工程机械行业开启电动化风口，全面替代前有五道大“坎”
日期：2022-03-11 15:30:47
继汽车行业之后，工程机械行业也开始加速电动化。不少企业最近批量发布电动工程机械产品，在这个领域加快布局。与传统产品相比，电动工程机械有什么优势和劣势？市场前景怎么样？
跟随汽车电动化趋势，工程机械近年来开始探索用电池作为动力，不过却仅限于叉车、自卸车等少数产品。而今年以来，人们熟知的不少设备也加入了电动化行列，例如电动版的混凝土泵车、挖掘机、推土机、装载机等产品。
近日，国务院发布关于印发《2030年前碳达峰行动方案》的通知，文件提出要将碳达峰贯穿于经济社会发展全过程和各方面，重点实施“碳达峰十大行动”。明确指出，到2025年，非化石能源消费比重达20%左右，单位国内生产总值能源消耗比2020年下降13.5%，单位国内生产总值二氧化碳排放比2020年下降18%。而工程机械作为能源消耗大户和碳排放大户，采用电动化将有效降低碳排放。
此外，像川藏等生态脆弱地区，环保要求高，电动化产品可以极大程度上减少施工对环境的影响。还有一些封闭空间、隧洞的施工，由于通风条件差，氧气不足，作业可持续性低，电动化产品可有效保证施工进度，缩短工期。
和传统柴油动力工程机械相比，电动产品使用成本也会低一些。在这些优势的支撑下，业内对电动工程机械寄予厚望。最新发布的数据显示，11月份工程机械销量大幅下滑，以挖掘机为例，销量同比下降36.6%，其中国内销量更是同比下降51.4%。在这样的背景下，分析人士建议，可以把电动化打造成行业新的增长点。不过发展电动工程机械也面临不少难点。
难度一方面是电容量不行。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购买的成本，现在没有人有能力解决这个问题。还有一方面是现在的使用环境还不是特别匹配，充电设施不足，因为工地现场的充电条件一般都不是太好。
因此，在政策和实际需求的双重支持下，未来工程机械电动化仍有较大发展空间。
从1-10月份实际销量看，广义电动工程机械中，电动工程车辆特别是电动重卡销量最高，在5000台左右。而挖掘机、推土机、装载机等产品中，电动产品销量只有100台左右，仍然没有进入规模应用阶段。专家认为，无论是从技术研发还是市场认可的角度来看，工程机械电动化都需要一个过程，但从长远来看，这已经成为一大趋势。
目前，徐工、三一、中联重科等工程机械龙头企业相继加码电动化布局，其中，三一重工已累计推出26款电动化产品，覆盖挖掘机、起重机、搅拌机、自卸车及路面机械；根据不同国家和地区客户需求及排放标准，累计推出70余款国际化产品。
中联重科则一口气推出8大系列16种新能源工程机械，同时，还致力于系统集成化技术自主研发突破，电池、电机等配套国内产品，已和包括宁德时代等主要电池厂商展开合作。
虽然目前工程机械电动化产品渗透率较低，但随着政策的鼓励和基础设施布局的完善，以及技术的日渐成熟，电动化产品逐渐替代传统工程机械的步伐将不断加快。业内人士预测，到2025年，电动工程机械的渗透率将达到25%。
虽然说电动工程机械的研发已经小有成就，在性能和品质上也有了不小的飞跃。但不能否认的是，当今的电动产品还存在或多或少的一些问题，致使电动工程机械到目前为止，还未能普及。
对于现阶段的工程机械而言，最常见的是锂电池和价格略低的磷酸铁锂电池。两种电池在使用寿命上差距较为明显。磷酸铁锂电池在合理充放的情况下可以充电2000次左右。而普通的锂电池，充放电次数约为400～600次。即使是性能较好的锂电池，充放电次数一般也不会超过千次。如果按标准的每天工作8小时来说，就算一天只充一次电，寿命偏低的锂电池寿命不超3年。即便是磷酸铁锂电池，使用寿命也不过5年。因此，就单从使用电池的使用寿命而言，不论是磷酸铁锂电池还是锂电池，与传统的柴油机相比，都存在不小的差距。
按每天标准的8小时来说，蓄电池可以工作三年。但这也仅针对于大型企业。对于很多小型企业及个体户而言，每天只工作8小时的情况基本是不存在的。正常的工作强度至少是每天12小时或者更多。更有甚者，可以做到每天工作20多个小时，可以说是三班倒，做到所谓“歇人不歇机”。而对于这些企业，电动机械的实用性显然不如传统的柴油机，过于频繁的充电导致电池寿命缩减不说，单论每次充电所需的时间，都就会让不少老板望而却步。
除去充电时间和电池寿命的问题，电动工程机械至少要配一个充电桩，而充电桩的建设条件又从另一方面限定了电动机械的适用范围。像矿山以及很多较为偏远的工地就不那么合适了；要么没有稳定的电源，要么就是要走很远充电。因此，只有采石场、搅拌站、炼铁厂这样有着稳定电源的工况才能让机器顺利工作。
综上所述，在机器的适用范围方面，电动工程机械相比于传统的燃油机械，也还有着较大的提升空间。
众所周知，蓄电池在使用一段时间以后，都或多或少会出现电量的衰减。不管是磷酸铁锂电池还是锂电池，在长时间使用后都会出现电量虚标的情况，用通俗的话说就是：电池随着充放电次数的增加，健康程度会不断下降，变得越来越不耐用。这是当今所有蓄电池都面临的问题，锂电池相比于磷酸铁锂电池更加明显。这也是电动工程机械所需克服的另一难题。
此外，对于工程机械这样的“大块头”而言，电量其实也根本就没法用到零，一般剩余电量到20%左右就无法开机了，所以必须要提前充电。
另外，相信很多北方的朋友也经历过冬季手机电池耗电快的问题。这个问题在工程机械中同样存在。不管是锂电池还是磷酸铁锂电池，低温都会使电量下降迅速。所以在冬季天气较为寒冷的北方地区，电动工程机械的用户群体也可能会因此受到阻碍。
当今的电动机械，在驱动技术方面，相比于传统的柴油机并没有本质上的提升。现存的大部分电驱动工程机械中，基本是用电池组和永磁同步电机取代了传统柴油的发动机，来为机器提供动力。换句话说，机器的动力来源基本是电能先通过变矩器转换成液压能。之后，液压能通过变速箱、主动轮等部件转化为动能，而并不是电机直接驱动。
所以说，现行状态下的电控工程机械，在驱动原理上还没有实现突破，仍会和传统工程机械一样，出现较为严重的功率损耗问题。而电动机械由于现存的技术原因，导致无法缩小电池组的体积，这对于储能密度偏低的磷酸铁锂电池组来说尤为明显。庞大且笨重的电池组，对于机器本就不是特别高的能量转化效率来说，无异于雪上加霜。
电动工程机械的费用相比于传统的燃油机械有比较大的差别，已经是业内公知了。再加上一系列配套设备的花销，确实比普通的柴油机贵了不止一个等级。而且，在前文中也提到过，即便是质量较好的电池，在使用寿命上，相比于燃油机械的发动机不敢说是天差地别，但也确实是有不小的差距。
而且锂离子化学性质活泼，因此在电池组上必须配备保护电路，以防过充或过放，这也在无形中增加了成本。因此，即使是同时更换电池组和柴油机，费用也是完全不一样。一套电池组的价钱，毫不客气地说顶的上半个甚至多半个机器的花销。相比之下，更换柴油发动机的价钱就要低很多。
到这里，估计有朋友就会说了，电控机械比燃油机械在使用时成本更低。这个话没有错，但相比于购置和维护及更换配件的综合成本而言，还是要差一些。当然了，柴油机也同样会面临燃烧室积碳、气路堵塞等问题，但总体费用来讲，肯定还是比电动要低不少。
尽管推动工程机械电动化、加快工程机械行业新能源转型已成大势所趋，但BCG研究表明“当前工程机械产品的渗透率不足1%”。因此在“碳中和”“碳达标”这条全新赛道上，国内工程机械企业与国际同行站在了同一起跑线上。
若想在碳排放和电动化大潮中加速变革进程，成本仍是各企业攻坚的核心，而在如何降低成本中，电池成本或将成为众企业的突破口。而如何克服电池安全性差、续航里程短、配套充电设备不足等核心问题也将是今后一段时间需要技术突破的关键。
徐工国家级技术中心副主任、高端工程机械智能制造国家重点实验室主任闫丽娟曾在全国两会时表示，“工程机械正朝着绿色化、智能化、无人化方向发展，今年我主要关注的正是工程机械新能源‘卡脖子’技术难题的攻破。”
在政策导向、工况所需等多重因素的影响下，推动工程机械电动化技术革新已成定局，甚至更新的技术已经处于研发阶段。相信有了工程机械龙头企业雄厚的研发实力，加之国家政策的支持，工程机械电动化技术及应用必将有更大突破。
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