《Sustainable Energy Technologies and Assessments》：Hydrogen retrofitting for regional freight Decarbonization: vehicle-level feasibility and energy system implications
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区域货运脱碳的氢能改装：车辆级可行性与能源系统影响
多尺度框架连接车辆改装设计与区域能源规划。燃料电池混合动力电动汽车（FCHEV）改装续航超过290 km，满足区域货运任务要求。FCHEV改装将资本支出（CAPEX）降低40–50%，而经济性取决于氢价。
区域货运脱碳的氢能改装：车辆级可行性与能源系统影响
多尺度框架连接车辆改装设计与区域能源规划。燃料电池混合动力电动汽车（FCHEV）改装续航超过290 km，满足区域货运任务要求。FCHEV改装将资本支出（CAPEX）降低40–50%，而经济性取决于氢价。车辆再利用每单位避免6–10 tCO2eq的嵌入式制造排放。改装5%意大利轻型商用车（LCV）可在八年内避免0.4–0.6 MtCO2eq。
**论文解读**
**研究背景与问题**
区域货运是能源转型中结构性难脱碳部门，尤其表现为日里程高、任务循环异质、补能灵活性有限。交通部门约占全球能源相关CO
2排放的24%，道路运输占主导；轻型商用车（LCV，light commercial vehicle）利用强度高、服役寿命常超过10–15年，使车队快速更新困难。纯电动汽车（BEV，battery electric vehicle）适合城市物流和短途货运，但在区域货运中受能量密度和运行约束限制：实际电耗约0.18–0.30 kWh/km，日任务超过250–300 km时需60–100 kWh或更高电池，质量惩罚可超过400–700 kg，快充1–2 h仍造成停机，车队集中充电还会形成峰值负荷。氢能燃料电池汽车（FCEV，fuel cell electric vehicle）和FCHEV具有更高质量能量密度和更快加注，轻型车氢耗约0.8–1.2 kg/100 km，续航可超400 km，加注常低于10 min；但燃料电池系统（FCS，fuel cell system）成本高，加氢站（HRS，hydrogen refueling station）投资大，车辆推广与基础设施之间存在“鸡生蛋”问题，环境效益又依赖制氢路径。意大利等欧洲国家LCV老化明显，整体换新资本投入大、周期长；将内燃机（ICE，internal combustion engine）车辆改装为低/零排放配置可降低前置成本、延长资产寿命并避免新造隐含排放。已有研究多聚焦部件/车辆成本或宏观能源系统，缺少连接车辆改装设计与区域氢需求、制氢电力和基础设施规划的定量方法。因此，研究人员开展自下而上的多尺度评估。
**研究概述与意义**
Giuseppe Napoli与Salvatore Micari构建了连接车辆级改装设计与区域能源系统影响的方法：以罗马都市区真实货运路线定义运行原型并选用商用部件设计FCHEV改装，再将车辆结果扩展到Lazio地区车队渗透情景，估算氢需求、电解电力和加注能力，并在统一经济框架下比较BEV改装、FCHEV改装、新BEV和新FCEV。研究得出：参考FCHEV改装续航超过290 km；相对新FCEV，CAPEX降低40–50%，但经济性依赖氢价；车辆再利用每车避免6–10 tCO
2eq嵌入式制造排放；改装5%意大利LCV可在八年内避免0.4–0.6 MtCO
2eq。其意义在于为区域货运脱碳提供可量化的过渡路径，补充BEV难以覆盖的中长距离任务，并将车辆工程决策与区域氢能规划衔接。
**关键技术方法（≤250字）**
以罗马大都市可持续货运与物流计划中的四条代表性路线（48、99、203、250 km）及230 km参考任务构建任务剖面；采用纵向车辆动力学和保守283 Wh/km能耗评估需求；按45 kW质子交换膜（PEM，proton exchange membrane）FCS、30 kWh镍锰钴氧化物（NMC，nickel manganese cobalt oxide）电池、2×350 bar IV型储氢罐4.6 kg H
2选型，并采用规则型功率分配；开展质量平衡和储氢布置评估。区域扩展以Lazio 370,072辆货运车为参考存量（ACI/PRA区域车辆统计），按1%、3%、5%渗透率、25,000 km/年、0.012 kg H
2/km、电解50 kWh/kg H
2、250天/年估算。经济比较采用CAPEX/运营支出（OPEX，operating expenditure），基线电价�0.25/kWh、氢价�9/kg、5年、30,000 km/年。
**研究结果**
**4.1 背景与情境框架**：通过意大利LCV车龄与燃料类型数据得出，超过53%的LCV车龄超过十年，2023年BEV仅占新LCV注册2.6%，FCHEV几乎缺席；WLTP标称200–260 km在实际城市物流中常下降30–40%至140–180 km，难以满足超过150 km的日常任务，说明改装替代具有现实需求。
**4.2 典型城市与区域配送场景中的改装可行性**：通过四条罗马路线分类得出，48 km城市核心配送BEV可行且FCHEV无明显优势；99 km扩展城市环BEV处于临界，FCHEV提供更大能量余量；203 km枢纽—大型零售配送对BEV边际可行、对改装BEV不可行，而FCHEV可完成；250 km扩展区域走廊在所研究50 kWh BEV配置下不中途充电不能完成，FCHEV可完成。结论是FCHEV改装适合中长区域任务，但以加氢基础设施可用为前提。
**4.3 仿真结果与可行性分析**：通过低热值（LHV，lower heating value）33.3 kWh/kg、FCS效率约50%、30 kWh电池放电深度（DoD，depth of discharge）90%、50 kWh BEV基准和283 Wh/km、无中途补能假设构建剩余能量曲线，得出BEV约150 km耗尽，而FCHEV在所研究距离内保留足够能量，与路线分类一致；改装总投入因复用底盘而具竞争力，但单元部件成本仍高。
**4.4 FCHEV改装实施的设计考虑**：通过质量平衡得出，移除ICE动力总成约380–430 kg，新增FCS 256 kg、30 kWh NMC电池约155 kg、储氢约90 kg、附件约70 kg，净增约140–190 kg，保留载荷约1,009–1,059 kg，为原约1,200 kg的84.1–88.3%；通过DC-DC耦合、电压匹配及磷酸铁锂（LFP，lithium iron phosphate）与NMC比较得出，NMC高能量密度更适合区域改装，LFP安全性和循环寿命更适合高频城市任务，需集成化设计。
**4.5 区域车队规模能源与基础设施影响**：通过自下而上情景得出，Lazio参考存量370,072辆，1%渗透约3,701辆对应1.11 kt H
2/年、55.5 GWh/年、4.44 t H
2/日；3%约11,102辆对应3.33 kt H
2/年、166.5 GWh/年、13.32 t H
2/日；5%约18,504辆对应5.55 kt H
2/年、277.6 GWh/年、22.20 t H
2/日；每车约300 kg H
2/年、15 MWh/年、1.2 kg H
2/日。结果呈近似线性，是情景缩放而非市场预测，日加注值为区域聚合能力而非单站规模。
**讨论部分总结**
技术与经济方面，混合架构解耦能量与功率需求，使FCS接近高效区、电池承担瞬态和再生制动；但集成非易，缺少模块化即插即用套件，增加定制成本和交付周期。FCHEV改装比BEV改装贵约�20,000–30,000，但显著低于新FCHEV；氢价是关键，按30,000 km/年和0.012 kg/km，氢价每增加�1/kg，每车每年增加�360、五年增加�1,800，原文考察5–13�/kg范围，经济性更依赖氢生态系统而非仅部件降本。环境方面，改装同时减少尾气排放和避免新造隐含排放，但效益强依赖低碳/可再生氢；灰氢或蓝氢可能抵消尾气收益，FCS和电池回收尚不成熟，需完整生命周期评估（LCA，life cycle assessment）。部署障碍包括法规碎片化、缺少统一认证、加氢基础设施不足、车间技术能力有限；战略上，FCHEV改装是针对高里程、载荷受限或基础设施受限路线的过渡路径，而非BEV的简单竞争者。
**研究结论翻译**
本研究评估了将柴油LCV改装为氢基混合动力（FCHEV架构）以支持城市与区域货运脱碳的可行性、技术配置和系统影响。分析通过能量仿真、部件选型、路线性能评估和成本效益思考展开，并基于现实任务剖面和商用部件可获得性。对于所研究参考配置（45 kW PEM FCS、30 kWh电池、350 bar下4.6 kg氢），估计续航超过290 km，使改装适用于广泛城市和近郊配送，包括当前BEV运行范围之外的任务。混合动力方法可实现动力系统缩小、效率提高和运行灵活性，同时降低对频繁充电基础设施的依赖。技术上改装可行，但受缺少标准化套件约束，需要特定集成和热管理，氢罐与电堆模块封装须适配各LCV车型，现成可扩展方案少；工业化需要更强供应链、模块化设计和先进安装协议。经济上，FCHEV改装是介于BEV改装和新FCEV购置之间的中间成本方案；虽比BEV改装贵约�20,000–30,000，但可使所研究BEV配置无法在不中途充电下完成的任务脱碳。相对新FCEV的CAPEX节省显著，但经济性能强依赖氢价，低成本可再生氢对改善运营成本竞争力至关重要。环境上，改装支持尾气零排放并减缓新车辆制造隐含排放；对意大利等老化车队，若应用于1–5%现有LCV存量，可较快获得CO
2减排，但依赖低碳或可再生氢；灰氢会削弱气候有效性，电池和燃料电池回收须同步发展。在上述假设下，改装5%当前意大利LCV车队（约65,000辆）为可再生氢FCHEV，可在8年服务寿命避免约0.4–0.6 MtCO
2eq，结合运营尾气减排和避免制造排放；该估计假设年均25,000 km、额外使用8年、氢碳强度低于2 kgCO
2eq/kg H
2，并采用230 km参考任务能耗作为区域运营代表平均；仍需完整LCA量化延长服务寿命的净环境结果。系统层面仍存在监管碎片化、缺少统一认证路径、加氢基础设施不足和现有车间网络技术能力有限等障碍；若无协调监管和工业行动，FCHEV改装可能局限于孤立试点或利基应用。政策支持对简化认证、降低投资风险和推广标准化集成程序至关重要。总之，FCHEV改装是技术上有依据且可能产生实际影响的加速LCV车队脱碳方案，其优势在于弥合BEV不足与新FCHEV购置经济不可行之间的运行缺口。
