前言
在全球大力推进新能源汽车产业化的大背景下，我国经过多年的支持和发展，在纯电动汽车领域取得了巨大的进步，整车销量连续多年世界领先，关键零部件及材料均可以自产，核心技术水平与世界实现并跑；在燃料电池电堆及关键零部件核心技术、氢燃料电池汽车产业化、示范应用及市场培育等方面也实现了持续进步，取得较大进展，燃料电池汽车也已从“技术突破”进入到“成本大幅降低”的过程节点，基本具备商业化运行的条件，开始进入量产阶段［1-3］。
目前，我国在动力电池、驱动电机、智能电控产业化的基础上，燃料电池、系统、零部件、整车等企业纷纷布局，多省市相继出台政策标准，着力发展氢能与燃料电池汽车产业，开启燃料电池汽车应用示范［4-7］。在示范应用过程中，燃料电池汽车和纯电动汽车以及传统燃油汽车的经济性研究一直是产业发展关注的重点。现阶段，由于氢能与燃料电池汽车产业处于发展初期，受车辆的燃料电池系统与关键零部件技术水平、国产化程度和市场规模等条件影响，我国燃料电池汽车的经济性与纯电动汽车和传统燃油汽车相比不具竞争优势，成本较高，相关研究工作有待进一步开展［8-11］。
根据产业发展需要，我国部分高校、企业等一直关注和研究不同类型汽车的经济性，建立了一些成本计算模型并进行了纯电动汽车、燃料电池汽车、传统燃油汽车的经济性对比，但依旧存在成本计算模型较复杂、经济性对比较宏观、车辆未来成本趋势预测方法较少等问题［12-18］。其中，纯电动汽车和燃料电池汽车的未来成本趋势预测及搭载不同动力系统车辆成本对比分析研究是指导产业发展、细化政策举措的重要依据，对新能源汽车产业长远发展具有重要意义，值得产业深入探讨。
新能源汽车和传统燃油汽车的主要区别是其动力系统不同，因此，为开展其综合经济性对比分析和预测研究，本文从不同续驶里程和不同质量两个维度考虑，建立了以动力系统为基础的车辆成本预测模型，对比分析未来搭载不同动力系统车辆（纯电动商用车、燃料电池商用车和传统燃油（柴油）商用车）在当下、2025年、2030年、2035年的动力系统成本和全生命周期成本，其中，全生命周期成本为车辆的动力系统成本与使用成本的总和（假设车辆除动力系统外的其他部件成本相同）。本文的研究和预测结果具有一定的先进性，可为纯电动汽车和燃料电池汽车产业的长远发展提供借鉴。
1 搭载不同动力系统车辆经济性预测模型
为深入研究搭载不同动力系统车辆在2025-2035 年间的经济性，本文综合技术发展和产业化进步带来的成本下降因素，构建了纯电动汽车、燃料电池汽车、传统燃油汽车在不同续驶里程、不同质量要求下的经济性预测模型。为避免出现因车辆动力系统之外的配置规格不同导致的价格差异较大，因此在预测模型构建中，3 种类型的车辆只计算动力系统成本的差异，其他部分视为相同。
1.1 搭载不同动力系统车辆4 时间段的核心部件价格预测
根据《节能与新能源汽车技术路线图2.0》［19］，本文绘制了搭载不同动力系统车辆所涉及的核心部件的当前价格及其在未来3个时间段（2025年、2030年和2035年）的价格预测，如表1所示。
表1 搭载不同动力系统车辆部件的当前价格及预测
1.2 搭载不同动力系统车辆4 时间段的能耗与储能量预测
本文以商用车为车辆研究类型，进行总质量从2～20 t 的纯电动商用车、燃料电池商用车和传统燃油商用车的经济性分析，根据汽车原理和汽车行驶方式，结合《节能与新能源汽车技术路线图》中对车辆能耗的预测，建立了总质量从2～20 t 的商用车能耗表，如表2 所示。其中，燃料电池汽车按照燃料电池发动机增程式技术路线，纯电续驶100 km，结合表2数据，可得出纯电动汽车和燃料电池汽车在4个时间阶段（当前、2025 年、2030 年和2035 年）不同续驶里程（100-1 000 km）条件下的储电/氢量。表3 展示了部分纯电动汽车和燃料电池汽车现阶段的储电/氢量情况。
表2 2-20 t商用车能耗及动力系统维护费用表
表3 纯电动汽车和燃料电池汽车现阶段储能量情况概括
1.3 建立搭载不同动力系统车辆4 时间段的动力系统和全生命周期成本计算模型
本文建立了搭载不同动力系统车辆在4 个时间段的动力系统以及全生命周期成本计算模型，如表4 所示（全生命周期成本为车辆的动力系统成本与使用成本的总和）。
表4 搭载不同动力系统车辆4时间段的动力系统和全生命周期价格模型
2 搭载不同动力系统车辆4 时间段的动力系统和全生命周期经济性预测分析
根据预测数据和建立的模型，本文根据不同续驶里程和不同质量要求，对纯电动汽车、燃料电池汽车、传统燃油汽车在当下、2025 年、2030 年、2035 年4 个时间段下的经济性开展了对比分析研究。其中，图1 显示了车辆续驶里程要求和质量对车辆全生命周期成本影响趋势。
图1 车辆续驶里程和质量要求对车辆全生命周期成本影响
以续驶里程要求为600 km 时搭载不同动力系统的不同质量车辆在4个时间段成本为例，从图2动力系统成本分析可知：当前燃料电池汽车动力系统成本较高，但到2030年，燃料电池汽车动力系统成本将会全面低于纯电动汽车动力系统成本；到2035年，燃料电池汽车动力系统成本甚至会部分低于传统燃油汽车动力系统成本。
图2 续驶里程600 km时搭载不同动力系统车辆在不同时间段下动力系统成本对比
从图3 全生命周期成本分析可知：当前燃料电池汽车全生命周期成本相比纯电动汽车和传统燃油汽车较高，而纯电动汽车和传统燃油汽车相当，这也是目前纯电动汽车推广较好的原因；到2025年，随着电堆、氢气价格的降低，燃料电池汽车全生命周期成本会接近传统燃油汽车，而纯电动汽车则随着电池、电机等价格的降低，其全生命周期成本进一步降低，优势进一步扩大；到2035 年后，随着电堆、氢气技术走向成熟，价格进一步降低，燃料电池汽车全生命周期成本会逐步低于纯电动汽车和传统燃油汽车，并且这种趋势随着车辆质量的增加以及续驶里程的提升愈加明显。
图3 续驶里程600 km时搭载不同动力系统车辆在不同时间段下全生命周期成本对比
通过对这几种动力系统汽车的经济性预测分析可以得出：未来燃料电池汽车动力系统成本和全生命周期成本将持续降低，在长续驶里程和重载条件下，全生命周期成本将会低于传统燃油汽车和纯电动汽车；相比重载，长续驶里程对燃料电池汽车与纯电动汽车的经济性影响更加明显。因此，根据模型预测分析结果，建议当前燃料电池汽车发展的重要任务是降低成本，提升燃料电池汽车使用经济性；应将燃料电池首先应用于对续驶里程要求较长的商用车，尤其是重型商用车上，在进一步降低成本后，可以拓展到更多车型。
另外，随着汽车市场规模、技术革新和原材料供需情况的调整，电池系统价格、电机系统价格、电堆系统价格、氢气瓶价格、氢气价格、充电电费、柴油价格、百公里电耗/氢耗/油耗等存在一定程度的波动性。因此，可持续跟踪本文建立的动力系统和全生命周期价格模型所需的数据值，通过数据更新的方式动态跟踪成本变动情况，准确地把握纯电动汽车、燃料电池汽车和传统燃油汽车的经济性和对比分析。
3 总结与展望
为进一步开展纯电动汽车、燃料电池汽车和传统燃油汽车的经济性对比分析和预测研究，本文综合技术发展和产业化进步带来的成本下降因素，从不同续驶里程和不同质量两个维度考虑，建立了以动力系统为基础的车辆成本预测模型，并对纯电动汽车、燃料电池汽车、传统燃油汽车在当下、2025年、2030 年、2035 年的动力系统成本和全生命周期使用成本进行数据计算和经济性预测。经模型预测结果表明：纯电动汽车将在未来10 年内占据成本优势，但后续随着燃料电池汽车的动力系统成本和全生命周期成本进一步下降，在长续驶里程和高重载条件下，燃料电池汽车全生命周期成本将逐步低于传统燃油汽车甚至纯电动汽车。因此，本文中建议我国在燃料电池汽车发展路线中优先发展对续驶里程要求较长的重型商用车，进行产业化推广，降低其关键部件和材料成本，使之具有经济性和广阔的发展前景。
综上，本文中建立的以动力系统为基础的车辆成本预测模型和模型预测结果能够更详细地对经济性预测进行量化，可为我国新能源汽车产业的发展提供一定的借鉴作用。现阶段，我国燃料电池汽车相较传统燃油汽车和纯电动汽车运行成本较高，经济性相对较差。但在我国大力发展新能源汽车的时代背景下，燃料电池汽车因具有零排放、加注效率高、续驶里程长等优势，未来仍具有广阔的发展前景，且随着氢能与燃料电池汽车产业的快速发展，燃料电池汽车的经济性也将逐步提升，未来将与纯电动汽车、插电式混合动力汽车一起，完成对传统燃油汽车的全面替代［20-22］。