工程機械電動化發展現狀與前景

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摘要：當前發展綠色經濟，逐步實現“碳中和”成為我國未來發展的重要議題，而工程機械由于工作強度普遍較高，燃料消耗和污染物排放量大，節能減排形勢更為嚴峻，因而電動工程機械也受到人們越來越廣泛的關注。分析工程機械電動化的內在和外在驅動力，介紹我國當前工程機械電動化的發展現狀，對工程機械電動化的主要瓶頸及解決途徑進行研究，并展望其未來的發展前景及主要方向。

關鍵詞：工程機械；電動化；發展現狀；前景

1引言

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

2工程機械電動化的驅動力

2.1產品內在驅動力

目前，工程機械領域正面臨著排放法規的升級，非道路移動機械排放標準將于2022年12月1日正式從國三升級到國四[2]。該標準的升級對工程機械行業具有重要影響：（1）研發成本增加。非道路移動機械排放的國四標準測試方法更為復雜，技術難度更大，不僅需要大量的標定工作，且新增整機PEMS測試，讓主機廠成為責任主體。因此需要比以往投入更大的研發成本。（2）管理成本增加。一方面，標準對發動機有效壽命和排放質保期提出了要求，因此需要主機廠引導規范用戶使用保養，規范用戶采用高品質機油和低硫燃油，以確保工程機械在全生命周期的有效使用。另一方面，標準要求主機廠要對每臺工程機械進行申報，需要配備更多的支撐人員。（3）零部件成本增加。一方面，排放標準的升級意味著需配備更全面排放后處理系統，包括DPF系統、SCR系統等配置。另一方面，排放標準的升級會提升后處理系統的溫度和增加后處理系統的體積，導致物料質量的升級和數量的增加。依據目前現有的技術手段和物料成本，對于大型工程機械主機廠而言，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產品外在驅動力

目前發展綠色、清潔能源是我國工業戰略的核心，無論是機動車輛還是工程機械都處于向新能源轉型的關鍵時期。特別是當前“碳達峰、碳中和”概念不斷升溫，工程機械產品的節能減排形勢尤為嚴峻，無論是生產方還是使用方，受環保方面的監管都在逐步加嚴。同時，傳統采用內燃機作為動力的工程機械其噪聲大、排放高、振動大的缺點與當前越來越強調駕駛者舒適性的發展方向背道而馳，越來越多的用戶都開始將電動工程機械作為自己下一次采購的對象。因此，在新一輪產業變革的背景下，各家主機廠只有搶先布局，加快推出優質的電動化工程機械產品才能搶占市場。另一方面，隨著“三電”技術逐步成熟，電池、電機等核心零部件的制造成本不斷降低，產業化規模逐步加大，工程機械從研發成本至采購成本都在不斷降低，產品在終端市場的競爭力逐步提升。特別是在當前油價逐步攀升的時期，電動工程機械的性價比更是受到了人們的廣泛關注。根據生產企業博雷頓的測算，當其裝載機產品的使用周期超過兩年后，節省的燃料費用和維護費用即可覆蓋電動產品相對內燃產品的銷售差價。因此，以往采用內燃機產品的售價優勢也在逐步的消失。

3我國電動工程機械的發展現狀

我國新能源工程機械正處于關鍵的萌芽時期，以挖掘機、裝載機為代表的工程機械電動化如雨后春筍。但是，電驅動工程機械相較于傳統的以內燃機為動力的產品成本仍偏高，且工作環境較為受限。目前，電驅動工程機械的生產廠家也主要集中頭部在大型主機廠，中聯重科目前發布了純電動泵車、非公路純電動寬體自卸車等8大系列16種新能源產品，并宣布了純電動攪拌車、混合動力高空作業平臺等系列產品也將逐步上市。三一重工目前已下線超過10款電動化產品，產品涵蓋了挖掘機、起重機、攪拌車、自卸車及路面機械。徐工推出了電動裝載機、電動挖掘機、電動起重機、電動叉車、電動重卡等。柳工發布了多款電動挖掘機和裝載機，并且在快速充電技術以及節能技術方面有了重要突破，可在1h充滿約80%的電量。在上下游產業融合方面，三一重工與寧德時代簽署戰略合作協議，在電動化領域達成緊密合作，針對工程機械的工作特點開發專屬的動力電池，更能提升產品的性能。中聯重科則通過發展智能制造切入綠色發展的賽道，通過與Land-ing.AI達成合作，利用人工智能來優化電動工程機械產品，更是在今年隆重下線了全球首臺純電動汽車起重機。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、國網商用電動汽車投資有限責任公司等科研院所和產業鏈伙伴簽約，率先在業內實現純電裝載機市場化應用。

4主要瓶頸及解決途徑

4.1工作環境受限

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

4.2使用成本較高

當前，電驅動的工程機械產品相較以內燃機為動力的產品成本偏高是制約該類產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成本也影響了消費者的購買決策。一方面，隨著電池、電機等零部件技術的不斷發展，產業規模的不斷擴大，其成本在不斷下降而技術水準在不斷提升，因此加大對產品質量和制造成本的研發是企業在進行產品電動化進程中的重中之重。同時企業要加強產品的宣傳，將產品最新的性能質量介紹給目標用戶，提升他們的購買信心。另一方面，企業要拋棄內燃機產品的研發思路，針對電動化產品的特點，開發全新平臺，將產品設計、工藝流程、質量控制、生產進度等各個環節進行全面的改革，發揮出電動化產品布置靈活、平臺適應性強及傳動系統簡單的特點。同時，行業中的頭部企業應該聯合起來，積極與政府部門進行溝通交流，推動對購買電動工程機械產品進行補貼，降低消費者的負擔。

4.3行業整體研發能力較弱

工程機械領域企業整體的研發能力較弱，相較于車輛在新能源領域的全面發展，工程機械電動化的推廣主要集中在頭部的幾大主機廠，因此雖然不斷有電動工程機械的明星產品推出，但整個行業中的電動化存在感不強。目前，工程機械在電動化領域尚無國家標準，企業間形成了各自的技術壁壘，不利于行業的整體發展。因此急需推出相關領域的國家標準，規范統一的試驗方法和技術要求，并進一步規范核心零部件的規格尺寸和通訊協議以降低小企業的研發成本和使用成本。并且，統一的標準有助于高校、研發機構和檢測機構的參與，助推工程機械電動化技術的發展。同時隨著頭部主機廠技術的不斷發展，也能將成熟技術逐步的外溢，以點帶面推動全行業技術的革新。

5發展前景

盡管工程機械在通往電動化的道路上仍有許多的挑戰，但存在著更多的是機遇，新能源工程機械是目前工程機械領域最大的藍海。交通運輸部、生態環境部等多家部委均對工程機械的節能減排、綠色發展提出了要求，在未來會有越多越多的港口、市區工地、物流中心要求使用電動化的工程機械。根據博世公司的市場預測，電動工程機械有望在2023—2025年快速增長，預計到2025年電動化工程機械的滲透率將達到25%[4]。隨著工程機械電動化進程的不斷加快，電動工程機械既需要深化技術革新，又要拓展產業鏈條，才能在新一輪的技術革命中占領高地。因此，建議工程機械主機廠在未來的發展中關注以下幾點方向：（1）聯動上下游，打造綠色新產業。工程機械在走向電動化的進程中不僅是對自身技術進行革新，更是要對整個上下游鏈條進行重塑，包括了用電環境、用電設施及核心零部件等。因此，需要主機廠打通上下游產業鏈，主動與合作方建立緊密的戰略合作伙伴關系。另外，借助著電動化的契機，主機廠可以從單純的制造型企業走向包含服務的綜合型企業，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，多角度降低產品全生命周期成本，凸顯電動化的優勢。（2）擁抱智能網聯，賦能工程機械。當前智能化和電動化是引領“中國制造2025”的兩駕馬車，電動化是對工程機械動力系統的升級，而智能網聯則是賦予工程機械全新的大腦。在工程機械產品方面，智能網聯主要體現在3個方面：1）基于單機集成化操作與智能控制技術，提升產品的操作性能和安全性能；2）基于智能監控、檢測及遠程故障診斷與維護技術，降低產品的故障率并延長產品的生命周期；3）基于網絡的機群集成控制與智能化管理技術，實現大型作業場所的無人化運營。（3）借助電動化東風，走進高端市場。高端市場是每個工程機械企業都渴望占領的板塊，而傳統的內燃動力工程機械國外產品相對更成熟，擁有一定的技術壁壘。而在此輪的電動化進程中，剛好可以利用我國在三電系統領域積攢的領先優勢，借助電動化進程的彎道進行超車，推出高端的電動化工程機械產品，抓住進入高端市場的重要機遇。因此，生產企業要在這輪大革新中，沉下心，打好牌，推出高穩定性、高安全性、高操作性的產品，助力企業走向世界。

6結束語

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加入到工程機械電動化的賽道。在發展工程機械電動化的過程中，還應將智能化和輕量化融合到產品的開發中，相信未來電動化、智能化、高端化將是工程機械行業發展趨勢，并成為驅動行業長期發展的新動力。同時，各企業要通過團結行業力量，整合上下游渠道，將綠色發展注入到工程機械的開發理念中，以技術創新帶動產業變革，推動工程機械與社會環境、自然環境更為和諧的相處。

參考文獻

[1]郭銳，韓彪，張淼.淺析工程機械新能源應用現狀與發展趨勢[J].工程機械與維修，2019（4）：3.

[2]HJ1014—2020非道路柴油移動機械污染物排放控制技術要求[S].

[3]張海霞.備戰“國四”工程機械動力系統再升級[J].建筑機械化，2018（12）：16-17.

[4]楊艷麗，王大宇，孟凱.工程機械電動化未來可期[J].建筑機械，2021（6）：3.

作者：王豪 單位：廈門市產品質量監督檢驗院