中国非道路机械电动化案例集

随着工业活动的不断扩张、城市化进程的加路机械的需求持续上升。然而，传统柴油动力设备的排放对空气质量和碳减排目标构成严峻挑战。面对这一现实，中国正积极推动非道路机械的清洁转型，本案例集集中展现 12.电动挖掘机应用案例 3 5 7排放试点建筑工地 9 3.电动装载机应用案例 234.电动旋挖钻机应用案例 25 275.整体经验总结 29中国的非道路移动机械是一类非常关键却又常被忽视的移动排放源。目前，监管部门针对道路车辆的管理标准正在不断加严，但对于挖掘机、装载机、叉车和旋挖钻机等非道路工程机械的减排政策仍相对不够完善，这导致了非道路领域在城市空气污染排放中所占的比例日益上路移动源，成为交通领域大气污染物的主要贡献源。以2023年为例，非道路高于道路车辆的4.4万吨。其中，仅工程机械就贡献了全国移动源NOX排放的13%和PM排放的非道路工程机械通常在人员密集区域和建筑工地上运行，为一线工人和周边社区带来较为多的城市努力实现空气质量目标和碳减排目标的过程中，向零排放工程机械转型已成为一项关近年来，中国各大机械设备制造商已针对不同设备类别、尺寸和功率范围开发出了丰富的机型；其次是装载机，共有76款电动机型；其他类型的建筑机械也均有几十款电动机型可供选快速充电能力的提升以及在部分应用场景下使用换电机型均推动了电池动力系统的发展。作为全球向零排放工程机械过渡转型。为更好地了解零排放工程机械在实际应用中的表现，并展示有望推动更广泛应用的早期成功实践，本案例集基于在中国六座城市开展的大量一线研究（见图1系统整理了零排放机械在各行业和施工现场的使用情况。我们与机械设备操作员、工地管理方、设备租赁企业以及制践、技术规格和分析成本数据，我们首次呈现出了零排放工程机械的实际使用性能。本案例集2中国非道路机械电动化5中国非道路机械电动化案案例一成都市的一家传统酒厂，过去完全依靠人工进行酒糟的铲运。在应用了一台零排放电动挖械排放的尾气会对产品质量造成影响。该酒厂此次配备的这台电动挖掘机的铲斗容量为0.04立方米（m3）恰好能够契合酒厂的分适合酒厂的作业工况需求。从项目经济性角度来看，电动挖掘机相较于柴油机型的投资回收周期（也就是抵消电动机图2.1.1.成都市某酒厂应用三一牌SY19E电动挖掘机的规格及应用场景6中国非道路机械电动图2.1.2.成都市某酒厂应用电动和柴油挖掘机的成本对比从本案例中获得的相关经验•零排放：消除在敏感生产环境中产生空气污•不使用内燃机：适用于禁止明火的区域，确保安全。•提高生产效率：完成作业任务的效率是人工作业的两倍。环境条件。•移动性能受限：履带式设计使电动挖掘机在光滑的室内地面上移动速度较慢。在无锡的一个大型施工现场，项目团队启动了一项针对施工机械和运输车辆的综合电动化然而，项目在克服充电难题方面却举步维艰。由于当地电网容量限制，以及升级电网所需的多部门审批流程耗时漫长，现场安装大功率充电设施的计划受阻。诸如移动储能集装箱等便携式充电方案也因前期规划和场地准备不足而无法施行。最终的充电替代方案是临时将挖掘机期间的租金合计约10万元，较柴油机高出约人民币5.75万元。施工阶段的能源成本节省不足以尽管如此，这次实践仍然证明了只要充电基础设施和成本障碍得到解决，电动挖掘机完全能够在实际使用中胜任严苛的施工任务。图2.2.1.无锡市某建筑工地应用三一牌SY215E电动挖掘机的规格和应用场景8中国非道路机械电动化案图2.2.2.无锡市某建筑工地应用电动和柴油挖掘机的成本对比从本案例中获得的相关经验•补能成本更低：与柴油发动机相比，能源成•零排放：减少空气污染，非常适合在城市或重点管理地区的工地上使用。•验证了可行性概念：证明了电动挖掘机可以在充电受限的情况下稳定可靠运行。天仅能运行3-4小时。9中国非道路机械电动个近零碳排放试点建筑工地成都市天府永兴实验室园区展示了清洁技术如何改变传统的施工方式。作为成都市首个近零排放施工试点，该项目获得了成都市生态环境局和住建局联合设立的专项工作组的大力支承担了其中26%的运输任务；电动搅拌车则完成了项目93.5%的运输任务。施工现场还安装了该项目为我们观察电动机械的实际性能和成本提供了机会。例如，在初期的土方开挖过程中，一台20吨的电动挖掘机在面对岩石和高黏度土壤时暴露出作业局限性，周期内节省了6640元人民币。这一案例展示了通过战略合作推动新兴电动工程机械发展应用项目的成功还得益于地方政府在充电基础设施方面的支持。项目工地中铺设了电动自卸车这一案例表明，在合理规划与地方管理部门的支持下，大规模施工项目可以主要依靠电动机械来完成。展望未来，更多的大型电动机械设备租赁方案、更完善的物流规划以及更健全的数据跟踪体系，将是推动电动机械更广泛应用的关键。成都市计划将这一模式推广到包括道路图2.3.1.成都市近零排放建筑工地应用神钢SK210E电动挖掘机的规格和应用场景10中国非道路机械电动化案例集图2.3.2.成都市近零排放建筑工地应用电动和柴油挖掘机的成本对比从本案例中获得的相关经验•空气污染物显著减少：二氧化硫（SO2）减•强有力的政府协调有助于解决基础设施和供应方面的挑战。运输和物流成本。•实时跟进排放及运行性能存在难度，导致项目结束后的应用情况评估不够准确。在西昌的某处山区公路隧道施工项目中，由于作业空间和通风条件受限，维持空气质量成为了一项关键挑战。传统柴油挖掘机被认为在该项目上不适用，因为其尾气排放会破坏空气质量，威胁到施工人员的职业健康与安全。项目团队因此选择了电动挖掘机来实现零排放替代方运行更安静、振动更小，在对声学干扰较为敏感的隧道结构中有助于降低事故风险并改善工人项目工地采用的三一牌SY215E电动挖匹配。挖掘机通过可直连380伏电网的可移动式240千瓦快速充电桩来进行充电，既能够保证然而，电动挖掘机的租赁费用几乎是柴油机型的3倍。在高强度工况下，电池续航可降至4可节省人民币55800元，但这并不足以弥补其每月33000元的租赁溢价。即便如此，项目管理方仍表示符合职业健康标准是更为重要的，电动机械同时还能避免因工况下推进工程机械电动化提供了充分的环境与安全依图2.4.1.西昌市隧道工程应用三一牌SY215E电动挖掘机的规格及应用场景图2.4.2.西昌市隧道工程应用电动和柴油挖掘机的成本对比从本案例中获得的相关经验•零排放：消除了有害尾气污染物，这对封闭隧道环境至关重要。•振动更小：在对声学干扰敏感的隧道环境中最大限度减少对结构的扰动。•能源成本更低：与柴油机相比，能源成本可节省6,%。•概念验证：电动挖掘机单次充电通常可运行•租赁成本高：在项目周期内，租赁成本较柴油机型高出约2,,,,,时间可降至4小时。云南省红河州某矿山展示了在连续采矿作业中，将换电技术应用于重型挖掘机的开创性实换电系统通过10分钟的快速换电，即可实现采矿作业的连续运行。为满足不间断作业需卡车换电站进行充电后，被送至挖掘机所在位置进行快速换电。该方案在满足重载采矿严苛需该案例在经济性方面同样展现出了优势。与柴油机型相比，电动挖掘机将能源成本降低了约220万元，传统挖掘机约130万元但仅1.5年的投资回收期表明，电动机械设备在高利用率该案例总结出矿业行业推动电动化的三项关键成功因素：共享换电基础设施以降低投资支相当的生产效率。由此，红河项目为追求环境与经济双重收益的大规模矿业作业需求提供了可复制的电动化模式。图2.5.1.红河州矿区应用三一牌SY375E电动挖掘机的规格及应用场景14中国非道路机械电动化案例集图2.5.2.红河州矿区应用电动和柴油挖掘机的成本对比从本案例中获得的相关经验•具备可长时间重工作业性能：通过1,分钟快•无山东省济宁市的梁山港是华北最大的内河港口，也是连接西部产煤区与长三角的关键物流在日常作业中采用了电动挖掘机来替代柴油机型，尤其是在封闭式储煤货仓等对污染控制和工人安全要求极高的作业场景。梁山港应用的山推牌EE215电动挖掘机可用于连续进行煤炭铲堆。其配备了423kWh的回收期约为3.6年。应用电动挖掘机的环境效益同样显著。电动挖掘机每年耗电约150000kWh，对应84吨约54吨CO2。梁山港的案例表明，在高利用率的行业场景下，尤其是在具备可靠充电条件与稳图2.6.1.梁山港应用山推牌EE215电动挖掘机的规格和应用场景图2.6.2.梁山港应用电动和柴油挖掘机的成本对比从本案例中获得的相关经验7,%，每台设备年均可节省约26,,,,元人•续航充足：充电+.5小时即可支持4.5-8.5小•减排效果显著：每台设备年均可减少约54•较高的投资成本延长了回本周期：电动机械设备单价+45万元人民币，回本周期需延长至约3.6年。成都市的某家水泥厂需要既可靠又环保的工程机械，来实现在三班倒的作业安排下连续运行。该水泥厂自2022年起采用了3台柳工856HE电动装载机，用于日常物料搬运。每台机械设本应用案例的经济优势尤为突出。每台电动装载机的购置价格为80万元人民币，比同类柴油机械高20万元，但在能源与维修保养方面每年可节省近30操作员也反映使用电动装载机后工作环境显著改善。配有过滤系统的密封驾驶室降低了工图3.1.1.成都市某水泥厂应用柳工856HE电动装载机的规格和应用场景20中国非道路机械电动化案例集图3.1.2.成都市某水泥厂应用电动和柴油装载机的成本对比从本案例中获得的相关经验•可快速回本：在日均作业时长较高的情况下，每年可节省近3,万元人民币的运营成安排可顺畅衔接。而柴油机可连续作业超过+,小时。在广西柳州一家原材料处理量很大的生物质电厂，电动装载机在日常物料周转中发挥了核轮班方式每天运行约15小时，利用工人用餐和交接班间隙充电3～4次。借助240kW的双端口电动装载机在高要求工况下表现出了可靠且高效的性能。与柴油机型相比，其动力输出强长班次作业的舒适度。电池性能数据显示，其中一台装载机在累计运行6000小质物料的高温高湿作业环境下，进气滤芯的粉尘积聚在使用初期曾降低冷却气流并引发热管理问题，但后续通过冷却系统改进得以解决，展示了新兴电动机械技术如何结合实际应用需求来进行优化迭代。电动化转型在契合电厂零排放目标的同时，也带来了明确的成本收益。尽管每台电动装载机的购置成本约为同类柴油机的2.5倍，但单台装载机每年在能源与维修保养方面可节省约22万元人民币。在该机械设备年均使用时间超过5000小时的情况下，购置电动机在3年内实现回本。图3.2.1.柳州市某生物质发电厂应用柳工856H-EMAX电动装载机的规格和应用场景22中国非道路机械电动化案例集图3.2.2.柳州市某电厂应用电动和柴油装载机的成本对比从本案例中获得的相关经验•依托场内的清洁能源可实现更低运营成本•在相对恶劣的运行工况下表现稳定可靠：在的环境抗压性。•提升了操作人员的工作舒适性：驾驶室噪声用场景需求来解决产品问题。•在高粉尘工况环境下作业初期遇到了热管人民币购置了3台纯电动装载机（包括1台柳工L956HEV和2台L968HEV用于封闭储煤库内的散煤装卸作业。电动装载机配备了350kWh磷酸铁锂电池，并采用360A双枪快充。充电1小时可支持最长6小时连续作业，可以在仅停机极短时间的前提下覆盖两班作业。与柴油机相比，操作员反元，远低于柴油装载机的2016元。按每年360个工作日计算，3台电动装载机全年共可节省约这次电动化转型的成功还进一步体现在环境效益方面。与柴油机相比，使用电动装载机每年可实现约440吨二氧化碳减排。与此同时，港口在储煤库屋顶建设了5MW光伏系统，年发电量约550万kWh，既降低了用电成本，又可实现每年进一步减少二氧化碳排放3000余带来明确的经济与环境收益。对于希望降低排放与长期成本的高利用率港口，电动装载机是一图3.3.1.梁山港应用柳工L956HEV和L968HEV电动装载机的规格和应用场景24中国非道路机械电动化案例集图3.3.2.梁山港应用电动和柴油装载机的成本对比从本案例中获得的相关经验•性能可靠：充电+小时即可支持双班倒作空间作业的安全性与舒适性。动机型明显较高的前期投资可能会对柴油机械全面电动化替代构成挑战。25中国非道路机械电动化案例集27中国非道路机械电动化在城市建设项目中，随着排放和噪声管控的日益严格，电动旋挖钻机正在成为传统柴油旋挖钻机的可行替代方案。成都某建筑工地采用了两台宇通牌电动旋挖钻机（YTE306HE和YTR266HES）进行一项为期1个月的桩基施工。电动除环境效益外，在稳定的作业安排下，电动设备还展现出了显著的成本优势。电动旋挖钻则超过2800元。电动机型的购置价比同级柴油机高约20%。在20天的项目周期内，每台电动旋挖钻机在能源成本方面可节省约4.3万元人民币。按此计算，5–7个项目周期即可收回额外成两台钻机在项目期间整体运行平稳。首轮投用阶段虽然曾出现零部件轻微故障，但均在质该项目表明，电动旋挖钻机能够有效满足城市施工需求并带来经济收益。单机每日超过2000元的能源成本节约配合稳定的作业条件，不足1年即可收回成本，可谓是在人口密集的城市地区开展桩基工程的实用性解决方案。图4.1.1.成都市某建筑工地应用宇通牌YTE306HE和YTR266HES旋挖钻机的规格和应用场景28中国非道路机械电动化案例集图4.1.2.成都市某建筑工地应用电动和柴油旋挖钻机的成本对比从本案例中获得的相关经验•在稳定使用条件下可实现短期回本：与柴油机型相比，电动旋挖钻机可实现日均能源成本降•性能稳定：在整个项目周期内均保持稳定可靠•制造商的及时支持：投用初期出现的一些轻微•投用初期阶段出现轻微故障：说明投用初期出现问题需要技术介入，凸显了可靠售后支持的29中国非道路机械电动化案例集30中国非道路机械电动化案例集5.整体经验总结电动挖掘机：本案例集所涉及的电动挖掘机整机重量为2至41吨，功率10–200kW，铲斗容量0.04–1.9m3，电池容量22–560kWh。根据机型大小与工况负荷，单次充电可纯电作业4–8.5小时；日均作业时长为4–15小时。经济性最优的三个应用案例的投资回本周期为1.5–3.6年；其中最具成本效益的案例为在云南省红河州应用的进行连续采矿作业的换电式挖掘机，在容5.8–6.5m3；电池容量282–350kWh，单次充电可作业5.5–8小时。不同装载机的年作业小时数差异较大，约在3000小时至超过5700小时的范围。在多数应用场景下，电动装载机显示电动旋挖钻机：本案例集所涉及的电动旋挖钻机的功率在185–230kW之间。不同于多采用电池供电的电动挖掘机与装载机，电动旋挖钻机因作业移动性要求较低，通常会采用有线供不同，旋挖钻机主要应用于短期施工项目。在成都的某处城市工地，拖线供能的电动旋挖钻机本案例集中包含了多样化的应用案例，但这些案例集中体现出了电动工程机械在实际应用电动机械消除了尾气排放，尤其适用于封地以及环境管控严格的区域。在空气质量大量案例表明，电动工程机械噪声小、振动和排放也显著降低，从而能够带来更安在日均使用强度较高的项目中，电动工程机械能够稳定实现5