锂电重卡还是燃料电池重卡：从尼古拉说起

来源：新兴产业观察者

锂电重卡还是燃料电池重卡：从尼古拉说起

2020年3月3日，尼古拉（Nikola Corporation）宣布将通过收购壳公司VectoIQ Acquisition Corp. 正式登陆纳斯达克。预期交易事项将于2020年Q2完成，公司将保留Nikola Corporation名称，以“NKLA”在纳斯达克交易，届时Nikola也将成为燃料电池重卡第一股。

过去十年间，在电动化趋势下锂电技术路线率先突围，尤其带动了乘用车的电动化浪潮。相较之下，重载运输领域的电动化进程却略显缓慢。从市场规模看，2019年国内重卡销量117万辆，远不及乘用市场庞大，但高负荷运营加之国标落地相对滞后，柴油重卡反而是大气污染物排放的主力，实现重卡电动化的减排意义不容忽视。

重卡电动化路径包括锂电和燃料电池两种，究竟哪种方案是重卡电动化的最优路径？我们以Nikola和Tesla的重卡原型车为样本对比（Nikola在2016年推出首款燃料电池重卡Nikola One，截止目前已有One/Two/Tre三款车型亮相；2017年11月，Tesla曾发布一款纯电动Class 8重卡，Semi Truck）：

综合而言，当前在加氢网络尚未完善的前提下，相对较低推广门槛的纯电重卡成为短期实现营收的快速手段，但长期来看燃料电池重卡在续航、寿命、加注效率、载重能力上均优于纯电动重卡，且不存在规模化应用造成的电网负荷波动，将是未来重载运输电动化的绝对主力。

Nikola VS Tesla

一、动力系统质量：

高质量能量密度是燃料电池动力系统的优势，结合两家公司公开数据，假设车辆续航里程均为500英里/800公里，测算显示Nikola燃料电池动力系统总质量约为3.5t，而Tesla则达到6.3t，显然车辆自重层面燃料电池车型优势突出，有效载荷优于锂电车型。

——Nikola：测算动力系统总质量约3.5t

1）系统：搭载PowerCell S3电堆，质量功率密度达到2.9kW/kg，据PowerCell官网100kW单套系统质量仅为170kg

2）储氢：70MPa储氢瓶单位质量储氢密度取5wt%，以百公里氢耗8.5kg测算（~7.5mile/kg），储氢系统总质量1.4t

3）电池：以160Wh/kg测算，配套250kWh电池总质量为1.56t

——Tesla Semi Truck：电池总质量约6.3t

当前Tesla配套电池质量能量密度约160Wh/kg，以500英里车型测算，带电量超过1000kWh（2kWh/mile），总重将超过6.25t。

图表 动力系统质量测算（吨）

来源：PowerCell、Tesla、盖世汽车等

二、续航能力：

Nikola续航最长达到750英里，而Tesla Semi Truck目前公布版本为300/500英里。

更高的质量能量密度允许燃料电池车型以更小的质量增量换取更长的续航增加：以Nikola氢耗为基准，测算显示每增加100公里续航，储氢量增加约8.5kg，动力系统总重增量为175kg。

锂电重卡拓展续航里程需增大电池容量，Semi Truck百公里耗电量超过125kWh（官网数据显示每英里电耗小于2kWh，此处近似取2kWh），仍按照160Wh/kg测算需增重至少787kg，显然远续航场景下燃料电池重卡载货效率及自身能耗将远优于纯电车型。（注：此处测算未考虑动力系统增重后百公里氢/电耗增加）

图表 Nikola、Tesla Semi Truck百公里续航增重对比（kg/hkm）

来源：公司公告、 PowerCell、Tesla、盖世汽车等

图表 Nikola、Tesla Semi Truck不同续航里程动力系统质量测算（吨）

来源：公司公告、 PowerCell、Tesla、盖世汽车等

三、加氢/充电：

Nikola采取70MPa储氢，加氢时长控制在10~15min，与传统燃油重卡车型相当，可以保证高负荷连续驾驶。但目前电池技术纯电充电则需要数个小时，即使充电功率达到1MW，充满1000kWh尚需1h。燃料电池加氢为物理过程，较之充电更加高效，但无论对燃料电池还是锂电池，当前加氢、充电站点的不足都是产业发展的制约。

相较之下锂电池对充电站的要求更加宽容，即使不能实现快充，低功率场景仍可以满足“能用”的底线。Nikola在2019年也先后推出了Two和Tre系列的纯电版，时间线上也将率先比燃料电池实现营收。

四、车辆寿命：

Nikola：PowerCell S3电堆寿命达到20000hr，单日60km/h运营8hr测算，Nikoal寿命达到7年，总里程120万公里；

Tesla Semi Truck：重卡车型日运营里程远超乘用车，若单日60km/h运营8hr，则单日完成一次完整充放电，以2000次循环寿命测算，车辆寿命约5.6年，总里程100万公里。从使用寿命上看Nikola燃料电池车型略有优势。

五、电网影响：

Tesla曽表示将与Semi Truck客户共同打造兆瓦级充电功率的超级充电桩（Megacharger），在此快充模式下，若短时间多辆车型同时并网将会造成负荷过重，造成电网降频。相较之下，电解制氢加氢站对电网作用更加平缓，降低调度保护难度。

Nikola运营模式：整车租赁+加氢服务

一、整车租赁：TCO降至燃油水准，模式获B端认可

Nikola采取租赁模式，66.5万美元可租用7年，基本上覆盖车辆全生命周期。66.5万美元中包含整车成本18.8万（与Tesla Semi Truck相当——300英里续航售价15万美元，500英里续航售价18万美元），覆盖7年间加氢、维护各项免费服务及配套加氢站建设成本摊销，此外包含了近30%的利润率。

据公司测算结果，目前Nikola燃料电池重卡总拥有成本TCO已做到与燃油车相当，自2016年首台以来，Nikola受到北美物流、货运等大型企业青睐，获订单总数达到1.4万辆，合计订单金额将近100亿。

图表 Nikola单次租赁成本拆分

来源：公司公告

图表 Nikola整车订单及构成

来源：公司公告

图表 Nikola TCO降至燃油车水平

来源：公司公告

二、供氢网络：合作NEL，规划700+制氢加氢站

燃料电池汽车依托加氢站实现能源补给，氢能特殊性使得车站协同布局成为燃料电池汽车运营推广最为高效的模式。对重卡而言：1） Class 8重卡单车氢容量达到50~80kg，氢耗高，用量大，保障站点高效利用；2）运营线路相对固定，对加氢站密度要求降低；3）运营方多为集团企业，to B属性显著，TCO成本说服力强。Nikola远景布局未局限于整车制造， 2017年公司与Nel达成设备供应协议，开启向制氢、加氢领域渗透，并规划2028年在北美建成700座制氢加氢站。

Nel早在1927年即开启电解制氢产业化测试，早期专攻碱性电解方案，2017年收购Proton Onsite将PEM电解制氢方案纳入体内。此外公司于2015年收购H2 Logic，借此成为全球加氢技术领域的佼佼者。

建站成本方面：公司测算单站投资达1661万美元，其中兆瓦级电解槽采购成本占比约1/2。据公司测算，单站寿命设计为21年，单日满足210辆FCV重卡加氢需求，全生命周期将满足210辆车共计三个产品周期加氢服务（单次租赁期为7年），据此加氢站建设成本可均摊至每个服务周期，即纳入到66.5万美元的单次费用中，单车单周期需承担费用为2.6万美元。

制氢成本方面：假设每公斤氢气耗电61.2kWh（电价$0.035/kWh），耗水11.1L（水费$1.2/t），制氢加氢站满负荷运转情况下每公斤氢气成本为2.47美元。运营期间每年现金流入超过358万美元，不考虑贴现情况下回收期不到5年。

考虑实际情况下加氢站达到满负荷运转难度较大，且设备使用寿命未经检验，项目实际投资回收情况或存在一定偏差。

图表 Nikola规划8t/d加氢站建设成本构成

来源：公司公告

前瞻性的技术布局，宏伟的规划蓝图，颠覆性的产品亮相，加上企业名字上的渊源，很多人把Nikola称作燃料电池领域的Tesla。不可否认当前时点距离公司业绩兑现仍有一段距离，但Nikola在重卡领域的探索也将提供可行的推广思路，登陆纳斯达克无疑对燃料电池产业的发展注入活力。