聶 浩，沈文平

（南京市市政工程質(zhì)量安全監(jiān)督站，江蘇 南京 210037）

當(dāng)前，工程機(jī)械大多以化石燃油機(jī)械為主，排放大量高污染氣體，與當(dāng)前國(guó)家提倡的低碳排放新理念相違背。所以開展清潔能源工程機(jī)械研究正當(dāng)其時(shí)、也非常必要。本文從分析當(dāng)前清潔能源工程機(jī)械優(yōu)缺點(diǎn)和實(shí)際使用數(shù)據(jù)入手，試點(diǎn)先行、總結(jié)評(píng)價(jià)，為今后推廣清潔能源工程機(jī)械提供更多理論支撐和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1 清潔能源工程機(jī)械種類及優(yōu)缺點(diǎn)

以柴油為燃料的工程機(jī)械，其燃燒效率僅為35%～40%，也造成大氣等環(huán)境污染和噪聲污染，與當(dāng)前碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)理念相悖。為適應(yīng)低碳綠色發(fā)展理念，工程機(jī)械生產(chǎn)廠家逐步轉(zhuǎn)變認(rèn)識(shí)，開始加大清潔能源工程機(jī)械生產(chǎn)研發(fā)投入。目前市場(chǎng)上使用清潔能源工程機(jī)械主要以氫燃料電池、LNG 燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)、電動(dòng)等工程機(jī)械。這些工程機(jī)械優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)如下。

1.1 氫燃料工程機(jī)械

主要燃料類型為氫，是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，該電池安全性高（電池內(nèi)的電堆能量很少，電堆出問題時(shí)只要把氫氣切斷即可），轉(zhuǎn)化效率更高、清潔無污染、使用噪聲污染小。氫燃料電池主要特點(diǎn)是發(fā)電熱效率約70%，質(zhì)量能量密度達(dá)500～700Wh/kg，體積能量密度達(dá)1 000～1 200Wh/L[2]。但是從實(shí)際使用看，氫燃料電池中關(guān)鍵技術(shù)材料鉑的成本較高，導(dǎo)致制造成本要比燃油車、鋰電池車要高得多，所以如能把關(guān)鍵材料成本和用量降低的話，氫燃料電池將比鋰電池使用成本低。氫燃料電池還需要從氫原料的獲取、儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)燃夹g(shù)層面突破，待技術(shù)成熟后氫燃料工程機(jī)械將成為建筑行業(yè)使用的主流產(chǎn)品。

1.2 液化天然氣（LNG）工程機(jī)械

液化天然氣工程機(jī)械工作原理與普通柴油機(jī)類似，是將天然氣經(jīng)過低溫冷凝處理后為發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)能。但液化天然氣工程機(jī)械與燃油工程機(jī)械也有很多不同之處，其碳排放物、氮排放物明顯減少，液化天然氣能量密度高更有利于長(zhǎng)久續(xù)航，此外液化天然氣使用成本較低、經(jīng)濟(jì)性較好。有研究表明，液化天然氣工程機(jī)械可使排放的CO2減少23%，SO2減少70%，CO 減少50%。但液化天然氣作為工程機(jī)械燃料，存在一些問題:①安全性不高，液化天然氣使用有壓氣瓶，溫度急劇升高會(huì)通過閥門釋放內(nèi)部壓力，使用中會(huì)存在一定安全風(fēng)險(xiǎn)；②工況適用性受限，液化天然氣工程機(jī)械由于受安全性影響，嚴(yán)禁在相對(duì)密閉空間使用或作業(yè)；③動(dòng)力輸出不穩(wěn)定，液化天然氣工程機(jī)械在大負(fù)載時(shí)，動(dòng)力響應(yīng)速度慢，不能很好地適應(yīng)負(fù)載變化[3]。由于目前國(guó)內(nèi)天然氣主要依賴于進(jìn)口，加之液化天然氣燃燒仍然排放一定CO2污染氣體，所以一些工程機(jī)械生產(chǎn)廠家不把LNG 工程機(jī)械作為研究方向，僅作為當(dāng)前過渡階段使用的工程機(jī)械。

1.3 電動(dòng)工程機(jī)械

電驅(qū)動(dòng)工程機(jī)械是采用蓄電池給電動(dòng)機(jī)供電，其使用過程中碳排放幾乎為零[1]。所以世界各國(guó)開始發(fā)展純電動(dòng)工程機(jī)械產(chǎn)業(yè)，以緩解能源短缺之困，降低環(huán)境污染。電動(dòng)工程機(jī)械在地鐵隧道、污水箱涵等密閉空間使用具有較高的實(shí)用性，因?yàn)檫@種機(jī)械在空氣流通不暢的工況環(huán)境下沒有尾氣排放和發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲污染，機(jī)械施工效率高，對(duì)操作員健康損害大大降低。但電動(dòng)化工程機(jī)械受電池成本高、電池安全性差、配套充換電設(shè)施不足、續(xù)航里程短等因素影響，電動(dòng)工程機(jī)械產(chǎn)業(yè)處于起步之初，隨著各生產(chǎn)廠家研發(fā)投入增加，即將會(huì)有更多電動(dòng)化大型工程機(jī)械在城市建設(shè)中使用。

從以上分析可以看出，電動(dòng)工程機(jī)械雖然處于起步階段，但一些工程機(jī)械制造廠家已經(jīng)研發(fā)出適用工程建設(shè)所需的機(jī)械設(shè)備，像渣土車、混凝土攪拌車、小型樁工機(jī)械等，這些機(jī)械技術(shù)相對(duì)成熟，已在城市工程建設(shè)過程中逐步推廣使用。

2 試點(diǎn)案例

2.1 試點(diǎn)基本情況

本文中試點(diǎn)的工程機(jī)械采用電動(dòng)裝載機(jī)（型號(hào)XC958-EV），鏟斗容量3.2m3，現(xiàn)場(chǎng)租賃和自購各1 臺(tái)電動(dòng)裝載機(jī)，同時(shí)還配有同型號(hào)燃油裝載機(jī)。于2021 年7～11 月，依托某施工企業(yè)在南京某碼頭技改工程中展開試點(diǎn)使用。

2.2 自購和租賃模式比較

租賃工程機(jī)械一般按月支付租賃費(fèi)，每月租金約3 萬元（年租金約35 萬元），日常維修保養(yǎng)費(fèi)用和機(jī)械使用問題由租賃單位承擔(dān)，其充電樁也是由租賃單位提供，較自購機(jī)械綜合使用成本相對(duì)較低。

自購工程機(jī)械一次采購費(fèi)約為95 萬元（電池成本約為機(jī)械購置費(fèi)50%），自購充電樁約10 萬元（不含供電公司擴(kuò)容相關(guān)費(fèi)用），工程機(jī)械質(zhì)保2 年、電池質(zhì)保5 年，綜合分析采購成本較高，一次性投入較大。

2.3 經(jīng)濟(jì)性分析

1）燃油類工程裝載機(jī) 車輛購置價(jià)格35 萬元，車輛保險(xiǎn)約2.0 萬元，車輛維修費(fèi)約3.5 萬元，每天運(yùn)行時(shí)間按8h 算，能源消耗為14L/h，年運(yùn)行天數(shù)300 天，平均能源價(jià)格按7 元計(jì)，平均每天能源消耗費(fèi)用為784 元，綜上單車年均費(fèi)用為23.52 萬元。

2）電動(dòng)裝載機(jī) 車輛購置價(jià)格95 萬元，車輛保險(xiǎn)費(fèi)約1.5 萬元，車輛維修費(fèi)約2.0 萬元，每天運(yùn)行時(shí)間按8h 算，每小時(shí)能源消耗36kWh，年運(yùn)行天數(shù)300 天，平均能源價(jià)格按1元計(jì)，平均每天能源消耗費(fèi)用為288 元，綜上單車年均費(fèi)用為8.64 萬元。

2.4 總體性評(píng)價(jià)

2.4.1 操作性評(píng)價(jià)

司機(jī)通過對(duì)電動(dòng)和燃油裝載機(jī)實(shí)際操控，電動(dòng)裝載機(jī)操作相對(duì)靈敏，操控簡(jiǎn)單，舒適高，養(yǎng)護(hù)成本低，動(dòng)力強(qiáng)勁，噪音小。

2.4.2 使用性評(píng)價(jià)

1）工作效率方面 電動(dòng)裝載機(jī)持續(xù)工作時(shí)間較燃油裝載機(jī)較弱，但根據(jù)作息時(shí)間安排，電動(dòng)裝載機(jī)在工作效率方面強(qiáng)于燃油裝載機(jī)。

2）動(dòng)力方面 電動(dòng)裝載機(jī)動(dòng)力和制動(dòng)性方面稍強(qiáng)于燃油機(jī)械。

3）性價(jià)比方面 電動(dòng)裝載機(jī)及充電樁配套一次性投入成本較大，約為燃油裝載機(jī)的3 倍，采購成本高；但根據(jù)同等工況下，使用過程中燃油裝載機(jī)產(chǎn)生的費(fèi)用約為電動(dòng)的3 倍，工作時(shí)間越長(zhǎng)其性價(jià)比較燃油裝載機(jī)越高。

4）維修保養(yǎng)方面 電動(dòng)裝載機(jī)在后期維護(hù)保養(yǎng)方面，因其采用電機(jī)控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，免去了保養(yǎng)空濾、機(jī)油濾、柴油濾等維護(hù)成本，節(jié)省維護(hù)成本，維護(hù)成本約為燃油裝載機(jī)的0.6倍。

5）其他方面 電動(dòng)裝載機(jī)在使用過程中，產(chǎn)生的噪聲小，比燃油版本產(chǎn)生的噪聲小15dB 左右，使用過程零排放。

2.5 推廣使用建議

2.5.1 市政工程不建議使用

1）自購模式 一次性投入成本較大，因其充電樁功率需求大，需要與電力部門協(xié)調(diào)大功率配電，造成投入成本增加較多；市政工程項(xiàng)目大多以線狀為主，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)面需要不停轉(zhuǎn)換和推進(jìn)，而充電樁一旦固定，就很難遷改，若車輛來回充電成本較高。

2）租賃模式 其臺(tái)班價(jià)格較貴；現(xiàn)場(chǎng)需配合強(qiáng)電箱變，審批手續(xù)繁瑣及費(fèi)用投入較大；市政工程項(xiàng)目占線長(zhǎng)、周期短、使用頻率不均衡。

2.5.2 可在礦山、碼頭、堆場(chǎng)、拌和場(chǎng)使用

該條件下箱變能滿足充電要求；場(chǎng)地相對(duì)固定，滿足充電樁建設(shè)；工況滿足要求，環(huán)保要求高；使用頻率較高，2 年左右能收回機(jī)械投入成本，且保養(yǎng)成本降低。

現(xiàn)有電池技術(shù)不成熟，5 年左右電池衰減30%，若相關(guān)部門加強(qiáng)政策引導(dǎo)，出臺(tái)配套設(shè)施，在建筑工地使用概率會(huì)大大提升。

3 結(jié)論及建議

3.1 提前做好低碳綠色建設(shè)謀劃布局

“碳達(dá)峰”和“碳中和”時(shí)間節(jié)點(diǎn)逐漸臨近，各行業(yè)各領(lǐng)域?qū)Φ吞寂欧畔嚓P(guān)要求落實(shí)會(huì)逐步向縱深推進(jìn)。作為建筑行業(yè)，更應(yīng)該加快轉(zhuǎn)型速度，重視工程機(jī)械清潔能源推廣和引導(dǎo)工作，盡快實(shí)現(xiàn)建筑行業(yè)全過程低碳建設(shè)。同時(shí)要認(rèn)清當(dāng)前清潔能源工程機(jī)械推廣中存在的問題，及時(shí)采取糾正和改進(jìn)措施。從目前推廣使用困難看，行業(yè)管理方面缺少鼓勵(lì)清潔能源工程機(jī)械發(fā)展的相關(guān)政策與方針,例如建設(shè)主管部門缺少對(duì)清潔能源施工機(jī)械激勵(lì)措施，評(píng)優(yōu)評(píng)先中對(duì)清潔能源工程機(jī)械引導(dǎo)不足、企業(yè)信用加分項(xiàng)未涵蓋該內(nèi)容、采購清潔能源工程機(jī)械政府補(bǔ)貼缺少政策文件等。

3.2 促進(jìn)行業(yè)健康有序發(fā)展

我國(guó)清潔能源工程機(jī)械起步較晚，目前在工程項(xiàng)目中使用率并不是很高，但從國(guó)家各項(xiàng)政策來看未來清潔能源工程機(jī)械必將成為工程建設(shè)發(fā)展方向。從現(xiàn)階段清潔能源施工機(jī)械使用來看，清潔能源工程機(jī)械從生產(chǎn)、使用、維修保養(yǎng)等全鏈條各環(huán)節(jié)缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)此應(yīng)抓緊制定新能源工程機(jī)械的工藝、性能測(cè)試、質(zhì)量控制、關(guān)鍵技術(shù)等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范整個(gè)行業(yè)，進(jìn)而推動(dòng)行業(yè)健康發(fā)展。

3.3 完善和健全電動(dòng)機(jī)械配套設(shè)施

電動(dòng)工程機(jī)械取代現(xiàn)有燃油機(jī)械是趨勢(shì)。目前我國(guó)與清潔能源工程機(jī)械相關(guān)的配套設(shè)施還不完善，這也在很大程度上阻礙了清潔能源工程機(jī)械行業(yè)的發(fā)展。一方面需要加快清潔能源工程機(jī)械相關(guān)配套設(shè)施建設(shè)。一些城市公用充電站、技術(shù)維修站等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)遲緩，導(dǎo)致充電的效率不高，對(duì)故障車輛維修不及時(shí)；另一方面國(guó)家開始鼓勵(lì)地方建設(shè)換電站等相關(guān)設(shè)施，結(jié)合相關(guān)要求各地應(yīng)建設(shè)能夠快速更換電池的換電站，通過直接更換電池為工程機(jī)械提供更加充足的動(dòng)力，減少在充電方面的時(shí)間損耗。同時(shí)延長(zhǎng)清潔能源工程機(jī)械電池的使用壽命是最急需解決的關(guān)鍵問題，由于清潔能源工程機(jī)械電池的造價(jià)比較高，導(dǎo)致很多企業(yè)并不愿意更換電池，這也在無形中對(duì)清潔能源工程機(jī)械行業(yè)的發(fā)展造成了限制。