关于牵引车不同技术路线的TCO对比分析及预测

  近年来，国际油价高企、基建放缓与运输需求下滑，叠加国家“双碳”政策的实施，促使商用车物流运输行业面临新旧动能转换、运力过剩及运价下行的多重挑战。在此背景下，车辆的全生命周期成本(TCO)成为用户购车时的重要考量因素。本文聚焦于牵引车，构建了涵盖购置、使用、维护、残值及环境成本的全面TCO分析模型，对燃油、燃气、电动、氢燃料及甲醇等不同能源形式的牵引车进行经济性量化对比。此研究旨在为物流公司提供科学依据，助力其优化技术路线选择与运营策略，实现成本节约与绿色发展。

  低碳化已成为全世界汽车产业长期关注的关键技术方向之一。当前，各国整车企业正积极采取多元化策略，加速推进不同技术路线的发展与进步，这些技术路线涵盖了燃油、燃气、电动、燃料电池以及甲醇等多种类型。

  传统燃油车的优点是购车成本低、加油设施普及，缺点在于排放污染大、燃油价格受国际油价影响波动较大；燃气车以天然气为清洁燃料，优点是排放污染较少、经营成本较低，缺点在于加气站覆盖率低、售价普遍高于燃油车；电动车优点是零排放、噪声低、运营费用低，缺点在于购车成本高、充电设施不足、续航里程受限、不适合长途运输等；氢燃料车的优点是零排放、长续航能力、燃料可再生，缺点在于基础设施不完备、氢气能源成本高、安全性要求高；甲醇则具备与传统油车相似的性质，能利用现有加油站进行储存和输送，且对车辆结构的改造较为容易，加之燃料费用约为汽油的50%且能效高、CO2及PM2.5排放少，正受到世界各国的广泛关注与投入[4]。不过，甲醇的毒性和腐蚀性可能降低发动机耐久性，且其热值较低、启动性差，可能限制了在极端环境下的应用。

  鉴于各类牵引车均拥有独特的优缺点，本文将从客户用车的全生命周期成本(TCO)方面出发，深入分析并评价燃油、燃气、电动、氢燃料及甲醇牵引车在经济性方面的表现，以期为物流公司和用户更好的提供科学的决策依据。

  TCO(Total Cost of Ownership)即车辆的全生命周期成本，是指产品从用户购买、使用维护到最终产品报废这一过程中所发生的成本总额，帮助用户了解车辆的整体支出，从而选择最佳的运输车型和增值服务。TCO成本(Ct)主要由5部分所组成：购置成本(Cb)、使用成本(Cu)、维护成本(Cm)、车辆残值(Cs)和环境成本(Ce)[1]。计算方式见公式(1)：

  式中，TCO成本(Ct)为汽车在全生命周期所发生的总成本；购置成本(Cp)为广大购买的人在初期购买车辆时的支出费用,包括购车费用、购置税、上牌费用等；使用成本(Cu)为车辆在全生命使用周期内的所有能源使用费、保险费用及车船税；维护成本(Cm)为车辆的维修、保养费用；车辆残值(Cs)为车辆开满一定期限后,用户对车辆进行转卖处置的折旧费用；环境成本(Ce)包括限行、补能时效、便利性等影响车辆使用效率的因素。在本次TCO分析中，暂不考虑环境成本(Ce)的影响。

  根据《节能与新能源汽车技术路线》结合当前市场行情的深入分析，本文绘制了搭载不同动力系统车辆的核心部件当前价格及其在2030-2035年的趋势预计，如表1所示 。

  在对比燃油、燃气、电动、氢燃料、甲醇这5款不同动力形式的牵引车时，本次计算选取了市场主流的6×4牵引车型作为分析对象。

  在评估5款车型的购置成本时，我们主要参考了当前市场行情中的车辆价格。有必要注意一下的是，电动车、氢燃料车和甲醇车作为新能源汽车，通常享有来自政府的政策扶持，包括不同程度的购车补贴和免征购置税等优惠政策。由于各地政策存在一定的差异，且政府补贴的具体金额和条件可能随时间变化，因此在本分析中暂时不考虑政府补贴的具体影响。电动车、氢燃料车和甲醇车均按免征购置税计算。车辆上牌费及杂费、车辆运营证一般由4S店代办，普遍价格为1 000元左右。具体购置成本分析见表2。

  鉴于不同车型的车价差异，其保险费用亦不一样。本分析未纳入新能源汽车享受的车船税免征政策优惠。车型全生命周期行驶里程为100万km，年均行驶里程为20万km，其中高速公路行驶占比高达90%。考虑到全国各地高速公路收费标准略有差异，本分析采用基本费率2.4元/km作为计重收费标准。

  各动力能源计算单价均按照市场水平。此外，燃油车在行驶过程中还需额外消耗尿素液，以满足国Ⅵ排放标准。人员工资在不同情境下相对固定，所以本分析未将其纳入计算范围。不同技术路线牵引车使用成本分析见表3。

  车辆的维护成本涵盖了定期保养与日常使用中的维修费用，其中轮胎更换费用占据显著比例。针对本文所选的6×4牵引车型，主车配备10个轮胎，挂车配备12个轮胎，轮胎寿命设定为20万km，即每年需更换一次，底盘轮胎单价1 200元/个，挂车轮胎单价800元/个，因此年轮胎更换费用为2.16万元，全生命周期(5年100万km)内轮胎更换总费用为10.8万元。

  除了轮胎更换这一共同费用外，不同动力源车型在日常维护上各有其特定成本和注意事项：

  燃油车和燃气车需定期更换发动机机油及滤芯，变速器、缓速器、驱动桥等部位的润滑油或齿轮油，并需对后处理系统、进气系统、空调系统来进行清洁及滤芯更换，以确保燃料清洁度和尾气排放达标。此外，燃油车还需对尿素系统来进行清洗，并更换尿素泵滤芯。

  电动车具有零排放和低噪声的优势，其维护成本相比来说较低。由于电动车结构相对比较简单，无发动机总成，因此能节省与发动机相关的维护费用。电动车仅需定期更换电池电机冷却液、变速器及驱动桥等润滑油，并需更换打气泵油过滤和打气泵空气滤清器。

  氢燃料车同样具备零排放和高效能特点，但其维护成本相比来说较高。鉴于氢气的高温度高压力特性，需按时进行检查发动机外壳及电缆以确保安全。同时，氢气的纯度和去离子导电率对发动机运行至关重要，需按时进行检查去离子导电率并更换燃料电池系统的去离子器及冷却液。

  甲醇车日常维护保养项目与传统燃油燃气车相似，但考虑到甲醇对汽车部件可能会产生的腐蚀影响，需采取特别处理解决措施(如防腐蚀措施)，这可能会增加特定的维护成本

  维修保养费用因车型、品牌、使用条件等因素而异，无统一固定数据。经估算，电动车的年维修保养费用设定为2 000元，而其余4款车型(燃油车、燃气车、氢燃料车、甲醇车)的年维修费用统一设定为5 000元。具体维护成本分析见表4。

  车辆残值是指车辆在使用一段时期后,将其转卖处置的折旧价格,该价格取决于车辆转卖时的状态,包括性能表现、可靠性程度以及日常维护的保养情况等多个角度。本文选取的牵引车在完成5年行驶100万km后,可以认为车辆残值较低。车辆残值以5%计算。具体车辆残值分析见表5。

  包括限行、充能时间和使用便利性等影响车辆使用效率的因素，在本次TCO分析中，暂不考虑环境成本的影响。

  综上，不同动力形式牵引车按照全生命周期5年100万km的TCO成本见表6。

  随着环保意识的日益增强和清洁能源技术的快速的提升，电动车、氢燃料车及甲醇车作为未来交通工具的重要方向，正受到前所未有的关注。随着电动车技术的不断成熟与产量的大幅度的提高，规模化效应显现，加之电池成本的迅速下降，电动车的生产制造成本将持续降低。同时，充电设施的广泛普及也将逐步降低电动牵引车客户的购买与使用成本。不过有必要注意一下的是，续航里程依然是影响电动车普及应用的重要的条件，需要业界持续努力进行技术创新与优化。

  随着氢燃料技术的慢慢的提升，预计在2030年，氢燃料基础设施将得显著完善，氢燃料加氢站点的建设将更加普及。2030～2035年，被视为商用车燃料电池系统全面达到产业化要求的关键时期。在此阶段，通过不懈努力，燃料电池系统的额定功率、质量功率密度、系统效率及环境适应性将得到逐步提升，目标是将燃料电池系统成本降低至600元/kW[2]。

  在车载储氢系统方面，当前主要是采用高压气态储氢技术，储氢瓶多为Ⅲ型，以35 MPa高压容器储氢为主流应用方案。有必要注意一下的是，70 MPa储氢技术已取得重大突破，国内多家企业已推出氢气瓶产品，但在关键材料(如碳纤维等气瓶生产材料)及零部件(如瓶口阀、减压阀、氢浓度传感器等)方面，仍较大程度依赖进口。预计将在2030～2035年实现Ⅳ型瓶的批量生产，并推动液氢温区瓶口阀的国产化进程，力争将系统成本控制在氢气2 000元/kg(以储氢能力计)以内。

  对于燃料电池商用车而言，预计在2030~2035年，其整车成本有望控制在50万元以内。就氢气运输而言，当前主要依赖20 MPa长管拖车进行。短期内(3~5年)，计划通过增加长管拖车数量或提升运输氢气的瓶组压力(降低20%的公路运输费用)来优化成本。长远来看，随着氢气输配管道的建设，预计氢气的运输成本将降低80%以上。因此，到2030~2035年，氢气单价有望达到25元/kg，这将极大降低客户的用车成本。

  我国甲醇当前生产的基本工艺以煤制(灰醇)为主，绿醇相对较少，在碳达峰碳中和目标推动下，绿醇迎来发展风口。目前，全世界内虽已有许多港口和码头建立了甲醇存储、分销基础设施[6]，但绿色甲醇价格依旧高昂，导致其在贸易市场上的体量比较小，与传统灰醇在价格上相比尚不具备竞争力。我们假设到2030年，甲醇车使用灰醇的成本将与当前价格持平，并基于此进行TCO成本的计算。2030年不同技术路线。

  从图2能够准确的看出，目前氢燃料车的TCO成本相较于燃油车、燃气车、电动车以及甲醇车而言较高，而电动车与燃气车TCO成本相当，经济性最优。展望至2030年前后，随技术进步和规模效应的显现，电堆和氢气的价格预计将会会降低。这一趋势将使得氢燃料车的TCO成本逐渐接近传统燃油车的水平。而对于纯电动汽车而言，随着电池技术的不断成熟和规模化生产带来的成本降低，电机等核心部件的价格也将进一步下降。这一些因素共同作用，将使得纯电动汽车的全生命周期成本逐步降低，从而逐步扩大其在经济性上的优势。

  本文通过建立牵引车全生命周期成本分析模型，考虑了购置、使用、维护以及残值等多项成本，对燃油、燃气、电动、氢燃料及甲醇5种技术路线车型进行了量化对比分析。当前，得益于电费成本低和电池技术的进步，电动车经济性最优，而受氢气成本高和基础设施建设滞后影响，氢燃料车的应用推广还有非常长的路要走。

  展望至2030年前后，电动车的经济性优势预计将得到进一步巩固，但续航里程或成为其在特定场景下，尤其是长途标载市场中推广的关键瓶颈。与此同时，随着制氢技术的不断突破和氢气基础设施的逐步完善，氢燃料车的经济性有望逐步提升。其快速补能的优势可以有明显效果地缓解续航能力的焦虑，加之双碳目标的强力推动，氢燃料车有望迎来重大的发展机遇。

  此外，传统能源车辆尽管面临着新能源车的竞争压力，但凭借其能耗的持续降低和在某些场景下的性能优势，仍将在一些范围内并存发展。而甲醇车，作为一种新兴的清洁能源车型，其环保特性和发展的潜在能力同样需要我们来关注，未来或将在特定领域发挥重要作用。

  [1]卢兵兵，黄真.基于TCO分析氢气价格对燃料电池重卡经济性的影响［J］.上海汽车，2021(09)：15-21.

  [2]中国汽车工程学会主编.节能与新能源汽车技术路线［M］.北京:机械工业出版社，2020.12.

  [3]朱成，刘頔，腾欣余，等.新能源汽车综合经济性对比分析及预测研究[J].汽车工程，2023，45(02)：333-340.

  [4]白秀军.甲醇汽车的应用技术及发展的新趋势分析[J].汽车实用技术，2021，46(13)：19-22.

  [5]白秀娟，刘春梅，兰维娟，等.甲醇能源的发展与应用现状[J].能源与节能，2020(01)：54-55+67.

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