道路货运电动化之路: 陕西省榆林市49吨纯电半挂牵引车案例

工作报告2024年5月 ©2024国际清洁交通委员会（ID192） 道路货运电动化之路：陕西省榆林市49吨纯电半挂牵引车案例 作者:牛天林、朱格仪 介绍 发展新能源汽车是加速各个行业向更绿色可持续货运转型的重要举措。近年来，中国已针对钢铁、水泥和焦化三大重点行业出台了超低排放标准要求，这些标准中均纳入了使用新能源货车进行货物运输的目标要求（生态环境部，2024a，2024b，2019）。 如图1所示，陕西省是中国第三大产煤省份，其煤炭产量约占全国总产量的17% （中国煤炭工业协会，2022）。2022年，陕西省的细颗粒物(PM2.5)年平均浓度为39μg/m3，较全国平均水平高出10μg/m3（生态环境部，2022）。陕西省的煤炭运输主要依托于道路货车，道路货运在煤炭运输总量中的占比为70.2%（陕西省能源局，2019）。这些货车中大多数是柴油货车，例如在省会城市西安，这些柴油货车贡献了西安市90%的颗粒物（PM2.5）和80%的氮氧化物（NOx）排放源（史俊斌、关颖，2021）。 www.theicct.orgcommunications@theicct.org @theicct.org 鸣谢:作者在此特别向ICCT内部同事HusseinBasma、褚一丹、周圆融、ChelseaBaldino、FelipeRodríguez和杨柳含子以及来自中国汽车技术研究中心的专家冯乾隆，朱青和吴松致以诚挚谢意，感谢他们为本文提供的建设性建议。上述专家同仁的审阅并不代表完全认同本报告内容，任何错误疏漏皆由作者承担。 图1中国各省煤产量概况及榆林市杨伙盘煤矿地理位置 数据来源：中国煤炭工业协会（2022） 国际清洁交通委员会THEICCT.ORG 2019年，陕西省政府发布了《陕西省柴油货车污染治理攻坚战实施方案》，以促进新能源汽车在货运活动中的应用（陕西省人民政府，2020）。同时，推广重型零排放货车也被陕西省作为减少温室气体排放，实现碳达峰及碳中和目标的关键措施（陕西省人民政府，2022c，2022b，2022a；陕西省发展和改革委员会，2021）。 近年来，陕西省开始在煤炭行业发展推动纯电动重型货车，同时还在考虑推广应用燃料电池货车。由于煤炭是焦化行业生产过程中的重要原材料之一，因此煤炭运输在部分情况下也属于焦化行业超低排放标准要求范畴。 为了更好地了解零排放货车在煤炭运输中的实际表现，本文对2019至2022年期间陕西省的重型零排放货车市场以及榆林市杨伙盘煤矿中零排放货车的使用情况进行了评估。我们通过走访煤矿车队运营商，了解到零排放货车的日常运行状况和实际使用性能。在此基础上，我们还对车辆总拥有成本（TCO总成本）进行了 分析，比较了换电货车与柴油货车的性能表现，另外还对比了含电池整车购买模式与“电池即服务”（BaaS模式）购买模式的成本差异1。 本研究为国际清洁交通委员会（ICCT）“道路货运电动化之路”系列报告之一，该系列研究旨在分析评估纯电动货车和燃料电池货车在不同行业的实际使用情况2。 重型零排放货车市场 图2展示了2019至2022年陕西省重型零排放货车（包括纯电动货车和燃料电池货车）的年销量及市场份额情况。在这四年中，陕西省共销售了3241辆重型零排放货车，其中99%为纯电动货车。从城市销量分布来看，省会西安市的零排放货车销量约占全省总销量的56%，咸阳市、渭南市和榆林市的销量占比分别为10%、8%和4%。2022年，陕西全省零排放货车在市场中的销量份额占比为7%，较全国平均水平高出一个百分点，在全国所有省份中列居第11位。 图2陕西省各城市的纯电动重型货车销量及市场份额情况 国际清洁交通委员会THEICCT.ORG 虽然陕西省在零排放货车整体应用方面仍处于早期阶段，但已经取得了一些不俗的成绩。图3展示了不同类型电动货车在陕西省各个城市的销量分布情况。西 1BaaS购买模式，也称电池租赁模式。车队购买的电动货车是不包含电池的，而是以租赁电池的方式来替代购买。租赁费用也有不同的支付渠道，例如通过补能费用支付。车队运营商也可以选择整车购买模式，购买包含有电池的纯电动货车。 2详见毛世越等（2023）和牛天林等（2024）。 安市在总销售量方面位居全省第一，但所销售的零排放货车大多数是车辆总质量相对较小的物流配送货车。榆林市的煤炭产量占陕西全省总产量的64%（陕西日报，2023），煤炭运输需求使其电动半挂牵引车销量在全省排名第一。在2021至2022年期间，榆林市纯电动半挂牵引车的销量实现了零的突破，合并车辆总质量超过40吨的纯电动半挂牵引车达到101辆。另外，虽然图中并未展示，榆林市还在2022年新增了10辆燃料电池半挂牵引车。在燃料电池汽车发展规划方面，陕西省已设定了到2024年力争推广示范燃料电池汽车累计超5000辆的宏伟目标（陕西省发展和改革委员会，2022）。 图3不同类型电动货车在陕西省各个城市的销量分布情况（2021–2022年） 国际清洁交通委员会THEICCT.ORG 上述这些成绩突显了陕西省零排放货车市场的发展及其对中国可持续交通的广泛影响。尽管目前零排放货车市场仍处于早期发展阶段，但零排放货车的销量和市场渗透率都在持续增长，特别是零排放重型半挂牵引车的发展尤为突出。 零排放货车在榆林市的实际应用案例 为了更好地了解榆林市零排放半挂牵引车的实际使用情况，我们于2023年5月对榆林市杨伙盘煤矿开展了调研。如图4所示，该煤矿每年煤炭货运需求量约600万吨，是榆林首个使用电动半挂牵引车进行煤炭运输的矿场。煤矿有两类主要运输路线：一类路线是将煤从矿场运送至附近山上的发电厂，运输长度为4km；另一类路线是将煤从矿场运送至货站，运输长度为50km。 杨伙盘煤矿于2021年购买了50辆换电款纯电动半挂牵引车，并选择与车辆制造商吉利签订了电池服务（BaaS）合同，吉利为其安装了两个换电站。目前煤矿另有18辆柴油半挂牵引车在运营使用。根据我们的了解，煤矿在2022年还购买了10辆燃料电池半挂牵引车，但尚未正式投入使用，政府部门正在计划对这些车辆进行试点应用。 图4杨伙盘煤矿运营的纯电动货车 图片拍摄：牛天林 实际使用性能 通过采访车队运营商，我们了解到杨伙盘煤矿柴油货车和零排放货车的一些实际使用性能。表1显示了目前杨伙盘煤矿所使用的柴油货车和纯电动货车的技术规格，另外还列出了有可能用于煤炭运输的燃料电池货车的对应技术规格。从表中可以看出，不同动力类型货车的零售价格差异很大，柴油货车的价格低至30万人民币，而燃料电池货车价格高达150万人民币。纯电动货车方面，包含电池的换电货车总价格为80.6万人民币，BaaS模式下的价格则为43.6万人民币。在使用同款挂车的情况下，纯电动货车和燃料电池货车的最大有效负载都要比柴油货车低3吨左右。 表1 杨伙盘煤矿所使用的柴油货车和纯电动货车的技术规格，以及陕汽最畅销同级燃料电池货车的技术规格 动力类型 柴油 纯电动 燃料电池 车型 CA4256P2K15T1E5A80 HN4253H36C8BEV SX4257MJ4XFCEV 制造企业 一汽 吉利 陕汽 品牌 天威 华菱 轩德翼 合并总质量 48,800kg 48,870kg 48,870kg 牵引质量a 40,000kg 37,370kg 37,370kg 发动机功率 276kW 额定:250kW；最大:360kW 额定:220kW；最大:410kW 发动机扭矩 2,060N·m 额定:1,600N·m；最大:2,800N·m 额定:1,300N·m；最大:2,800N·m 发动机排量 11.6L - - 储能量 柴油油箱,600L 电池,282kWh 电池,120kWh；氢罐，49.4kgb 认证续驶里程 1,500km 170km 氢系统不工作：95km 氢系统工作：650km 2023年牵引车零售价格 ¥300,000 含电池:¥806,000 不含电池:¥436,000 ¥1,500,000 图片拍摄：柴油及纯电动货车（牛天林摄）；燃料电池货车（中国汽车技术研究中心摄）。 a牵引质量为挂车与总负载之和。 b氢燃料储量基于车辆使用的13个165升350巴燃料罐评估。 表2展示了煤矿中不同用途货车的运行信息。在第一种应用情景下，货车需要往返行驶7.5km，将煤炭运送至位于附近小山坡上的电厂，单日行驶次数最多可达30次。在第二种应用情景下，货车需要往返95km，将煤炭运送至货运场站，单日行驶次数最多6次。由于货车的运输行驶路线是随机分配的，要量化车辆的实际行驶活动存在一些困难。因此，在本次研究中，我们假设每辆货车固定用于一种应用情景。负载方面，从杨伙盘煤矿出发至目的地时是满载状态，返回时为空载状态。 表2货车应用情况汇总 应用场景 往返电厂 往返货运场站 应用详情 从煤矿至电厂 从煤矿运输至铁路货运场站或其他煤炭购买方 往返行程距离 7.5km 95km 单日行程次数 25–30次 4–6次 年行驶里程 68,000km 180,000km 车辆最高服务年限 8年 6年 运费 ~¥0.8/tkm ¥0.4/tkm 满载负载 •柴油货车：16吨•纯电动货车：13吨 •柴油货车：16吨•纯电动货车：13吨 实际使用能耗 •柴油货车： 空车：17L/100km满载：48L/100km •纯电动货车： 空车：120kWh/100km满载：250kWh/100km •柴油货车： 空车：16L/100km满载：42L/100km •纯电动货车： 空车：115kWh/100km满载：210kWh/100km 如表3所示，我们将柴油货车和纯电动货车的实际使用成本分解为资本支出和运营成本两部分。目前，针对柴油货车需要征收购置税和车船税，对纯电动货车免征上述两项税种。杨伙盘煤矿使用的所有纯电动货车均通过换电模式进行补能，电力价格固定为¥0.6/kWh，换电服务费为¥0.2/kWh，电池租赁费为¥0.6/kWh，合计¥1.4/kWh。 表3杨伙盘煤矿柴油货车和纯电动货车的实际使用成本（2023年） 2023年 柴油货车 纯电动货车–BaaS模式 纯电动货车 资本支出 车辆零售价格 ¥300,000 ¥436,000 ¥800,000 购置税 车辆零售价格的10% 免征 免征 首付款 30% 30% 30% 贷款期限 3年 3年 3年 利率 10% 10% 10% 残值 ¥100,000 ¥125,000 ¥200,000 运营成本 平均补能成本 ¥8.4/L ¥1.4/kWh ¥0.8/kWh 车船税 车辆整备质量*¥60/吨/年 免征 免征 维修保养成本 ¥0.30/km ¥0.22/km ¥0.22/km 车辆保险 ¥24,000/年 ¥40,000/年 ¥62,000/年 人员薪资及其他成本 ¥200,000/年 ¥200,000/年 ¥200,000/年 如图5所示，我们采用了一套独立的设备来采集与运输行程相关的额外信息，包括车辆速度和海拔。在电厂运输情景下，电厂海拔高度约较煤矿高80米，货车在电厂卸煤时会有一段怠速运行时间。在货站运输情景下，行驶路线包含高速公路，货车行驶速度会超过40km/h，但起止地之间的海拔基本一致。 图5电厂运输和货站运输的运行工况采样 国际清洁交通委员会THEICCT.ORG 我们通过采访车队运营商了解到，零排放货车在能源成本方面具有显著优势，但使用的挑战在于车辆携带的电池重量会减少有效负载，造成“亏吨”。实际运费是和货重相关的，因此零排放货车产生的运营收入相对较少。 车辆总拥有成本及运营利润 图6展示了杨伙盘煤矿所使用的柴油货车和纯电动货车目前的车辆总拥有成本 （下文简称：TCO总成本）、运营收入以及由此产生的利润。我们假设货车固定用于其中一种应用情景，在评估TCO总成本时，假设货车在电厂运输情景下可运行使用8年，在货站运输情景下可运行使用6年。为了体现“电池服务（BaaS）”模式所能带