未来燃料系列报道(三):混合动力工程机械的潜力有多大?

【第一工程机械网 编译】近日,外媒Equipment World推出了《未来燃料》的系列报道,旨在讨论全球范围内的建筑设备和制造商正在经历的柴油燃料替代品演变过程,包括混合动力、电池动力、燃料电池,以及氢气内燃机和氢燃料电池技术。以下为系列报道的第三篇。

增加后处理的发动机舱室

增加后处理的发动机舱室

十年前,重型工程机械设备制造商和重卡OEM制造商为了满足 Tier 4和Tier 4 final尾气排放要求。尝试通过不同的科技的手段来提升空气质量,以对抗气候变化带来的影响。

事实证明,全球范围内的排放法规的监管推动,带来了技术升级和创新,其中就有混合动力柴油-电动发动机,它们在减少燃料使用和排放方面做出了贡献。

其实减少燃油消耗和废气排放的时候,二氧化碳的排量一定会随之减少,此时能指望什么动力来替换传统内燃机呢?

如果说纯电动动力和氢燃料系统是未来震撼世界的力量的话,那么混合动力和天然气发动机则是眼下的希望。

混合动力设备几乎覆盖全系列机型

为了克服传统挖掘机直驱式动力系统的缺点,在传统直驱式动力系统中引入了动力电机作为辅助动力源协同发动机构成混合动力系统用于驱动负载。在混合动力系统中,动力电机为系统的节能减排特性发挥了至关重要的作用。

曼尼通混合动力伸缩臂叉装车

曼尼通混合动力伸缩臂叉装车

柴电混合动力车类似一种带有小型内燃机的设备,它用飞轮为发电机和电池动力提供动力,进而为车轮、履带和液压系统提供动力。

另外,混合动力设备的尺寸不一:从 3000 磅的丰田普锐斯到 744000磅的卡特彼勒798 AC矿用卡车,大小都有。

对于土方承包商来说,有多款柴电混合动力车已经过实际的工况验证,包括小松的HB215LC-1混合动力挖掘机、约翰迪尔的644K电动混合动力轮式装载机和 Cat D7E推土机。对这些混合动力设备,客户给出的评价很高,燃油经济性可提高25%~40%。

除了上述明显的燃油经济性,混合动力建筑设备的优势还有很多。这些优势包含:

1) 电机的瞬时响应特性,混合动力设备可以最佳速度运行。不用加速发动机或切换到动力模式也能进行繁重的挖掘作业;

2) 牵引力控制可自动调节,加速没有延迟;

3) 车辆可以通在下坡时的刹车和再生制动进行能量回收,为设备提供动力;

4) 相比传统变速器,混合动力设备的无刷电机和AC驱动无需更多的维护保养。

经过历史验证的混合动力设备

伸缩臂叉装车被证明是特别适合柴油-电动混合动力的机型。近几十年来,这些机器一直在混合动力领域开辟道路。

2017年,JLG已经迎来其混合动力技术发布20周年。作为JLG混合动力的产品代表,H800AJ臂式高空作业平台正式亮相,它的平台高度24.4米,工作高度26.4米。配备电动机/发电机为设备提供电驱动力,而这个电机的充电工作由一台Tier 4 Final 柴油发动机负责。(点击标题了解产品详情:JLG(捷尔杰)亮相2017 CONEXPO 重塑混合动力系列产品线

JLG H800AJ 混合动力臂式高空作业平台,旨在减少排放、噪音和油耗

JLG H800AJ 混合动力臂式高空作业平台,旨在减少排放、噪音和油耗

2018年,德国发动机制造商道依茨推出电驱动混合动力发动机取代传统的3.6升柴油发动机,该公司用2.6升的发动机为利勃海尔TL 432-7伸缩臂叉装车提供配套,用2.2升发动机为曼尼通MT1335伸缩臂叉装车提供动力。据该公司称,混合动力发动机将占其市场的5%~10%。

与全电动建筑设备一样,混合动力的电量能为通过风扇皮带为其他部件供电,比如,冷却风扇、水泵、油泵和PTO等,然而,在电气化的作用下,设备的装载、提升或行驶等动作并不消耗电量。

混合动力和全电动系统都可以和先进的控制系统搭配使用。“电气化是自动化和自主性的关键推动因素。”约翰迪尔动力解决方案公司电气化传动系统和推进电池解决方案规划师兼产品经理Preston Moore说,“这可以为客户降低工地的运营成本。”

电气化还提高了数据采集的机会,因为电池供电的设备比纯柴油设备产生更多的数据,并提供更深层次的连接。Preston Moore说,这为售后服务提供更多便利及更多服务模式的可能。

混合动力设备马力分野

事实上,推动柴电混合动力设备背后的驱动因素之一,是OEM制造商为了满足EPA排放法规的结果,由于75马力以上的发动机和75马力以下的发动机之间的技术差异,超过75马力的发动机需要更昂贵的排气后处理装置。75马力以下无需增加后处理,因此成本更低。

通过混合动力的产品参数对比,大家不难发现,75马力的发动机是分界线,小于75马力的滑移装载机、小型装载机和挖掘机更容易实现混合动力的替代。也就是说,这些设备通过电池动力就可以实现增加马力的作用。因此小型设备OEM制造商依旧可以使用75马力的内燃发动机,只需通过电池并将马力再提高10%或20%,而无需安装体积更大、更笨重、更昂贵的排气处理系统。康明斯非公路业务总监Jeremy Carson如是说。

“混合动力设备一直是改进技术的重点。”Calstart首席项目经理Jacob Whitson说,“但鉴于美国加州技术和监管结构的进步,对混合动力的需求将变得越来越少。

然而,就眼下的情况看,混合动力或许是一个可行的解决方案。

道依茨推出电驱动混合动力发动机

道依茨推出电驱动混合动力发动机

Carson说,设备买家还需要特别留意二手混合动力设备的价值和处置。在美国拍卖会上出售的二手机器中有很大一部分是由拉丁美洲承包商购买的,可能高达25%。

假设上述的拉丁美洲的承包商和设备供应商对混合动力设备失去兴趣,考虑到混合动力的技术复杂性以及并不完善的零部件供应链,这些不但影响承包商的总拥有成本,还会影响大型租赁公司的总拥有成本。

此外,承包商个经销商还要特别关注混合动力系统中电池的成本和使用寿命。大多数OEM制造商正在探索电池回收计划,以及减少电池生产过程中对环境带来的影响。与任何其他工程机械设备一样,承包商必须把方方面面的成本因素纳入到设备的整个生命周期的运营成本中。

(资料来源:Equipment World)

延伸阅读:

1. 未来燃料系列报道(一):柴油机统治地位即将终结吗?

2. 未来燃料系列报道(二):全球电动化浪潮袭来

3. 未来燃料系列报道(三):混合动力工程机械的潜力有多大?

4. 未来燃料系列报道(四):氢动力技术的崛起

5. 未来燃料系列报道(五):谁为新能源设备埋单?租赁公司吗?

责任编辑:Tracy Wang

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