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工程机械氢能源能否异军突起?


发布时间:2023-12-25 08:49

来源: 原创

作者: 彭保胜

在碳中和的背景下,新能源在工程机械行业掀起潮流,电动化成为主要方向。与此同时,氢能源的快速发展也引起了业内关注和参与。

氢能已成为全球多个国家实现脱碳目标的重要方案,是解决气候问题的关键拼图。《中国氢能产业基础设施发展蓝皮书》显示,到2030年,中国燃料电池车辆保有量达200万,行业产值突破万亿元。在“氢能热”大潮裹挟下,目前我国氢能及燃料电池产业集群和产业链布局初见雏形,工程机械与氢能产业的结合发展也开始进入大众视野。

 

一、工程机械行业氢能源发展现状  

近年来,国内外已有不少企业开始尝试将氢燃料电池应用于工程机械,挖掘机、矿卡、装载机、搅拌车等设备均有成功应用,一些发动机制造企业也推出了氢燃料为动力的发动机产品。

在国外,多家工程机械企业已将氢燃料电池应用在挖掘机等设备上。2020年7月,JCB率先推出工程机械行业首款氢动力22吨挖掘机220X,另外JCB还发布了一款氢燃料活塞发动机,该发动机基于JCB现有的Dieselmax448四缸发动机研发。

2022年德国宝马展上,利勃海尔展出其第一台采用氢动力——燃氢发动机的50吨级履带式挖掘机 R9XX H2;韩国现代工程机械也首次展示了首款氢燃料电池动力轮式挖掘机HW155H。

今年5月,小松启动了一款以氢燃料电池作为动力的中型液压挖掘机概念车的实证实验(PoC)。另外,小松官方近日发布消息称,将与通用汽车合作,共同为小松930E矿卡开发氢燃料电池系统,双方将联合设计和验证该技术。

▲采用氢燃料电池的小松中型液压挖掘机概念车

当前,对氢能源的利用主要通过氢内燃机和氢燃料电池两种方式来实现,JCB、珀金斯和康明斯等发动机企业已经公布了生产氢发动机(H2)和氢内燃机(ICE)的计划。

在国内,太重集团在2023年BICES展期间展出了首台氢能挖掘机TZ240EH,这也是国内首次将氢燃料电池技术应用在挖掘机产品上。

中联重科2022年底推出了ZT125FCEV氢能源矿卡,并于今年1月交付用户。近年来,中联重科积极入局氢气制储运加全产业链,在去年12月份一举推出多款氢能关键零部件以及一款氢燃料重型底盘,形成了“加-储运-燃电-主机”一体化全链条解决方案。

徐工集团在2020年11月bauma CHINA上发布了首款氢燃料电池渣土车,该车搭载的是国鸿氢能提供的鸿途G110燃料电池发动机;2023年,徐工再次推出6吨级氢能源装载机XC968-FCEV,并已交付用户投入煤场的装车及转运作业,累计使用超1000小时零故障。

三一首台氢燃料电池搅拌车和首台氢燃料电池自卸车于2020年下线,标志着三一正式迈入“氢时代”。2022年,三一在长沙建成了湖南首座制氢加氢一体站,成功布局氢能的“绿色制取-储运-加注装备”全产业链。今年12月,三一发布全球最大单体制氢电解槽三一S系列3000标方方形电解槽、三一GW级绿电制氢整体解决方案,为绿色能源未来注入了新的动力和信心。

造车新势力博雷顿2021年正式对外发布BRT956HEV氢电混合大吨型装载机,2023年1月博雷顿氢燃料装载机在山西临汾交付客户使用。博雷顿称,经过两年考验和进化,氢燃料装载机已经更加成熟,将在2023年开启氢燃料装载机规模商业化进程。 

此外,国内还有同力重工的氢能源宽体自卸车、杭叉集团的氢能源叉车等产品推出,共同探索氢能源市场。

与此同时,国内发动机企业也已开始在氢能源赛道上布局。在11月举行的2023中国国际内燃机及动力装备博览会上,潍柴、玉柴、全柴、云内等品牌纷纷展示了氢内燃机和氢燃料电池的动力解决方案。在氢能源领域,潍柴2020年产2万台氢燃料电池基地投产,据悉,目前已开发完成15-260kW全系列燃料电池产品平台。

 

二、氢能源工程机械发展面临的关键问题 

氢能源工程机械拥有巨大的市场潜力,但如同电动化发展面临诸多困难一样,氢能源作为工程机械行业新的发展方向,同样面临不少技术和市场方面的困难。

第一,氢能源的供给问题。氢能可分为灰氢、蓝氢、绿氢。灰氢是利用化石燃料制备,技术成熟且成本较低,但制氢过程碳排放较高;蓝氢是在化石燃料制氢的基础上制得,利用碳捕捉与封存技术能减少70%以上的碳排放;绿氢是利用风能、太阳能等可再生能源制造,可实现从生产到消费全过程接近零碳排放。

我国是世界上最大的制氢国,但现有氢气以灰氢为主,且大部分氢气为企业自产自用,用于市场化的能源供给非常有限。从长远来看,氢能源工程机械产业必须建立在以绿氢供给为主的基础之上,否则就失去了减碳环保的战略意义。然而绿氢规模化、市场化仍有待时日,从灰氢到蓝氢到绿氢的转变也是一个长期的过程,氢能源工程机械产业发展任重道远。

第二,技术成熟度关系到氢燃料电池产品的使用成本。目前国内氢燃料电池发动机使用寿命最好在2万小时左右,假设每天工作时长为10小时,全生命周期为5年半,而实际情况是,理想状态的工程机械是24小时不停运营的。这意味着要完全满足工程机械市场需求,氢燃料电池系统寿命还要再提升。

第三,氢燃料电池工程机械购置成本、用氢气成本仍然很高。氢燃料电池设备的价格普遍比柴油机设备贵,即使抛开油耗以及其他零碎费用,长远来看,性价比是否合适仍然存疑。氢能化产品要想实现商业化运营,必须把成本降下来。另外与柴油发动机维保十分便利相比,目前氢燃料电池工程机械设备维保时效性也很难做到。

第四,较好的加氢站建设网络是氢燃料电池工程机械推广的先决条件,目前国内还没有建立起相对完善的加氢站做基础配套。

 ▲三一氢燃料电池搅拌车批量交付

整体而言,氢能源工程机械的优势已经开始被注意到,不过从以上几点来看,氢能源工程机械需要解决的困难还有不少。但随着政策逐步推进,环保形势愈发严峻,氢能源在工程机械领域的应用前景依然可观,相信在众多工程机械和发动机生产企业的共同努力下,国内氢能源工程机械必将实现技术突破,进一步改变行业的产业结构。

(责任编辑:休鱼)

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