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氢能应用再添新场景—— “柴改氢”加速农机电动化转型
发表于:2020-12-23来源:中国能源报

目前,最有效的模式是燃料电池和锂电池配合使用,也就是电电混合技术。该模式可按性价比,匹配多种车型、多个工况。现阶段,以锂电池为主,氢燃料电池为辅。未来,随着燃料电池逐步具有商业价值,可不断提高燃料电池比重。

 

日前,在2020农村电气化与交通电气化论坛上,有专家指出,目前我国农业机械柴油用量巨大,在全球追求低碳能源转型的大背景下,农业机械“柴改氢”电动化转型非常迫切。未来,随着氢能的大规模应用,氢燃料电池在农机大功率车辆上的使用将更为频繁。


解决农机排放问题

 

我国是农业生产大国,燃油动力的农业机械数量庞大。记者查阅资料发现,2020年1-7月我国小型拖拉机产量为9.3万台,中型拖拉机产量为15.61万台,大型拖拉机产量为3.5万台,这些农机每年消耗的石油资源量尤为巨大。

 

“我国农业机械95%以上是柴油机,农机柴油消耗量占柴油总消耗量近1/3,柴油车排放的污染物是氮氧化物、二氧化碳及其他颗粒物,对大气、水土和植物污染非常严重。另外,柴油运输过程中的滴漏、废油的排放,对农田的污染也不可忽视。”中国农业大学教授王国业表示。

 

近年来,面对农机的重污染高能耗特性,农业农村部等部门相继出台政策支持加快相关高污染农机的淘汰进度,推进农业机械化转型升级。

 

除了政策支持,随着我国新能源汽车产业的发展和推广力度的加强,新能源农机的发展也被充分带动,目前电动农机的发展已初具规模。

 

“电动农机的使用,既保护环境,又节约能源,因此农机电动化是未来农机发展的方向,但电动农机因动力电池自身问题受到一些限制,现今主要是在中小型农机上使用电动动力,而在中大型设备上,氢燃料电池的应用开始逐步受到重视。”相关业内人士表示。

 

助力大功率农机转型

 

“现在的锂电技术已能够支持小型农业机械使用,对于20千瓦以下的小型农机,使用锂电的综合成本已经可以和内燃机的使用成本持平,且更易降本、提高工作质量和降噪。”王国业指出。

 

但值得注意的是,相较于锂电池,氢燃料电池具有能量密度高、续航里程长、加注时间短等特点,这意味着并不适用于锂电的大功率车辆包括重型车、矿山机械等也有了电动化转型的可行路径。一直以来,这些大功率移动设备因锂电池储能容量及成本问题,无法在农机领域广泛普及。

 

今年6月,我国首台5G+氢燃料电动拖拉机在洛阳正式亮相,这款拖拉机采用氢燃料作为能源,污染排放小,且电能的使用成本相较燃油而言更低,没有怠速损耗,能源利用率高、噪音小。

 

虽然氢燃料电池在农机生产中极具潜力,但记者查阅资料发现,在实际的农机电动化升级中,氢燃料电池在大功率农机上的应用仍较为有限。

 

对此,王国业坦言,目前来看,氢燃料电池是农机电动化的可行选择,但还存在成本高、加氢设施不完备、技术成熟度不高等问题。与此同时,氢燃料电池的发展速度较快,成本将不断下降,将使其越来越具商业价值,可在满足大功率农业机械能量消耗大、可靠性要求高的同时,降低电动化转型成本。


探索电电混合模式

 

面对电动化的必然趋势,如何加快电动农机的推广应用与降本增效?

 

“目前,最有效的模式是燃料电池和锂电池配合使用,也就是电电混合技术。”王国业强调,当前燃料电池购买成本高,如果在农机上使用功率较大的燃料电池,势必增加成本。氢燃料电池和锂电池电电混合可按性价比,匹配多种车型、多个工况。从成本和技术方面看,目前以锂电池为主,氢燃料电池为辅,既能有效解决续航问题,还能降低系统成本,提高可靠性。未来,随着燃料电池逐步具有商业价值,可不断提高燃料电池比重。

 

在这样的混合模式下,氢燃料电池提供持续稳定的能量输出,必要时给锂电池充电,同时锂电池满足车辆动态负荷、制动能回收的需求。但王国业强调,目前锂电池、氢燃料电池技术尚在完善中,均在一定程度上存在风险、成本高企、充电和加注不便等问题。

 

“因此,推动农机电动化转型应从两头切入,氢燃料电池应从大型和高端装备开始应用,不断向普通机型过渡,锂电池则应用于中小型装备。”王国业表示。

 

对于如何解决氢源问题,王国业指出,应根据当地资源,加快发展分布式灵活制氢技术,减少氢的运输成本、并提高加注便捷性,满足农业机械使用地域分散、季节性强等特点。“此外,还可从废弃物或生物质中生产氢,比如把秸秆通过各种方式转化成电,通过电解水制氢再加注到氢燃料电池农机上,形成清洁循环。”

 

 
关键词: 农机电动化
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