未来燃料系列报道（一）：柴油机统治地位即将终结吗？

【第一工程机械网 编译】近日，外媒Equipment World推出了《未来燃料》的系列报道，旨在讨论全球范围内的建筑设备和制造商正在经历的柴油燃料替代品演变过程，包括混合动力、电池动力、燃料电池，以及氢气内燃机和氢燃料电池技术。以下为系列报道的第一篇。

沃尔沃建筑设备部分电动设备

未来几年，柴油机将继续在重型设备运营中发挥作用，但作用力会逐步降低，转而采用各种产生较少二氧化碳排放的新燃料和技术。

世界各国政府都在呼吁制定“净零排放”立法，此举将大大加速柴油发动机被替代的节奏。据估计，到本世纪中叶，该法案将推动一半机械设备通过替代燃料和电气化设备等形式完成动力的升级。

“我们希望到2040年结束大多数柴油机的生产，或者至少在路上，”沃尔沃建筑设备美洲产品管理和生产力副总裁Ray Gallant说，“我们对有利于可持续发展所需的能源形式都保持着浓厚的兴趣。”

替代柴油发动机的环保燃料有很多

承包商和工程机械OEM设备制造商面临的挑战是，没有单一类型的油品或技术可以取代燃油。“每个应用都有其独特的要求，因此在动力总成方面没有一刀切的解决方案，”约翰迪尔动力系统电气传动系统和电池解决方案规划师兼产品经理Preston Moore说。

约翰迪尔动力系统电气传动系统和电池解决方案规划师兼产品经理Preston Moore

“一些工程机械OEM制造商强调电气化，而另一些制造商正在寻求替代燃料和混合动力解决方案。”Preston Moore说，“当下重要的事情是，我们在追求可持续发展技术的同时，进一步优化燃油和天然气等动力源，毕竟靠这些石化能源我们的世界已经运行了几个世纪。”

目前，替代燃油发动机的主要竞争者包括：电池动力、油电混合动力、氢燃料电池等。

电池动力和油电混合动力已经出现在工程机械领域，氢能也处于风口浪尖，这三个领域带来的“兴盛期”将会在2023年3月的ConExpo-Con/Agg（美国拉斯维加斯展）上呈现。

“我们正在倡导的这些，区别在于根据行业细分和业务需求而有所不同。事实上，在最后采用哪一种动力上，并没有赢家或输家。”CALSTART首席项目经理Jacob Whitson如是说。CALSTART是一家非政府组织，致力于开发低碳解决方案。

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电池动力=零废气排放？

与特斯拉汽车一样，电池动力机器依靠电池提供的纯电力运行。许多工程机械OEM制造商已经有电池动力设备出售并在实际工况应用，其中大多数是紧凑型机器。

据彭博社报道，到2027年电动建筑设备市场将从2022年的92亿美元增加到248亿美元。

Ray Gallant：“我们相信电力驱动是重型设备的未来，但电能的产生、分配、存储和部署方式仍在开发中。相关的解决方案需要多方协作，比如，通过与行业专家、学术界、终端客户和供应商合作伙伴等，共同研发不同形式的低碳技术。”

电池动力的明显优势是零排放，然而就目前的充电形式来看，它们可能并不是真正的“净零排放”。换言之，如果所用的电是来自煤炭或天然气发电厂的话，仍有不可避免的二氧化碳排放。

威克诺森零排放应用

尽管如此，环境保护局的研究表明，电池动力汽车，即使由传统发电厂的电力充电，产生的排放量也是传统内燃机的一半左右。据推测，在传统电网上充电的电池动力建筑机械将出现类似的功率与二氧化碳比率。

“充电站的数量一直是汽车界关注的问题。但是，沿着美国州际路线，全美范围内都在推动‘走廊电气化’。”Jacob Whitson说。

拜登总统的基础设施法案拨款50亿美元用于开发更多的此类充电站，美国交通部计划到2030年沿州际公路开发多达五十万个公共充电站。据推测，承包商可以在紧要关头为他们的设备和卡车充电。但是，大多数电池动力建筑设备将在工地或车间或院子里充电，因为为这些系统充电需要时间。

国内某品牌装载机的充电形式

较大的机器（需要更大的电池）比较小的机器需要更大的电流进行充电。工程机械OEM制造商提供的电流范围从慢充的120V/交流充电器到快充的480V/直流三相电源。直流电流可以提供最快的充电速度，只需两个小时。

对于希望在工地充电的承包商来说，有必要建立自己的临时发电站。同时，工程机械OEM制造商也正在为客户开发便携式充电解决方案。对于园艺师和其他每天将机器拖回家的人来说，充电可以在晚上睡觉的时候就能完成，他们可以在任何有120V或240V电源的地方充电。

保障整个生命周期的运营优势

除了环境效益外，电池动力建筑设备也被证明具有运营效益，Gallant说，特别是更少的噪音和振动。“我们的电机与柴油机相比的优势是，机主可以在不降低设备性能的情况下获得更高的收益，这已经被‘第一批吃螃蟹的人’在实际工况中得到验证。”

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Jacob Whitson说，“对于轻型和紧凑的建筑设备——滑移装载机、紧凑型履带式装载机、小型轮式装载机和挖掘机——电池动力看起来是一个很好的选择。这些设备的功率需求大致在50～100马力（25～70千瓦）的范围内，这是使用电池动力技术最适合的领域。”

“我们每天都在研究紧凑型电动机器的应用场景和新技术。”Gallant说，“我们发现客户对降低噪音、排放和操作员舒适度的要求很高，这恰恰是电池动力的设备能给客户带来的利好。

“电池动力源为操作人员提供了更高的可控性，并缩短了培训学习的时间，使操作人员更容易上手工作，这对用工企业产生了积极影响。”Preston Moore说。

威克诺森EZ17e电动微挖

Moore还表示：“增加的可控性也带来了更大的牵引力，进而为用户带来成本的节约。增强的牵引力控制还可减少车轮打滑，从而降低重型机械轮胎和车轮的维护成本。额外的牵引力控制也会对坡度控制产生积极影响，从而提高效率和生产力。

工程机械OEM制造商也开始用电池动力汽车（不仅仅是轨道或车轮）成熟的液压系统、冷却风扇和PTO等外围设备电气化技术及部件。

结合复杂的软件管理，使得设备的电气化有了进一步提升的可能，会尽早实现设备的智能化和自动化。

购置成本是个大问题

初始购买成本是一个问题。根据一些说法，电池动力建筑设备的预计价格可能是柴油设备的三倍。

但正如Moore指出的那样，未来，排放法规可能会让内燃机设备的成本达到一个顶峰。当电池价格进一步下降后，电池动力设备会比传统能源设备更具有竞争力。

相比传统燃油设备，电池动力设备的优势在于较低的维护和运营成本。

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对于电池动力设备，上述运维成本中的大多数会降至接近于零。电动设备无需换油，无需对发动机进行维护，驱动部件大大减少，因此大幅降低了设备整个生命周期的成本。

根据设备制造商协会的说法，JCB对其电池动力机器进行了生命周期成本分析，发现在三到五年内获得了50%的投资回报。

未来还需要更多的提升

尽管如此，仍有工作要做。Moore说，非道路移动机械需要特殊的电池设计，并考虑性能，耐用性和热管理。他说，频繁的峰值功率输出将需要更高的散热能力和更大电量的电池以及外壳保护。

Cat锂离子电池

电池的整个生命周期成本也是一个悬而未决的问题，更换成本也是如此。但许多工程机械OEM制造商正在研究电池回收，以帮助用户降低成本，并减轻其对环境的危害。

“随着电池动力汽车成本达到与内燃机汽车相当的水平，并且有充足的充电基础设施之后，我们相信客户将越来越多地采用电池供电的机械设备。”Moore说，“然而，值得注意的是，虽然电池电源被证明是非道路移动机械的可行替代解决方案，但它需要更多可替代充电电池和燃料电源来满足非道路设备应用场景的独特需求。

（资料来源：Equipment World）

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