工程機械行業(yè)開啟電動化風口，全面替代前有五道大“坎”要克服
點擊數(shù)：7202021-12-24 15:14:27 來源: 臨清市譽金液壓機械有限公司
據(jù)中央廣播電視總臺經(jīng)濟之聲《天下財經(jīng)》報道，繼汽車行業(yè)之后，工程機械行業(yè)也開始加速電動化。不少企業(yè)最近批量發(fā)布電動工程機械產(chǎn)品，在這個領域加快布局。與傳統(tǒng)產(chǎn)品相比，電動工程機械有什么優(yōu)勢和劣勢？市場前景怎么樣？
跟隨汽車電動化趨勢，工程機械近年來開始探索用電池作為動力，不過卻僅限于叉車、自卸車等少數(shù)產(chǎn)品。而今年以來，人們熟知的不少設備也加入了電動化行列。記者咨詢了一些工程機械企業(yè)，發(fā)現(xiàn)各家?guī)缀醵家呀?jīng)推出了電動版的挖掘機、推土機、裝載機等產(chǎn)品。
某工程機械企業(yè)銷售：大的有20噸的，節(jié)能環(huán)保。我只知道有這個東西研發(fā)出來了，有訂單的話可以做。
某工程機械企業(yè)銷售：那種小的有電動的，25型的，就是兩噸半，最大的也就是60型的，也就是6噸。因為地鐵里修隧道，所以不讓燒油。
政策要求＋實際需求，發(fā)展空間大
近日，國務院發(fā)布關于印發(fā)《2030年前碳達峰行動方案》的通知，文件提出要將碳達峰貫穿于經(jīng)濟社會發(fā)展全過程和各方面，重點實施“碳達峰十大行動”。明確指出，到2025年，非化石能源消費比重達20%左右，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗比2020年下降13.5%，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2020年下降18%。而工程機械作為能源消耗大戶和碳排放大戶，采用電動化將有效降低碳排放。
此外，像川藏等生態(tài)脆弱地區(qū)，環(huán)保要求高，電動化產(chǎn)品可以極大程度上減少施工對環(huán)境的影響。還有一些封閉空間、隧洞的施工，由于通風條件差，氧氣不足，作業(yè)可持續(xù)性低，電動化產(chǎn)品可有效保證施工進度，縮短工期。
此外，和傳統(tǒng)柴油動力工程機械相比，電動產(chǎn)品使用成本也會低一些。在這些優(yōu)勢的支撐下，業(yè)內(nèi)對電動工程機械寄予厚望。最新發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，11月份工程機械銷量大幅下滑，以挖掘機為例，銷量同比下降36.6%，其中國內(nèi)銷量更是同比下降51.4%。在這樣的背景下，分析人士建議，可以把電動化打造成行業(yè)新的增長點。不過呂瑩說，發(fā)展電動工程機械也面臨不少難點。
呂瑩表示：“難度一方面是電容量不行。再一方面是成本增加太多，使用成本降了，但制造成本或者一次性購買的成本，現(xiàn)在沒有人有能力解決這個問題。還有一方面是現(xiàn)在的使用環(huán)境還不是特別匹配，充電設施不足，因為工地現(xiàn)場的充電條件一般都不是太好。”
因此，在政策和實際需求的雙重支持下，未來工程機械電動化仍有較大發(fā)展空間。
從1-10月份實際銷量看，廣義電動工程機械中，電動工程車輛特別是電動重卡銷量最高，在5000臺左右。而挖掘機、推土機、裝載機等產(chǎn)品中，電動產(chǎn)品銷量只有100臺左右，仍然沒有進入規(guī)模應用階段。專家認為，無論是從技術研發(fā)還是市場認可的角度來看，工程機械電動化都需要一個過程，但從長遠來看，這已經(jīng)成為一大趨勢。
龍頭企業(yè)加碼布局，產(chǎn)品升級加速
目前，徐工、三一、中聯(lián)重科等工程機械龍頭企業(yè)相繼加碼電動化布局，其中，三一重工已累計推出26款電動化產(chǎn)品，覆蓋挖掘機、起重機、攪拌機、自卸車及路面機械；根據(jù)不同國家和地區(qū)客戶需求及排放標準，累計推出70余款國際化產(chǎn)品。
中聯(lián)重科則一口氣推出8大系列16種新能源工程機械，同時，還致力于系統(tǒng)集成化技術自主研發(fā)突破，電池、電機等配套國內(nèi)產(chǎn)品，已和包括寧德時代等主要電池廠商展開合作。
雖然目前工程機械電動化產(chǎn)品滲透率較低，但隨著政策的鼓勵和基礎設施布局的完善，以及技術的日漸成熟，電動化產(chǎn)品逐漸替代傳統(tǒng)工程機械的步伐將不斷加快。業(yè)內(nèi)人士預測，到2025年，電動工程機械的滲透率將達到25%。
全面電動化還有多久？
雖然說電動工程機械的研發(fā)已經(jīng)小有成就，在性能和品質(zhì)上也有了不小的飛躍。但不能否認的是，當今的電動產(chǎn)品還存在或多或少的一些問題，致使電動工程機械到目前為止，還未能普及。而這次，小編就以自己對電動的一些理解和經(jīng)歷，跟大家聊聊目前電動工程機械距離大規(guī)模應用及還需要跨過的幾個“坎”。如有不足或者遺漏，也歡迎大家補充。
第一道“坎”：電池使用壽命普遍偏短
對于現(xiàn)階段的工程機械而言，最常見的是鋰電池和價格略低的磷酸鐵鋰電池。兩種電池在使用壽命上差距較為明顯。磷酸鐵鋰電池在合理充放的情況下可以充電2000次左右。而普通的鋰電池，充放電次數(shù)約為400～600次。即使是性能較好的鋰電池，充放電次數(shù)一般也不會超過千次。如果按標準的每天工作8小時來說，就算一天只充一次電，壽命偏低的鋰電池壽命不超3年。即便是磷酸鐵鋰電池，使用壽命也不過5年。因此，就單從使用電池的使用壽命而言，不論是磷酸鐵鋰電池還是鋰電池，與傳統(tǒng)的柴油機相比，都存在不小的差距。
第二道“坎”：適用范圍較小
在上一條中，我們提到工作時間按每天標準的8小時來說，蓄電池可以工作三年。但這也僅針對于大型企業(yè)。對于很多小型企業(yè)及個體戶而言，每天只工作8小時的情況基本是不存在的。正常的工作強度至少是每天12小時或者更多。更有甚者，可以做到每天工作20多個小時，可以說是三班倒，做到所謂“歇人不歇機”。而對于這些企業(yè)，電動機械的實用性顯然不如傳統(tǒng)的柴油機，過于頻繁的充電導致電池壽命縮減不說，單論每次充電所需的時間，都就會讓不少老板望而卻步。
除去充電時間和電池壽命的問題，電動工程機械至少要配一個充電樁，而充電樁的建設條件又從另一方面限定了電動機械的適用范圍。像礦山以及很多較為偏遠的工地就不那么合適了；要么沒有穩(wěn)定的電源，要么就是要走很遠充電。因此，只有采石場、攪拌站、煉鐵廠這樣有著穩(wěn)定電源的工況才能讓機器順利工作。
綜上所述，在機器的適用范圍方面，電動工程機械相比于傳統(tǒng)的燃油機械，也還有著較大的提升空間。
第三道“坎”：電池使用一段時間后，出現(xiàn)衰減
眾所周知，蓄電池在使用一段時間以后，都或多或少會出現(xiàn)電量的衰減。不管是磷酸鐵鋰電池還是鋰電池，在長時間使用后都會出現(xiàn)電量虛標的情況，用通俗的話說就是：電池隨著充放電次數(shù)的增加，健康程度會不斷下降，變得越來越不耐用。這是當今所有蓄電池都面臨的問題，鋰電池相比于磷酸鐵鋰電池更加明顯。這也是電動工程機械所需克服的另一難題。此外，對于工程機械這樣的“大塊頭”而言，電量其實也根本就沒法用到零，一般剩余電量到20%左右就無法開機了，所以必須要提前充電。
另外，相信很多北方的朋友也經(jīng)歷過冬季手機電池耗電快的問題。這個問題在工程機械中同樣存在。不管是鋰電池還是磷酸鐵鋰電池，低溫都會使電量下降迅速。所以在冬季天氣較為寒冷的北方地區(qū)，電動工程機械的用戶群體也可能會因此受到阻礙。
第四“坎”：動力技術尚未突破，功率損耗嚴重
當今的電動機械，在驅(qū)動技術方面，相比于傳統(tǒng)的柴油機并沒有本質(zhì)上的提升?，F(xiàn)存的大部分電驅(qū)動工程機械中，基本是用電池組和永磁同步電機取代了傳統(tǒng)柴油的發(fā)動機，來為機器提供動力。換句話說，機器的動力來源基本是電能先通過變矩器轉(zhuǎn)換成液壓能。之后，液壓能通過變速箱、主動輪等部件轉(zhuǎn)化為動能，而并不是電機直接驅(qū)動。所以說，現(xiàn)行狀態(tài)下的電控工程機械，在驅(qū)動原理上還沒有實現(xiàn)突破，仍會和傳統(tǒng)工程機械一樣，出現(xiàn)較為嚴重的功率損耗問題。而電動機械由于現(xiàn)存的技術原因，導致無法縮小電池組的體積，這對于儲能密度偏低的磷酸鐵鋰電池組來說尤為明顯。龐大且笨重的電池組，對于機器本就不是特別高的能量轉(zhuǎn)化效率來說，無異于雪上加霜。
第五道“坎”：購置及部件更換費用高昂
電動工程機械的費用相比于傳統(tǒng)的燃油機械有比較大的差別，已經(jīng)是業(yè)內(nèi)公知了。再加上一系列配套設備的花銷，確實比普通的柴油機貴了不止一個等級。而且，在前文中也提到過，即便是質(zhì)量較好的電池，在使用壽命上，相比于燃油機械的發(fā)動機不敢說是天差地別，但也確實是有不小的差距。而且鋰離子化學性質(zhì)活潑，因此在電池組上必須配備保護電路，以防過充或過放，這也在無形中增加了成本。因此，即使是同時更換電池組和柴油機，費用也是完全不一樣。一套電池組的價錢，毫不客氣地說頂?shù)纳习雮€甚至多半個機器的花銷。相比之下，更換柴油發(fā)動機的價錢就要低很多。
到這里，估計有朋友就會說了，電控機械比燃油機械在使用時成本更低。這個話沒有錯，但相比于購置和維護及更換配件的綜合成本而言，還是要差一些。當然了，柴油機也同樣會面臨燃燒室積碳、氣路堵塞等問題，但總體費用來講，肯定還是比電動要低不少。
第六道“坎”：電動真的是零排放嗎？
估計看到這個問題，很多朋友都感到疑惑，電動機械的產(chǎn)生不就是為了達到“雙碳”嗎。不可否認，研發(fā)和生產(chǎn)電動設備的最終目的就是為了達到零碳排放，電池組的應用也確實可以做到減排。不過僅僅是對成品電池而言。但電池在生產(chǎn)過程中，對環(huán)境的間接污染卻同樣也是不能被忽視的。不管是文中的磷酸鐵鋰電池，還是鋰電池，其中的鈷、錳、鎳等元素從開采到冶煉，再到最后的成型，都會對環(huán)境產(chǎn)生影響。即使拋開這個不談，機器在充電時所需要的電能，有相當一部分也是來自于火力發(fā)電，而煤炭的燃燒也會排出二氧化碳。最后，對于舊電池的回收、降解，其中的金屬鎳、鈷、砷等都會造成酸堿污染。所以綜合來說，電動機械雖然可以說得上減排，但絕算不上零排放。
滲透率尚低 電動化之路道阻且長
盡管推動工程機械電動化、加快工程機械行業(yè)新能源轉(zhuǎn)型已成大勢所趨，但BCG研究表明“當前工程機械產(chǎn)品的滲透率不足1%”。因此在“碳中和”“碳達標”這條全新賽道上，國內(nèi)工程機械企業(yè)與國際同行站在了同一起跑線上。
若想在碳排放和電動化大潮中加速變革進程，成本仍是各企業(yè)攻堅的核心，而在如何降低成本中，電池成本或?qū)⒊蔀楸娖髽I(yè)的突破口。而如何克服電池安全性差、續(xù)航里程短、配套充電設備不足等核心問題也將是今后一段時間需要技術突破的關鍵。
徐工國家級技術中心副主任、高端工程機械智能制造國家重點實驗室主任閆麗娟曾在全國兩會時表示，“工程機械正朝著綠色化、智能化、無人化方向發(fā)展，今年我主要關注的正是工程機械新能源‘卡脖子’技術難題的攻破。”
在政策導向、工況所需等多重因素的影響下，推動工程機械電動化技術革新已成定局，甚至更新的技術已經(jīng)處于研發(fā)階段。相信有了工程機械龍頭企業(yè)雄厚的研發(fā)實力，加之國家政策的支持，工程機械電動化技術及應用必將有更大突破。
