新能源和氢能源哪个更有价值（纯电动和氢能源）

（本文10100余字，全文阅读大约需要20分钟），我来为大家科普一下关于新能源和氢能源哪个更有价值?下面希望有你要的答案，我们一起来看看吧!

新能源和氢能源哪个更有价值

（本文10100余字，全文阅读大约需要20分钟）

在探讨新能源汽车之前，先从物理的角度分析驱动汽车运动需要多大的能量？

第一章：乘用电动车与乘用小汽车对比

一辆1.5吨的小汽车，行驶600公里需要多少能量呢？重力等于1500G=15000N。

1. 摩擦力与正压力和动摩擦系数成正比，也就是f = μ *N。橡胶轮胎与干路面的滚动动摩擦因数是0.015，风阻系数为0.28，那么在120千米的时速下驱动汽车行驶600千米，需要的能量为

（风阻公式：1/2ρ·A·Cw·v^2(kg)；滚动阻力公式：M=δN，滚阻系数δ=0.0165）

15000N*0.0165*600*1000m 1/2*1.293kg*0.28*2.2m²*（33.33m/s）²*600*1000m=148500000N*m 265442903N*m=413942903J。

由于汽车的传动系统也有部分的能量损失，通常汽车的传动系统的效率为90%，那么实际需要的能量为413942903J/0.9=459936559J。

汽油的热值为46000000J/kg，每升汽油约等于0.725千克，每升汽油的热值是33350000J/升。目前最好的汽油机的平均热效率大约是35%，汽车机械系统的传动效率大约是85%，则每升汽油的实际可以做的功是33350000*0.35=11672500J/升。根据汽油的实际做功效率，我们可知该辆汽车行驶600千米的实际油耗为39.4升。

值得注意的是，电动车不需要发动机的进排气系统，风阻系数比汽油车更低，大概可以做到0.22到0.26的水平。如果这辆电动车的风阻系数为偏高的0.25，那么驱动这辆汽车以120千米的速度行驶600千米，大概需要的能量为：

15000N*0.0165*600*1000m 1/2*1.293kg*0.25*2.2m²*（33.33m/s）²*600*1000m=148500000N*m 237002592N*m=385502592J。

电的热值为3600000J/kwh，动力电池的放电效率大约在95%，每度电实际可以利用的能量是3420000J。如果这辆汽车是电动汽车，电动机的能量使用效率是95%，由于电动车变速箱效率更高，传动系统的效率在95%以上，考虑到传动系统的效率损失，电动机的能量利用效率，则每度电能实际的做功是3086550J。

那么，驱动这辆汽车以120千米的速度行驶600千米需要的实际电耗为125度电，百公里电耗大约为21度。

这是在高速匀速行驶的情况下的汽油车与燃油车的电耗和油耗表现。根据风阻系数公式，速度增加1倍，风阻系数就增加三倍，因此如果车速比120千米每小时更低，则驱动汽车所需要的能量会显著减少。譬如车速降低到60千米/小时，驱动传统汽车行驶600千米需要的能量为：

15000N*0.0165*600*1000m 1/2*1.293kg*0.28*2.2m²*（16.67m/s）²*600*1000m=148500000N*m 66400552N*m=214900552J。这些能量的油耗大概为20.5升，也就是百公里3.4升。当然，实际油耗不会这么低，关键就是汽车发动机的转速是有运转空间的，不是想高就高、想低就低，即使处于怠速状态，发动机其实也在运转，因此油耗会比高速低一点，但是比这个低速匀速的理想状态高一点。如果在市区运行，汽车运行速度确实不快，需要的油耗应该更低，但是很多油耗都被消耗在红绿灯或者前后车急停等待上，实际油耗可能比高速还要高。

如果是电动车，驱动这辆汽车行驶600公里需要的能量为：

15000N*0.0165*600*1000m 1/2*1.293kg*0.25*2.2m²*（16.67m/s）²*600*1000m=148500000N*m 59286207N*m=207786207J。根据电动车的能量利用效率和传动损失，以60千米的速度行驶600千米需要的实际电耗为67.3度电，百公里电耗为11.2度。 相比120千米的高速，60千米低速状态下电耗大幅下降。很多汽车公司宣布续航可以达到1000公里，其实就是指这种低速状态下的续航可以达到1000公里，高速下续航得掉接近一半。

相比燃油汽车，电动汽车有两个明显的优势，公路总是有高低起伏不平的情况，这就需要汽车克服坡度阻力，另外停车启动还需要加速阻力，这都会增加燃油车的实际油耗。电动车是有能量回收系统的，上坡时需要更多的电耗，下坡时可以借助下坡坡度回收部分能量补电，或者启动时耗费了更多的电能，在急停时也是可以回收补电的。在低速状态下，乘用电动车的实际能耗表现比乘用燃油车优秀得多。

第二章：电动大货车与柴油大货车的对比

一辆满载49吨的6轴大货车，行驶1000公里需要多少能量呢？重力等于49000G=480200N。

汽车特性：迎风面积7.5个平方，风阻系数0.6,滚动阻力系数0.013，传动系统效率0.85。

如果这辆汽车是柴油货车，由于质量非常大，其克服重力所需要的能量非常大，因此滚动阻力系数对油耗的影响非常大。根据经验，货车的滚动阻力系数是0.013。

根据第一章的公式，这辆柴油汽车的以90千米/时的速度行驶1000千米，需要的能耗为：

480200N*0.013*1000*1000m 1/2*1.293kg*0.6*7.5m²*（25m/s）²*1000*1000m=6242600000N*m 1818281250N*m=8060881250J。

柴油的热值为42600000J/kg，每升柴油约等于0.835千克，每升柴油的热值是35571000J/升。目前最好的柴油机的平均热效率大约是40%，汽车机械系统的传动效率大约是85%，则每升柴油的实际可以做的功是35571000*0.4=12094140J/升。根据柴油的实际做功效率，我们可知该辆汽车以90千米时速行驶1000千米的实际油耗约为667升，百公里油耗大约是67升柴油。

480200N*0.011*1000*1000m 1/2*1.293kg*0.6*7.5m²*（16.67m/s）²*1000*1000m=5282200000 N*m 808448282 N*m=6090648282J。

如果把车速降低60千米/小时，其滚动阻力系数可以降低到0.011，那么同样行驶1000千米里程，其总油耗将降低到504升，百公里油耗仅50升。

480200N*0.02*1000*1000m 1/2*1.293kg*0.6*7.5m²*（25m/s）²*1000*1000m=9604000000 N*m 1818281250 N*m=2778681250J。

值得注意的是，由于货车在不同路况的情况下，滚动阻力变化是非常大的，假如路况一般，货车的滚动阻力系数上升到0.02，那么同样的行驶里程，其总油耗将达到944升，百公里油耗将达到94升。

假如这辆载货汽车是电动的，行驶1000公里需要多少电能呢？电动货车可以做到更小的风阻，假如风阻系数降低到0.4，那么以90千米时速驱动这辆货车行驶1000千米需要的能量为：

480200N*0.013*1000*1000m 1/2*1.293kg*0.4*7.5m²*（25m/s）²*1000*1000m=6242600000N*m 1212187500N*m=7454787500J。

不论是电动大货车还是电动乘用车，电的实际做功效率不会有太大的变化，根据前面的分析，每度电能实际的做功是3086550J，这辆汽车所需要的电能为2415度。

如果车速降低到60千米，则其所需要的能量为：

480200N*0.011*1000*1000m 1/2*1.293kg*0.4*7.5m²*（16.67m/s）²*1000*1000m=5282200000 538965522=5821165522J，对应所需要的电力为1886度。

如果路况一般，货车滚阻系数增加到0.02，则其所需要的能量为：

480200N*0.02*1000*1000m 1/2*1.293kg*0.4*7.5m²*（25m/s）²*1000*1000m=9604000000 1212187500=10816187500J，对应所需要的电力为3504度。

第三章：燃油与电池的经济性对比分析

第一节：燃油与电池的能量密度

根据第一章的分析，每度电实际做功3086550J。每升汽油实际做功11672500J，与电能进行换算大约就是3.78度。每升柴油实际做功12094140J，与电能进行换算大约就是3.92度。

当前最先进的三元锂电池的能量密度是300Wh/KG，每升汽油、柴油的能量密度分别是三元电池的12.6倍和13.1倍。如果乘用车的油箱是40升，那么对应电动车的三元电池重量就是504公斤。如果柴油重卡是油箱是400L，那么对应电动重卡的三元电池重量就高达5240公斤，也就是5.24吨，如果加上组件材料，电池系统重量就是6吨开外了。

第二节：能耗的关键影响因素

对比第一章和第二章的分析，我们很容易发现影响乘用车能耗和货车能耗的关键因素是不一样的，决定小汽车的关键是风阻，载重量的影响占比很小，而决定货车能耗的关键因素是载重量，风阻的影响占比偏小。

这个转换是有一个质量临界点的，如果是燃油乘用车，这个质量临界点大约就在2.7吨左右：如果汽车重量低于2.7吨，风阻就是影响油耗的关键；如果汽车质量大于2.7吨，载重量就是影响油耗的关键。如果是在60千米的低速状态下，这个临界质量是在684千克。

如果是电动乘用车，这个质量临界点大约就在2.4吨左右：如果汽车重量低于2.4吨，风阻就是影响电耗的关键；如果汽车质量大于2.4吨，载重量就是影响电耗的关键。如果是在60千米的低速状态下，这个临界质量就是611千克。

如果是柴油重卡，这个质量的临界点大约就在14.2吨左右：如果汽车载重量低于14.2吨，风阻就是影响柴油车油耗的关键，如果汽车载重量大于14.2吨，载重量就是影响油耗的关键。如果是在60千米的低速状态下，这个临界载重量就是7.5吨。如果是常在路况比较一般的路段行驶，这个临界载重量就是9.3吨。

如果是电动重卡，这个质量的临界点大约就在9.5吨：如果汽车载重量小于9.5吨，风阻就是影响电动重卡的电耗的关键，如果汽车载重量大于9.5吨，载重量就是影响重卡汽车的关键。如果是在60千米的低速状态下，这个临界载重量就是5吨。如果是路况比较一般的路段，这个临界载重量就是6.2吨。

第三节：电动汽车和燃油汽车

一般来说，小型乘用车和SUV的重量通常在1.2吨到1.8吨之间，也就是说，在120千米的高速的状态下，影响小型乘用车和SUV的油耗关键是风阻，汽车的重量的影响因素偏小。因此对小型乘用车或者SUV而言，大量使用电池来替换燃油系统而产生的增重对汽车能耗的影响其实很小。下面我们还可以详细测算一下燃油动力系统转换为电池动力系统，乘用车到底会增重多少。

燃油系统汽车的能源系统包含油箱，发动机和变速箱这三个大件，其中40L油箱大约重20千克，40L汽油大约重29千克；发动机（冷却系统）和变速箱重量大约是200到300千克，取中间值250千克，也就是说燃油汽车的动力系统的重量是300千克左右。

如果乘用车采用电池动力系统，其动力系统主要包含电池、电机和单变速器等三大件。最先进的电动机的每千瓦功率密度大约是2.5：1，意思就是每千瓦功率的电机，需要2.5公斤的重量。通常电动机的功率能够达到36千瓦，汽车的后轴才能够产生足够强大的能量应对各种路况，也就是说发动机的重量应该不低于90千克。单变速器比乘用车变速器见顶，重量更低（没有查到具体数据，估算）。根据上面的数据，我们预估电机和单变速器的重量为150千克。那么，除此以外，影响电动车质量的关键因素就是电池重量。

电动车要想跑的远，就得带更多的电池，电动车要想电耗低，就得降低整车质量，其中关键就是降低电池质量。如果电动车不减600千米的高速续航，则电动车需要携带125千瓦电能，按照电池300Wh/kg的能量密度，需要携带417千克电池，加上电池管理与保护系统，电池的重量大约在480千克，整个动力系统的重量就是630千克，汽车增重330千克。相反，如果要汽车不增重，电动车的电池系统的能量密度要达到833Wh/kg。

如果电动车保证600千米的低速续航，则只需要携带225千克电池，加上电池管理与保护系统，电池的重量大约在260千克，整个乘用车动力系统的重量就是410千克，汽车增重110千克。同样，如果要汽车不增重，电动车的系统能量密度要达到449Wh/kg。

在低速状态下，不论是对燃油乘用车还是对电动乘用车，汽车的重量都是超过了临界质量的，也就是汽车的重量就是影响油耗的关键，减重都能够显著的降低能耗。在低速状态下电动的能耗反而比燃油车更低，主要在于乘用车无法做到像电动车那样随时启动，随时停止，乘用车的大量能耗都耗费在了等待红绿灯或者堵车造成的无效能耗上。

如果只是满足市内通行需求，电动车的优势非常明显，但是在高速路况下电动车缺乏明显的优势。因此，要想增加电动车的吸引力，满足车主在高速路况下续航需求，或者进一步降低市内通行的电耗（既可以降低充电成本，还可以节省充电时间），就得继续增加电池的能量密度，从而在不增加电池重量的情况增加虚电量或者保证蓄电量的情况下降低电池系统的重量。

如果有一天电池的系统能量密度达到450Wh/kg，也就是电芯能量密度能够达到500Wh/kg，电动车基本就可以满足绝大部分出行需求，更低能耗更环保的电动车也将完全取代燃油汽车。

第三节：货运到底应该采用什么

货运的情况是比较复杂的，有的是跑市内，有的是要跑长途，有的是线路路况非常差，还有轴重不同，高速的收费就不同，因此货运的情况非常复杂，组合也非常多，下面我们就几种常用情况进行分析。

根据第二节相关的数据，重卡的临界质量主要有三组：

临界质量	柴油重卡	电动重卡	轴数
90千米高速路况	14.2	9.5	2轴
60千米低速路况	7.5	5	2轴
差路况	9.3	6.2	2轴

从上面的表格就可以看出，不论是柴油重卡还是电动重卡，其临界质量都在蓝牌轻卡和2轴重卡的额定载重量之间，其中90千米高速路况下，临界质量接近2轴重卡的额定载重量，而60千米低速路况和差路况下，临界质量接近蓝牌轻卡。

通常2轴，3轴跑的都是中短途，经常走比较差的路况，续航达到500千米就可以，而4轴5轴6轴主要是跑重载长途，续航里程最少要达到1000千米。为了简化我们的分析，我们接下来将分为重载高速长途，蓝牌低速轻卡两大类情形进行分析，其中重载又分为2轴，3轴，4轴，5轴，6轴等，我们选取最具代表性的2轴轻卡、2轴重卡、6轴长途重卡做进一步分析。

第1小节：2轴蓝牌轻卡

目前蓝牌轻卡的限重是4.5吨，目前汽车空载重量大约在2.5吨到3吨之间，载货量大约在1.5吨到2吨之间。

蓝牌轻卡通常都是市内短途，续航里程只需要满足满载一天一充就可以了，但是以目前的技术如果一天一充，蓝牌轻卡的寿命将不足5年，因此从经济性的考虑蓝牌轻卡载电量应该满足3天一充，综合来看续航达到250千米是能够满足绝大多数情况下的需求。

轻型载货汽车外形参数：滚动阻力系数0.0165，风阻0.5，风阻面积4平方米，常用续航速度60千米，续航里程500千米。

根据汽车的能耗公司，满载4.5吨的电动轻卡需要的能量是：

45000N*0.0165*250*1000m 1/2*1.293kg*0.5*4m²*（16.67m/s）²*250*1000m=371250000N*m 179655174N*m=

275452587J。每度电实际做功是3086550J，这些能量约等于89度电。目前电池的能量密度是300Wh/kg，系统能量密度可以做到220Wh/kg，这意味着整个电池系统的重量是405千克。

蓝牌柴油轻卡的能源系统重量与普通乘用车接近，差不多也是300千克，如果将柴油能源系统更换为电动能源系统，能源系统的重量将达到455千克，增重155千克左右。如果采用一些轻量化的措施，是可以将电动蓝牌轻卡空载重量控制在3吨以内的。也就是说，以目前最先进的三元电池技术，已经可以满足蓝牌轻卡全部电动化的要求的。

如果采用磷酸铁锂电池，其系统能量密度只有160Wh/kg，这个电池系统的重量将达到566千克，相比柴油汽车增重将达到310千克，是无法依靠轻量化达到控制重量达到3吨以内的。显然，如果采用磷酸铁锂电池，电动蓝牌轻卡的载货量将大幅下降，经济性也将明显下降。

第2小节：2轴及以上重卡500千米短程

目前蓝牌轻卡的限重是18吨，目前2轴柴油重卡整车质量大约在7吨到8吨之间，载货量大约在9吨到11吨之间。

黄牌重卡通常要满足500千米的长途运输需要，经常需要走高速。2轴重载汽车外形参数：滚动阻力系数0.013，风阻系数0.6，风阻面积6平方米，常用续航速度90千米，续航里程500千米。

根据汽车的能耗公司，满载18吨的电动重卡需要的能量是：

176400N*0.013*500*1000m 1/2*1.293kg*0.6*6m²*（25m/s）²*500*1000m=1146600000N*m 727312500N*m=1873912500J。每度电实际做功是3086550J，这些能量约等于607度电。目前电池的能量密度是300Wh/kg，系统能量密度可以做到220Wh/kg，这意味着整个电池系统的重量是2760千克。

根据玉柴、潍柴、中国重工的网站的数据，2轴重载汽车的发动机重量通常在400到600千克，变速箱的重量通常在250到400千克，通常为了跑远程，2轴大货车通常都携带了400升到600升的大油箱，加满油后油箱加油的重量通常有400千克。综合来看，2轴重载汽车动力系统重量在1200千克左右。

18吨载重的电动卡车电动机功率应该不低于250千瓦，电动机的功率密度可以达到2.5：1，因此电动机的质量最低是要有100千克，单变速器的质量不重，大概只需要20千克。要想保证额定载重不减少，那么电池的重量应该不高于1080千克，这个重量是显著小于2760千克的。

如果载货汽车大量采用轻量化设计，以目前的技术还可以减重1吨左右，也就是说考虑到汽车减重，电池组重量也只能增加到2080千克。如果考虑电能替换到燃油带来的能源节省，减少一吨额定载重，电池组重量最多也就能够增加到3080千克。这个重量是勉强大于2760千克的，也就是说以当前的电池技术是可以保证2轴货车在重载的情况下500千米的运输需求。

货车增加1轴，为了增强车身的强度车重也会增加1吨，同时额定载重增加6到7吨，500千米的里程需要的电能会增加144度蓄电量，相当于就得额外增加655千克电池。因此相比燃油汽车，油改纯电动会降低一点额定载重。这个主要取决于油改电后节省的能源成本与减少的载重收入进行权衡，如果节省的能源成本显著多于减少0.7吨核载的带来的收入，油改电就还是有动力的。

第3小节：2轴及以上重卡1500千米以上远程

同样载荷，行车里程增加2倍，所需的能源也将增加2倍。对柴油重载货车而言，只需要加大油箱就可以跑的更远。即使不加大油箱，可以在沿途加油。对卡车车主而言大油箱有一个优点，可以考虑在油价更便宜的加油站加足加油，降低燃油成本。

电动卡车续航要从500千米增加到1500千米，汽车的蓄电量同样也得增加2倍，以2轴重载货车为例，蓄电量就得从607度增加到1821度。

电量增加2倍，可以是电池数量增加2倍，也可以是电芯能量密度增加2倍。继续成倍增加电池重量会大幅降低额定载重，这显然是很不经济，大量能源浪费在运电池上，因此最佳选择就是继续增加电池能量密度。如果不增加整车重量，保证额定载重，电池组的系统能量密度至少要达到591Wh/kg，电芯能量密度则要接近700Wh/kg。目前来看，没有任何电池技术能够达到这种能量密度，未来只有锂硫电池和固态电池有可能会接近这个能量密度。

如果采用一天一充的模式，里程续航达到800到1000公里其实也足够了，考虑到电池会衰减，保证车载电池有1000公里的里程续航是长途货运的最低要求。满足里程续航的要求，蓄电量就只需要1214度，如果不增加整车重量，保证额定载重，电池组的系统能量密度至少要达到394Wh/kg，电芯能量密度则要接近500Wh/kg。要想达到这个比能量密度，目前来看大概仍只有锂硫电池和固态电池这两个技术路线。根据产业界的研究，大概得要等到2030年前后才能量产达到这样的电池能量密度的电池。

第四章：燃料电池技术

氢燃料电池具有能量密度大，无污染的优点，因此备受行业关注。日本和韩国的氢能源技术是最先进的，国内的长城汽车对发展氢能源汽车的呼声也非常大。恰好我对氢能源也有一定的研究，今天就给大家做一个对比。

第一节：氢气的特性

氢气是已知的热值最大的物质，其能量密度为1.4235×108 J/kg（2.82×105 J/mol），1千克氢气蕴含的能量是汽油的3.2倍，柴油的3.3倍，其能量大约相当于39.5度电。氢也是相对原子质量最小的物质，因此其最简单的化合物质氢气密度低至0.0899 kg/m³，也就是1000个立方的氢气才有89.9公斤，体积能量密度太低了，这就导致氢气很难存储。

为了以更少的体积存储更多的氢气，科学家正在想各种方法，总的来说是2条路径4个方向。第一条路径是通过物理的方式增加氢气的体积能量密度，这条路径有2个方向，第一个方向是高压储氢，也就是把0.1兆帕的常压氢气压缩至35兆帕甚至更高的70兆帕，这也是目前最广泛的路径；第二个方向是氢气低温液化，氢气在液化的状态下的密度是70.4千克/ m³。

附注：从氢气物性表可以看出，在35兆帕压力下，每立方米高压氢气可以装载23.7千克，70兆帕压力下，每立方米高压氢气可以装载39.6千克氢气。

第二条路径采用各种物质吸附氢气，这条路径也有2个方向，第一个方向是采用稀土金属吸附氢气，第二个方向是采用有机化学物质溶解氢气。这条路径还没有产业化，相比第一条路径，储氢密度还是偏低。

第二节：氢气的生产与运输

目前氢气的生产主要有方式是用煤、天然气等化石燃料生产氢气，还有一部分是冶金过程中的副产氢。用化石燃料生产氢气可以满足大规模的冶金需要。目前煤制氢的成本在0.8元/ m³左右，相当于每公斤的价格在9到10元左右。天然气制氢的成本要稍微高一点，大约在每公斤13元左右。

化石燃料制氢和工业副产氢有两个缺点，一个是需要使用大量的化石能源，依然会导致大量的温室气体排行，不是很环保。第二个缺点是不论是化石燃料生产的氢气还是冶金的副产氢气，氢气的纯度都偏低，无法直接作为燃料电池的燃料，需要对氢气进行提纯，而这是需要大量的能量的。

目前备受关注的电解水制氢，电解水制氢有两个优点一个缺点，第一个优点是整个能源循环是从水电解变氢，氢氧化合又变成了水，整个过程都是无污染的水，非常环保，可以书是理想的清洁能源；第二个优点是纯度非常高，可以直接作为氢燃料电池的能源。

电解水制氢气最大的劣势是需要大量的电能，成本比较高。氢气的热值非常高，大约相当于39.5度电。水电解变氢，氢氧化合变成水是一个互逆的过程，这意味着理论上讲电解水制1千克氢最少也需要39.5度电。但是电解水是有效率或者熵增损失，目前可以做到45度到55度电可以电解1千克氢气。如果为了方便运输，把氢气液化还得增加6度到20度左右电力，那么意味着1千克液氢的平均耗电量大约是63度电。

按照当前的电价，水电解氢气的平均电力成本就在40元左右。如果算上蒸发损耗，加上生产、运输、存储、销售等方面的成本和利润，每千克水电解氢气的零售价大概率要超过60元。

第三节：氢燃料电池及氢能源的热效率

目前商用的柴油机最大的热效率就是45%左右，稍微老一点的柴油机的热效率是40%。同样的，燃料电池其实就是催化氢氧反应并释放电子的媒介，这个过程也是有熵增损失的：目前氢燃料电池的电堆热效率大约是在50%到 80%之间，燃料电池系统热效率比电堆热效率还要低一些，通常在40到70%之间，而且功率越大燃料电池电堆热效率就越低，整个系统的热效率也就越低，系统热效率在40%到70%之间波动。

随着技术的进步，采用燃料电池加电池的混动模式，燃料电池综合热效率有望稳定在60%左右的水平，也就是每千克氢气可以发电23.7度，算上电池的充放电损失，1千克氢气可以有效释放的电能是22.5度。为了生产1千克氢气，需要耗费63度电，但是1千克氢气只能释放22.5度电，液氢的综合热效率是35%左右。

对比一下，目前汽油机的热效率是35%到40%左右，柴油机的热效率是40%到45%左右。汽油和柴油的炼化能耗是53到57千克标油/吨，每千克汽柴油的炼化能耗大约是239000J，算上炼化能耗，汽柴油的综合热效率也只是下降2个百分点。

电池的正极材料不同，环境温度不同，电池的充放电效率不同，一般来说大约在50%到90%之间，三元电池的充电热效率明显高于磷酸铁锂。随着技术的改进，电池的充放电效率越来越好，有望达到90%的水平。

用上面的数据就可以分析出，如果从节能的角度看，氢能源的热效率是最低的，是最不节能的能源，汽油稍优于氢能源，柴油则明显好于氢能源，最节能的当属充电电池。

第四节：氢能源在长途领域的应用

目前最先进的高压储氢罐是日本丰田研究的，储氢密度达到了5.7%，也就是说氢罐总重量100千克，可以储氢5.7千克，这相当于存储了128度电，换算成电池能量密度就是1280Wh/kg，这个能量密度是远远高于当前的动力电池的，从能源动力系统的角度看，这个能量密度已经开始接近乘用车的汽油水平了。根据我们第二章的分析，这个能量密度基本上是可以满足长途货运的需要了。

如果采用液氢储氢罐，其储氢密度可以达到10%以上的水平，也就是氢罐总重量100千克，可以储氢10千克，这相当于225度电，换算成电池能量密度就是2250Wh/kg。如果从动力系统的角度来看这个能量密度，能量密度已经非常接近柴油大卡的水平了，可以广泛应用在长途货运和客运领域。

第五节：氢能源在航空领域的应用

航空煤油的质量能量密度是42兆焦耳/千克，体积能量密度是33.6兆焦耳/升。航空飞机的热效率是非常高的，达到了60%左右的水平，也就是说1千克航空煤油的有效做功是25.2兆焦耳左右，或者1L升航空煤油的有效做功是20.2兆焦耳/升。

液氢的质量能量密度是142兆焦耳/千克，体积能量密度是10兆焦耳/升，氢能的热效率可以提升到80%左右的水平。从理论上看，液氢的质量能量密度远高于航空煤油，体积能量密度远低于航空煤油，如果飞机把煤油改为液氢，必须把飞机的油箱改的更大，否则续航里程会大幅缩水。

上面只是说了液氢的物理的热值，实际上液氢的储存难度远大于航空煤油。据测算，液氢的储氢密度是10%，这个比例的含义是储存1千克的液氢，储存液氢的氢罐重量是9千克，传统的燃油箱差不多是相反的。如果算上存储材料的重量，储存液氢的质量能量密度将降低到14.2兆焦耳/千克，有效做功是11.3兆焦/千克，大约是航空煤油的45%。液氢存储罐需要隔热材料，体积能量密度下降幅度也将明显大于航空煤油，液氢的体积能量密度大概将降低到9兆焦耳/升，有效做功降低到7.2兆焦耳/升，大约是航空煤油的36%。

飞机的自重越低，油耗也就越低。航空飞机的航程与载油量有密切的关系，载油量大，飞机的航程就越远，飞机的航程就越远。空客A320的油箱大约是29600升，满载23.6吨油，最大航程6200千米。但是飞机的载油量越大，就有越多的能源就浪费在了运油上。空客A320的油箱大约是29600升，满载23.6吨油，最大航程6200千米，其中大量的油就浪费在了运20多吨的油上上。如果飞机使用液氢作为能源，采取分段运输的方式进行长途运输，可以有效的改善液氢质量能量密度和体积能量密度的弱点。譬如将液氢飞机的航程降低为2000到2100千米，飞机的储存体积不用明显增大，但是储存液氢的储氢系统的重量明显低于满油时储存航空燃油的储能系统，因此能耗还将有所下降。

对于类似于A320等单通道干线航线，液氢飞机可以设计为2000千米到2100米航程，如果采用优化的2连机和3连机的中转方案，可以满载绝大部分的国家的国内航程的里程或者部分国际航空里程的需求。对于类似于A330这样的超远程飞机，载油箱体积通常高达120立方米以上，载油量是A320的4倍，航程通常达到12000千米到14000千米。如果超远程液氢飞机也采用如此大的储氢体积，其航程有望达到4300千米到5000千米，通过2连接或者3连接的方式也可以满足洲际航空的需求。

前面说的是商业航空采用液氢的一种处理方法，下面要说的是液氢在无人驾驶领域的应用。目前无人驾驶飞机有两种类型，一种是较大型的无人驾驶的喷气式的飞机，通常搭载的是燃油，譬如一些军用无人机；一种是较小型的无人机，如果是螺旋式的飞机通常搭载的是电池，譬如大疆飞机和一些喷洒农药的飞机，还有亿航等研发的小型无人驾驶飞机，下面主要分析的是小型的无人驾驶飞机。

目前亿航基于电池储能系统已经开发了EH216飞行器，重量220千克，飞行速度130千米/小时，满载航程35千米。如果采用液氢能源系统，储能量将比电池增加4倍以上，在保障载重量的基础上，飞机的续航就有望达到140千米，已经足够满足短途出行的需求了。如果适当增加飞机的尺寸，增加无人飞机的载氢量，可以将无人飞机的续航轻松增加到100千米到800千米，基本满足个人中短途的出行需求。

发展载人无人驾驶飞机，可以有效的降低国家对铁公基的需求，减少大量的碳排放和建筑垃圾的产生。无人驾驶飞机不受路网的限制，可以大幅增加出行速度，进一步改善人类的出行体验。大城市由于人口密集，停车难导致出行难，而且路边停车大幅占有了宝贵的路网资源，降低了出行效率。如果采用无人驾驶飞机，就可以在市中心建设停机大楼，几栋高层超高层停机大楼就满足数千架甚至数万架无人机的停机需求，可以节省大量的土地资源。

全球飞机的二氧化碳排放量已经占据了全球全年二氧化碳量的2%，随着飞机出行需求增加，飞机航空的二氧化碳排放量还将大幅增长。如果采用氢能替换，商业航空就可以实现零碳排放。对私人乘用无人航空，则可以进一步降低出行成本，节省大量的出行时间。可以预见，未来氢能源将来在航空领域大放异彩。

注意：燃油车的油耗与开车习惯、路况、载重量和汽车重心、发动机的热效率、机械传动效率、汽车的扭矩和爬坡能力（发动机功率）、轮胎的抓地能力，油品等都有密切关系，因此汽车的油耗会因车型而不同，上面的油耗是基于满载情况，平均发动机效率，平均油品下的试算，因此油耗测算会与部分车型有一定出入，但是都可以根据风阻公式和滚动阻力公式进行具体车型的调整。

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