氧化碳01揭秘燃料电池汽车职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势二、氢燃料电池汽车是新能源汽车的终极解决方案1、

氢能是解决未来人类能源危机的终极方案分部广泛01燃烧热值高02燃烧产物水03分布最广泛宇宙质量的75%二次能源其燃烧值是汽油的3倍酒精的3.9倍焦炭的4.5倍氢燃烧的产物——水01揭秘燃料电池汽车职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势

燃料电池电动汽车是一种将车载氢燃料电池装置产生的电力作为动力的汽车，是电动汽车的一种。2、燃料电池汽车的概念01揭秘燃料电池汽车职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势

燃料电池电动汽车是一种将车载氢燃料电池装置产生的电力作为动力的汽车，是电动汽车的一种。2、燃料电池汽车的概念01揭秘燃料电池汽车职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势以纯氢气作为燃料，生成物为清洁水不受卡诺循环限制，能量转换效率高氢来源广泛，可通过煤和天然气为主的化石能源重整制氢，也可以焦炉煤气、氯碱尾气、丙烷脱氢为主的工业副产气制氢发电过程中运行平稳、噪声低续驶里程由车载储氢瓶的总容量决定3、氢燃料电池汽车是新能源汽车的终极解决方案01揭秘燃料电池汽车职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势三、我国燃料电池汽车发展概要宇通客车股份有限公司格罗夫氢能汽车有限公司山东潍柴动力股份有限公司丰田汽车、中国一汽、东风、广汽集团、北汽集团、北京亿华通成立“联合燃料电池系统研发有限公司”。02PARTTWO车辆全生命周期成本对比分析学习目标1掌握车辆全生命周期成本组成理解燃料电池汽车在我国汽车产业发展规划中的定位23了解车辆全生命周期成本计算方法02车辆全生命周期成本对比分析一、全生命周期成本1、

全生命周期

全生命周期的基本涵义可以通俗地理解为“从摇篮到坟墓”（Cradle-to-Grave）的整个过程。对于某个产品而言，全生命周期就是从自然中来，又回到自然中去的全过程，包括制造产品所需要的原材料的采集、加工等生产过程和产品贮存、运输、销售等流通过程，还包括产品的使用过程以及产品报废或处置等废弃回到自然过程。这些过程构成了一个产品完整的生命周期。职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势02车辆全生命周期成本对比分析2、消费者视角下汽车全生命周期成本职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势汽车全生命周期成本（TCO）

购置成本购置税注册费补贴

非燃料成本

保险成本燃料成本维保成本车船税过路费等初始成本02车辆全生命周期成本对比分析

从消费者角度来看，车辆的初始成本包括车辆的购置成本、购置税、注册费和补贴等因素。（1）购置成本职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势二、全生命周期成本的计算1、初始成本GasEvFcv2022年“裸车价”15.0019.1520.042025年“裸车价”16.0718.0418.202030年“裸车价”16.1917.1816.3102车辆全生命周期成本对比分析（2）购置税车辆购置税是计税价格乘以税率，其中计税价格是以发票价格减去增值税部分的购车款，车辆购置税税率为10%，即车辆购置税=车辆价格÷1.13×10%（13%是增值税税率）。职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势二、全生命周期成本的计算1、初始成本02车辆全生命周期成本对比分析（3）注册费新车注册费用主要包括：新车上线检测缴纳的费用、拓号照相费用以及新车牌照的费用。新车上线检测的费用一般在100元左右，汽车号牌一般为100元/副，需两副。这两项费用一般为300元左右。机动车拓号照相费用一般为38元，行驶证工本费一般为15元、临时登记证书工本费一般为10元、临时号牌一般5元，有的还要加装牌费、手续费等费用，这些费用加起来一共200元左右。结合全国各地具体情况，本书取各类车型的注册费均为500元。职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势二、全生命周期成本的计算1、初始成本02车辆全生命周期成本对比分析（3）补贴根据《关于2022年新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》（财建〔2021〕466号）中规定，2022年新能源汽车推广补贴方案，购买EV补贴1.26万元。根据《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》（财建〔2020〕394号），2021年起燃料电池汽车采用“以奖代补”方式，对入围示范的城市群按照其目标完成情况给予奖励。职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势二、全生命周期成本的计算1、初始成本02车辆全生命周期成本对比分析从消费者的角度来看，一辆汽车的使用成本一般包括燃料成本、养护成本、保险费用、车船使用税和路桥费等。由于使用成本属于跨期消费，引入现值分析理论，取折现率为8%。职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势二、全生命周期成本的计算2、使用成本02车辆全生命周期成本对比分析（1）燃料成本。“Gas”能耗取各地乘用车平均燃料消耗量，6.1L/100km。职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势二、全生命周期成本的计算2、使用成本能源类型单位能耗GasL/100km6.1EvKW·h/100km14.1FcvKg/100km1.05能源类型单位能耗汽油元/升7.6电力元/KWh0.5氢气（2022）元/Kg30氢气（2025）元/Kg25氢气（2030）元/Kg2002车辆全生命周期成本对比分析（2）非燃料使用成本。非燃料使用成本包括维护保养成本、保险费用、车辆使用税以及路桥费（含停车费）。在维护保养成本方面，燃油车约为3000元/年，纯电动汽车约为1000元/年，并假定燃料电池汽车的维护保养成本与纯电动汽车相同。保险费用：6座及以下私家车950元/年/车；商业保险费率采用保险估计系统进行计算。在车船使用税方面，根据财政部相关通知，汽油车为500元左右。对新能源汽车免征车船税。假定2025年纯电动汽车征收75%，燃料电池汽车减半征收；2030年纯电动汽车不再减免，燃料电池汽车征收75%。在路桥费方面，综合各地交通运输部门发布的年度报告中的数值，约为900元/年。职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势二、全生命周期成本的计算2、使用成本02车辆全生命周期成本对比分析综合考虑初始成本和使用成本，估算在2022年、2025年和2030年的成本条件下，不同使用年限的三种不能能源车型全生命周期总保有成本。职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势二、全生命周期成本的计算3、对比分析02车辆全生命周期成本对比分析职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势三、燃料电池汽车在我国汽车产业发展中的定位《中国制造2025》国家行动纲领发布财政部等四部委下发《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》《节能与新能源汽车技术路线图2.0》发布科技部将进一步做好氢能及燃料电池技术研发部署顶层设计，持续加大国家资金投入，加快关键核心技术取得实质性突破，2015年2020年9月2020年10月“十四五”时期2020年11月《新能源汽车产业发展规划（2021—2035年）》03PARTTHREE全生命周期能源消耗与环境影响分析学习目标1理解燃料电池汽车全生命周期能耗与环境分析的方法了解不同氢气制取途径下的燃料电池汽车全生命周期内的能耗和排放情况23了解氢气制取的途径03全生命周期能源消耗与环境影响分析一、分析方法和数据来源1、

方法与模型

采美国阿贡国家实验室（ANL）开发的GREET2016模型进行燃料生命周期能源消耗和温室气体排放及污染物排放的模拟。GREET2016模型中，车用燃料生命周期（WTW）的分析包括原料、燃料和车辆运行三个阶段。原料和燃料阶段合称为WTP阶段（Well-to-Pump，矿井到加油站，即上游阶段），车辆运行阶段称为PTW阶段（Pump-to-Wheels，加油站到车轮，即下游阶段）。职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势03全生命周期能源消耗与环境影响分析一、分析方法和数据来源2、

制氢路径分析

目前，典型的氢气制取路径有工业副产品的焦炉煤气制氢、天然气重整制氢、水电解制氢以及可再生能源（如风电和太阳能等）电解水制氢等，其他的制氢方式还包括生物质暗发酵制氢、固体氧化物电解制氢、生物高温裂解油重整制氢等非化石能源的天然气重整制氢。职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势制氢路径制氢原料制氢方式运输方式加氢方式焦炉煤气制氢焦炉煤气集中式液态，卡车70Mpa集中式天然气重整制氢天然气集中式液态，卡车70Mpa加氢站天然气重整制氢天然气加氢站式气态，不运输70Mpa水电解制氢水加氢站式气态，不运输70Mpa太阳能电解水制氢水加氢站式气态，不运输70Mpa其中，水电解制氢所用电网电力来源设为全国平均电力构成。根据中国电力企业联合会发布的《2021-2022年度全国电力供需形势分析预测报告》，截至2021年底，全国煤电装机容量11.1亿千瓦，水电装机容量3.9亿千瓦，核电5326万千瓦，风电3.3亿千瓦，太阳能发电装机3.1亿千瓦。2021年全国平均电力构成（数据来源：中电联，单位：亿千瓦）03全生命周期能源消耗与环境影响分析一、分析方法和数据来源2、

制氢路径分析（1）传统汽油乘用车、电动和燃料电池乘用车运行阶段能耗比较。03全生命周期能源消耗与环境影响分析一、分析方法和数据来源3、

车辆运行阶段能耗分析燃料电池汽车车型的能耗评估结果平均值，即1.0kg/100km。2020年我国乘用车行业平均燃料消耗量实际值为5.61L/100km。电动汽车的能耗采用2021年销量前四位的车型，按照销量加权平均计算，结果为14.5kW·h/100km。职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势（2）传统柴油公交车、电动和燃料电池公交车运行阶段能耗比较03全生命周期能源消耗与环境影响分析一、分析方法和数据来源3、

车辆运行阶段能耗分析公交车能源类型百公里能耗传统柴油车55L纯电动公交车120kWh氢燃料电池公交车10.1kg职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势03全生命周期能源消耗与环境影响分析二、燃料电池汽车生命周期能耗和排放分析1、燃料电池乘用车生命周期能耗和温室气体排放分析03全生命周期能源消耗与环境影响分析二、燃料电池汽车生命周期能耗和排放分析2、燃料电池公交车生命周期能耗和温室气体排放分析03全生命周期能源消耗与环境影响分析三、我国燃料电池汽车发展规划职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势《中国制造2025》《能源技术革命创新行动计划（2016-2030年）》《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》《汽车产业中长期发展规划》《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》项目二发展燃料电池汽车的原因分析职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势目录CONTENTS123发展燃料电池汽车对建立终极交通出行方案推动作用发展燃料电池汽车对我国技术创新的促进作用分析发展燃料电池汽车对实现“双碳”战略目标促进作用01PARTONE发展燃料电池汽车对建立终极交通出行方案的推动作用分析学习目标1掌握发展燃料电池汽车对交通出行方案推动作用2理解将氢燃料电池装配到智能网联汽车上的独特优势01发展燃料电池汽车对建立终极交通出行方案的推动作用分析职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势一、TCO成本比其他能源类型汽车有优势根据“全生命周期成本对比分析”的任务实施可知若是购置乘用车，“Fcv”在保有年限大于或等于9年时（2025年购置），其使用期间总成本将低于汽油乘用车。若再推迟购车时间，“Fcv”全生命周期的使用成本优势将更明显，并且保有年限越长，节省的成本越多。考虑到政策变化，实际减小的幅度可能比预计还要快很多。若是购置物流车，综合考虑购置成本和使用成本，预计到2030年，燃料电池物流车生命周期总成本比柴油车低23%。若是购置公交车，综合考虑购置成本和使用成本，预计到2030年，燃料电池公交车总保有成本相比柴油车低11%。在报废阶段，与电动车相比，氢燃料车生产及报废过程中的温室气体排放少，同时对环境有害的重金属材料使用量也更少。燃料电池车在报废阶段中，无论是二次使用还是回收都有非常高的经济价值。而电动车的回收与利用方面仍有很多困难需要克服。01发展燃料电池汽车对建立终极交通出行方案的推动作用分析职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势二、能源效率与环境影响的优势根据测算，一辆氢燃料电池公交车在空载情况下，每百公里消耗5Kg氢气；在满载情况下，车每百公里消耗7Kg氢气。按照氢气20元/Kg的价格计算，氢燃料电池公交车每百公里消耗能源成本要低于传统燃油公交车。纯电动公交车充满电一般需要1-2个小时（快充方式），而氢燃料电池公交车补充氢燃料只需要十几分钟。在续航里程上，一辆满电的纯电动公交车根据不同车型一般可以行驶70-300公里不等，而氢燃料电池公交车的续航距离可达300-500公里。氢燃料还可以实现-40℃储存、-30℃低温启动，满足城市公交使用的各种工况。1、对比公交车01发展燃料电池汽车对建立终极交通出行方案的推动作用分析职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势二、能源效率与环境影响的优势汽车中，载重量大、行驶里程长的中重型卡车，又是占据车辆尾气污染排放量的“大头”。特别在港口、码头、工业园区等特殊区域，重型柴油车密集，尾气排放对雾霾颗粒物的贡献达到77.8%以上。氢燃料因其本身特殊性质，更符合重卡的使用需求。一方面相较锂电池，燃料电池能量密度更高，在相同续驶里程下，燃料电池重卡凭借自重低的优势可扩大有效荷载；另一方面，燃料电池车能在10-15分钟内完成氢气加注。氢气也没有工作温度限制，这在冬季的北方有比锂电池更明显的优势。我国也已经将燃料电池应用重心放在商用车上，而国际上，韩国现代和日本车企也同样在着手布局燃料电池商用车市场。2、重卡与氢燃料电池是绝配01发展燃料电池汽车对建立终极交通出行方案的推动作用分析职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势三、燃料电池是智能驾驶汽车最佳能源选择智能驾驶主要包括网络导航、自主驾驶和人工干预三个环节。智能驾驶的前提条件是，我们选用的车辆满足行车的动力学要求，车上的传感器能获得相关视听觉信号和信息，并通过认知计算控制相应的随动系统。智能驾驶是工业革命和信息化结合的重要抓手，其快速发展将改变人、资源要素和产品的流动方式，颠覆性地改变人类生活。1、智能驾驶01发展燃料电池汽车对建立终极交通出行方案的推动作用分析职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势三、燃料电池是智能驾驶汽车最佳能源选择智能驾驶汽车特有的摄像头、雷达等中小型设备组件要帮助车辆实现自动驾驶，车载供电能力需提升2.8-4个百分点。能耗大户主要是计算机和传感器，而车载设备增重的17到22千克也成了车辆耗电增加的第二大原因。全车计算机需要对所有数据进行整合、分类，并将它们转换成电脑看得懂的图片。这个过程也会耗费巨大的计算性能，也就意味着需要充足的电力供给，现在的测试车一般能耗高达2.5千瓦。2、燃料电池汽车能有效保障智能车辆供电01发展燃料电池汽车对建立终极交通出行方案的推动作用分析职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势四、燃料电池汽车推动终极交通出行方案建立全球技术和经济竞争正在驱使着高效能源解决方案的不断创造和部署。氢能源在全球范围内并不是将绿色能源转化为交通出行动力的唯一解决方案，但确是毫无争议的整体解决方案中的一部分。各个国家都为许多不同类型的绿色能源解决方案提供了政策激励，毫无疑问，燃料电池汽车将推动终极交通出行方案建立。01发展燃料电池汽车对建立终极交通出行方案的推动作用分析职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势五、一些可能的未来出行方式设想在预先铺设的露天轨道上以重力2.5倍的加速度启动，在1秒之内就从静止态加速到85公里的时速水平。这款列车使用磁悬浮技术，并在接近真空的管状轨道中行驶，时速可以达到1200公里甚至更高，这一速度已经接近每小时1236公里的声速。1、接近声速的超级高铁01发展燃料电池汽车对建立终极交通出行方案的推动作用分析职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势五、一些可能的未来出行方式设想空中的士能够在距离地面高约6m的轨道上行驶，行驶速度最高可达250千米/每小时。它是一个在城市上空建造空中汽车轨道，然后利用磁悬浮技术而打造的小型化、个人化的交通运输系统。2、空中的士01发展燃料电池汽车对建立终极交通出行方案的推动作用分析职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势五、一些可能的未来出行方式设想天上飞的火车是一种将火车和飞机结合起来的未来飞行器。它允许把3个经过特殊设计的火车车厢安装到飞机上飞行，实现了轨道交通和航空的无缝连接。未来，乘坐飞机将不再需要先乘坐地面交通到达机场后排队登机，而是直接在车站进入客舱。3、天上飞的火车02PARTTWO发展燃料电池汽车对我国技术创新的促进作用分析学习目标1理解我国实施的创新驱动发展战略2理解燃料电池汽车对我国技术创新的促进作用02发展燃料电池汽车对我国技术创新的促进作用分析职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势一、创新是实现中华民族伟大复兴迫切需求党的十八大强调：“科技创新是提高社会生产力和综合国力的战略支撑，必须摆在国家发展全局的核心位置。”习近平在党的十八届五中全会第二次全体会议上的讲话，鲜明地提出了创新、协调、绿色、开放、共享的新发展理念。实现中华民族伟大复兴的中国梦，必须真正用好科学技术这个最高意义上的革命力量和有力杠杆。2012年2015年2016年《国家创新驱动发展战略纲要》进一步明确指出，创新驱动是国家命运所系，国家力量的核心支撑是科技创新能力，创新强则国运昌，创新弱则国运殆职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势二、燃料电池汽车对我国技术创新的驱动作用1、氢燃料电池汽车（技术）在基本原理上是一种完全新型、革命性的产品（技术），创新潜力巨大。氢燃料电池汽车（技术）是一种不经过燃烧过程而直接以电化学反应的方式将燃料（氢气）和氧化剂中的化学能直接转化为电能的高效发电装置。氢燃料电池汽车（技术）与传统汽车和纯电动汽车（技术）相比，是一种完全新型、革命性的产品（技术），创新的潜力巨大，是汽车界追求的终极目标。02发展燃料电池汽车对我国技术创新的促进作用分析职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势二、燃料电池汽车对我国技术创新的驱动作用2、氢燃料电池汽车（技术）对上下游产业技术创新带动作用强，附加值增加大据测算，传统汽车产业对国民经济上下游产业链的带动系数约为1∶3，而氢燃料电池汽车则可达到甚至超过1∶5。氢燃料电池汽车技术（产业）与相应技术（产业）之间相互依存和促进的关联如图。家庭充电站轻量化材料与技术氢燃料（氢能）制氢技术（产业）车载储氢技术关键核心材料技术产业固定式应急充电站FCV产业驱动电机、电子控制系统等FCV技术清洁可再生能源制氢光解水制氢废物利用制氢生物质能制氢其他先进制氢技术02发展燃料电池汽车对我国技术创新的促进作用分析职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势二、燃料电池汽车对我国技术创新的驱动作用3、发展氢燃料电池汽车将有力推动我国能源结构与体系的重大变革清洁的可再生能源、电、水、氢之间的转换关系。电用于其他更广阔领域太阳能等清洁可再生能源氢水（雨水、海水等）02发展燃料电池汽车对我国技术创新的促进作用分析03PARTTHREE发展燃料电池汽车对我国实现“双碳”战略目标的促进作用分析学习目标1了解我国实施的“双碳”战略目标2理解燃料电池汽车对我国实现“双碳”战略目标的促进作用03对我国实现“双碳”战略目标的促进作用分析职业能力一分析发展氢燃料电池汽车的优势一、我国“双碳”战略目标1、提出背景目前已成为全球第二大经济体、绿色