工程機(jī)械電動化發(fā)展現(xiàn)狀與前景淺析

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摘要:當(dāng)前發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)，逐步實現(xiàn)“碳中和”成為我國未來發(fā)展的重要議題，而工程機(jī)械由于工作強(qiáng)度普遍較高，燃料消耗和污染物排放量大，節(jié)能減排形勢更為嚴(yán)峻，因而電動工程機(jī)械也受到人們越來越廣泛的關(guān)注。分析工程機(jī)械電動化的內(nèi)在和外在驅(qū)動力，介紹我國當(dāng)前工程機(jī)械電動化的發(fā)展現(xiàn)狀，對工程機(jī)械電動化的主要瓶頸及解決途徑進(jìn)行研究，并展望其未來的發(fā)展前景及主要方向。

關(guān)鍵詞：工程機(jī)械；電動化；發(fā)展現(xiàn)狀；前景

1引言

隨著環(huán)境污染的加劇以及國家對“碳達(dá)峰、碳中和”的要求，發(fā)展綠色、清潔能源成為現(xiàn)代工業(yè)戰(zhàn)略的核心。因此，在新一輪產(chǎn)業(yè)變革的背景下，工程機(jī)械產(chǎn)品的節(jié)能減排形勢尤為嚴(yán)峻。電動工程機(jī)械具有零排放、低噪聲的特點，發(fā)展純電動設(shè)備產(chǎn)業(yè)，已漸成為世界各國在工程機(jī)械行業(yè)解決能源短缺、降低環(huán)境污染的首選途徑[1]。工信部也于2020年發(fā)布了《推動公共領(lǐng)域車輛電動化行動計劃》，其中提到加快發(fā)展純電動工程機(jī)械。同時，由于非道路移動機(jī)械的排放從國三升級到國四，以及后續(xù)升級周期的日益縮短，主機(jī)廠也在主動探索工程機(jī)械節(jié)能減排的方向。

2工程機(jī)械電動化的驅(qū)動力

2.1產(chǎn)品內(nèi)在驅(qū)動力

目前，工程機(jī)械領(lǐng)域正面臨著排放法規(guī)的升級，非道路移動機(jī)械排放標(biāo)準(zhǔn)將于2022年12月1日正式從國三升級到國四[2]。該標(biāo)準(zhǔn)的升級對工程機(jī)械行業(yè)具有重要影響：（1）研發(fā)成本增加。非道路移動機(jī)械排放的國四標(biāo)準(zhǔn)測試方法更為復(fù)雜，技術(shù)難度更大，不僅需要大量的標(biāo)定工作，且新增整機(jī)PEMS測試，讓主機(jī)廠成為責(zé)任主體。因此需要比以往投入更大的研發(fā)成本。（2）管理成本增加。一方面，標(biāo)準(zhǔn)對發(fā)動機(jī)有效壽命和排放質(zhì)保期提出了要求，因此需要主機(jī)廠引導(dǎo)規(guī)范用戶使用保養(yǎng)，規(guī)范用戶采用高品質(zhì)機(jī)油和低硫燃油，以確保工程機(jī)械在全生命周期的有效使用。另一方面，標(biāo)準(zhǔn)要求主機(jī)廠要對每臺工程機(jī)械進(jìn)行申報，需要配備更多的支撐人員。（3）零部件成本增加。一方面，排放標(biāo)準(zhǔn)的升級意味著需配備更全面排放后處理系統(tǒng)，包括DPF系統(tǒng)、SCR系統(tǒng)等配置。另一方面，排放標(biāo)準(zhǔn)的升級會提升后處理系統(tǒng)的溫度和增加后處理系統(tǒng)的體積，導(dǎo)致物料質(zhì)量的升級和數(shù)量的增加。依據(jù)目前現(xiàn)有的技術(shù)手段和物料成本，對于大型工程機(jī)械主機(jī)廠而言，每臺成本增加在10000～20000元，而小廠的單臺成本增加更多[3]。

2.2產(chǎn)品外在驅(qū)動力

目前發(fā)展綠色、清潔能源是我國工業(yè)戰(zhàn)略的核心，無論是機(jī)動車輛還是工程機(jī)械都處于向新能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時期。特別是當(dāng)前“碳達(dá)峰、碳中和”概念不斷升溫，工程機(jī)械產(chǎn)品的節(jié)能減排形勢尤為嚴(yán)峻，無論是生產(chǎn)方還是使用方，受環(huán)保方面的監(jiān)管都在逐步加嚴(yán)。同時，傳統(tǒng)采用內(nèi)燃機(jī)作為動力的工程機(jī)械其噪聲大、排放高、振動大的缺點與當(dāng)前越來越強(qiáng)調(diào)駕駛者舒適性的發(fā)展方向背道而馳，越來越多的用戶都開始將電動工程機(jī)械作為自己下一次采購的對象。因此，在新一輪產(chǎn)業(yè)變革的背景下，各家主機(jī)廠只有搶先布局，加快推出優(yōu)質(zhì)的電動化工程機(jī)械產(chǎn)品才能搶占市場。另一方面，隨著“三電”技術(shù)逐步成熟，電池、電機(jī)等核心零部件的制造成本不斷降低，產(chǎn)業(yè)化規(guī)模逐步加大，工程機(jī)械從研發(fā)成本至采購成本都在不斷降低，產(chǎn)品在終端市場的競爭力逐步提升。特別是在當(dāng)前油價逐步攀升的時期，電動工程機(jī)械的性價比更是受到了人們的廣泛關(guān)注。根據(jù)生產(chǎn)企業(yè)博雷頓的測算，當(dāng)其裝載機(jī)產(chǎn)品的使用周期超過兩年后，節(jié)省的燃料費用和維護(hù)費用即可覆蓋電動產(chǎn)品相對內(nèi)燃產(chǎn)品的銷售差價。因此，以往采用內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品的售價優(yōu)勢也在逐步的消失。

3我國電動工程機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀

我國新能源工程機(jī)械正處于關(guān)鍵的萌芽時期，以挖掘機(jī)、裝載機(jī)為代表的工程機(jī)械電動化如雨后春筍。但是，電驅(qū)動工程機(jī)械相較于傳統(tǒng)的以內(nèi)燃機(jī)為動力的產(chǎn)品成本仍偏高，且工作環(huán)境較為受限。目前，電驅(qū)動工程機(jī)械的生產(chǎn)廠家也主要集中頭部在大型主機(jī)廠，中聯(lián)重科目前發(fā)布了純電動泵車、非公路純電動寬體自卸車等8大系列16種新能源產(chǎn)品，并宣布了純電動攪拌車、混合動力高空作業(yè)平臺等系列產(chǎn)品也將逐步上市。三一重工目前已下線超過10款電動化產(chǎn)品，產(chǎn)品涵蓋了挖掘機(jī)、起重機(jī)、攪拌車、自卸車及路面機(jī)械。徐工推出了電動裝載機(jī)、電動挖掘機(jī)、電動起重機(jī)、電動叉車、電動重卡等。柳工發(fā)布了多款電動挖掘機(jī)和裝載機(jī)，并且在快速充電技術(shù)以及節(jié)能技術(shù)方面有了重要突破，可在1h充滿約80%的電量。在上下游產(chǎn)業(yè)融合方面，三一重工與寧德時代簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，在電動化領(lǐng)域達(dá)成緊密合作，針對工程機(jī)械的工作特點開發(fā)專屬的動力電池，更能提升產(chǎn)品的性能。中聯(lián)重科則通過發(fā)展智能制造切入綠色發(fā)展的賽道，通過與Land-ing.AI達(dá)成合作，利用人工智能來優(yōu)化電動工程機(jī)械產(chǎn)品，更是在今年隆重下線了全球首臺純電動汽車起重機(jī)。晉工新能源則與中科院海西研究院泉州裝備制造研究中心、國網(wǎng)商用電動汽車投資有限責(zé)任公司等科研院所和產(chǎn)業(yè)鏈伙伴簽約，率先在業(yè)內(nèi)實現(xiàn)純電裝載機(jī)市場化應(yīng)用。

4主要瓶頸及解決途徑

4.1工作環(huán)境受限

工程機(jī)械的日常工作環(huán)境通常較為惡劣，存在著高寒、高溫、塵土多及振動大等特點，對產(chǎn)品的電池和電機(jī)的品質(zhì)提出了較高的要求。并且工程機(jī)械速度較低，多數(shù)產(chǎn)品無法上道路行駛，難以實現(xiàn)長距離、頻繁移動充電，往往需要額外的配套設(shè)施[4]。當(dāng)前新能源工程機(jī)械主要應(yīng)用于港口、城建、物流園等封閉和固定的工作環(huán)境，以及對產(chǎn)品噪聲和排放有特定要求的場合。因此，要做到電動工程機(jī)械的全面落地，主機(jī)廠既要不斷提升自身的研發(fā)能力，更要加大與各方面的交流合作，包括：1）加強(qiáng)與上游材料企業(yè)的研發(fā)合作，開發(fā)輕量化、高強(qiáng)度的材料以降低電池帶來的額外重量；2）加強(qiáng)與電池、電機(jī)廠商的研發(fā)合作，針對工程機(jī)械的工作特點，在零部件研發(fā)的初期就考慮適用產(chǎn)品的使用場景，做到加強(qiáng)補(bǔ)漏；3）加強(qiáng)與政府部門的溝通交流，推動配套設(shè)施的不斷完善。

4.2使用成本較高

當(dāng)前，電驅(qū)動的工程機(jī)械產(chǎn)品相較以內(nèi)燃機(jī)為動力的產(chǎn)品成本偏高是制約該類產(chǎn)品大幅推廣的重要原因，同時電池在使用過程中性能的不斷衰減和后期較高的維護(hù)成本也影響了消費者的購買決策。一方面，隨著電池、電機(jī)等零部件技術(shù)的不斷發(fā)展，產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，其成本在不斷下降而技術(shù)水準(zhǔn)在不斷提升，因此加大對產(chǎn)品質(zhì)量和制造成本的研發(fā)是企業(yè)在進(jìn)行產(chǎn)品電動化進(jìn)程中的重中之重。同時企業(yè)要加強(qiáng)產(chǎn)品的宣傳，將產(chǎn)品最新的性能質(zhì)量介紹給目標(biāo)用戶，提升他們的購買信心。另一方面，企業(yè)要拋棄內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品的研發(fā)思路，針對電動化產(chǎn)品的特點，開發(fā)全新平臺，將產(chǎn)品設(shè)計、工藝流程、質(zhì)量控制、生產(chǎn)進(jìn)度等各個環(huán)節(jié)進(jìn)行全面的改革，發(fā)揮出電動化產(chǎn)品布置靈活、平臺適應(yīng)性強(qiáng)及傳動系統(tǒng)簡單的特點。同時，行業(yè)中的頭部企業(yè)應(yīng)該聯(lián)合起來，積極與政府部門進(jìn)行溝通交流，推動對購買電動工程機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行補(bǔ)貼，降低消費者的負(fù)擔(dān)。

4.3行業(yè)整體研發(fā)能力較弱

工程機(jī)械領(lǐng)域企業(yè)整體的研發(fā)能力較弱，相較于車輛在新能源領(lǐng)域的全面發(fā)展，工程機(jī)械電動化的推廣主要集中在頭部的幾大主機(jī)廠，因此雖然不斷有電動工程機(jī)械的明星產(chǎn)品推出，但整個行業(yè)中的電動化存在感不強(qiáng)。目前，工程機(jī)械在電動化領(lǐng)域尚無國家標(biāo)準(zhǔn)，企業(yè)間形成了各自的技術(shù)壁壘，不利于行業(yè)的整體發(fā)展。因此急需推出相關(guān)領(lǐng)域的國家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范統(tǒng)一的試驗方法和技術(shù)要求，并進(jìn)一步規(guī)范核心零部件的規(guī)格尺寸和通訊協(xié)議以降低小企業(yè)的研發(fā)成本和使用成本。并且，統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)有助于高校、研發(fā)機(jī)構(gòu)和檢測機(jī)構(gòu)的參與，助推工程機(jī)械電動化技術(shù)的發(fā)展。同時隨著頭部主機(jī)廠技術(shù)的不斷發(fā)展，也能將成熟技術(shù)逐步的外溢，以點帶面推動全行業(yè)技術(shù)的革新。

5發(fā)展前景

盡管工程機(jī)械在通往電動化的道路上仍有許多的挑戰(zhàn)，但存在著更多的是機(jī)遇，新能源工程機(jī)械是目前工程機(jī)械領(lǐng)域最大的藍(lán)海。交通運輸部、生態(tài)環(huán)境部等多家部委均對工程機(jī)械的節(jié)能減排、綠色發(fā)展提出了要求，在未來會有越多越多的港口、市區(qū)工地、物流中心要求使用電動化的工程機(jī)械。根據(jù)博世公司的市場預(yù)測，電動工程機(jī)械有望在2023—2025年快速增長，預(yù)計到2025年電動化工程機(jī)械的滲透率將達(dá)到25%[4]。隨著工程機(jī)械電動化進(jìn)程的不斷加快，電動工程機(jī)械既需要深化技術(shù)革新，又要拓展產(chǎn)業(yè)鏈條，才能在新一輪的技術(shù)革命中占領(lǐng)高地。因此，建議工程機(jī)械主機(jī)廠在未來的發(fā)展中關(guān)注以下幾點方向：（1）聯(lián)動上下游，打造綠色新產(chǎn)業(yè)。工程機(jī)械在走向電動化的進(jìn)程中不僅是對自身技術(shù)進(jìn)行革新，更是要對整個上下游鏈條進(jìn)行重塑，包括了用電環(huán)境、用電設(shè)施及核心零部件等。因此，需要主機(jī)廠打通上下游產(chǎn)業(yè)鏈，主動與合作方建立緊密的戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系。另外，借助著電動化的契機(jī)，主機(jī)廠可以從單純的制造型企業(yè)走向包含服務(wù)的綜合型企業(yè)，為下游的銷售商、購買方提供能源管理、電池租賃等多種服務(wù)，多角度降低產(chǎn)品全生命周期成本，凸顯電動化的優(yōu)勢。（2）擁抱智能網(wǎng)聯(lián)，賦能工程機(jī)械。當(dāng)前智能化和電動化是引領(lǐng)“中國制造2025”的兩駕馬車，電動化是對工程機(jī)械動力系統(tǒng)的升級，而智能網(wǎng)聯(lián)則是賦予工程機(jī)械全新的大腦。在工程機(jī)械產(chǎn)品方面，智能網(wǎng)聯(lián)主要體現(xiàn)在3個方面：1）基于單機(jī)集成化操作與智能控制技術(shù)，提升產(chǎn)品的操作性能和安全性能；2）基于智能監(jiān)控、檢測及遠(yuǎn)程故障診斷與維護(hù)技術(shù)，降低產(chǎn)品的故障率并延長產(chǎn)品的生命周期；3）基于網(wǎng)絡(luò)的機(jī)群集成控制與智能化管理技術(shù)，實現(xiàn)大型作業(yè)場所的無人化運營。（3）借助電動化東風(fēng)，走進(jìn)高端市場。高端市場是每個工程機(jī)械企業(yè)都渴望占領(lǐng)的板塊，而傳統(tǒng)的內(nèi)燃動力工程機(jī)械國外產(chǎn)品相對更成熟，擁有一定的技術(shù)壁壘。而在此輪的電動化進(jìn)程中，剛好可以利用我國在三電系統(tǒng)領(lǐng)域積攢的領(lǐng)先優(yōu)勢，借助電動化進(jìn)程的彎道進(jìn)行超車，推出高端的電動化工程機(jī)械產(chǎn)品，抓住進(jìn)入高端市場的重要機(jī)遇。因此，生產(chǎn)企業(yè)要在這輪大革新中，沉下心，打好牌，推出高穩(wěn)定性、高安全性、高操作性的產(chǎn)品，助力企業(yè)走向世界。

6結(jié)束語

隨著國家層面在電動化方面的不斷推廣和扶持，相信會有越來越多的企業(yè)加入到工程機(jī)械電動化的賽道。在發(fā)展工程機(jī)械電動化的過程中，還應(yīng)將智能化和輕量化融合到產(chǎn)品的開發(fā)中，相信未來電動化、智能化、高端化將是工程機(jī)械行業(yè)發(fā)展趨勢，并成為驅(qū)動行業(yè)長期發(fā)展的新動力。同時，各企業(yè)要通過團(tuán)結(jié)行業(yè)力量，整合上下游渠道，將綠色發(fā)展注入到工程機(jī)械的開發(fā)理念中，以技術(shù)創(chuàng)新帶動產(chǎn)業(yè)變革，推動工程機(jī)械與社會環(huán)境、自然環(huán)境更為和諧的相處。

參考文獻(xiàn)

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作者:王豪 單位:廈門市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗院