氫能應(yīng)用再添新場(chǎng)景—— “柴改氫”加速農(nóng)機(jī)電動(dòng)化轉(zhuǎn)型

目前，最有效的模式是燃料電池和鋰電池配合使用，也就是電電混合技術(shù)。該模式可按性?xún)r(jià)比，匹配多種車(chē)型、多個(gè)工況。現(xiàn)階段，以鋰電池為主，氫燃料電池為輔。未來(lái)，隨著燃料電池逐步具有商業(yè)價(jià)值，可不斷提高燃料電池比重。

日前，在2020農(nóng)村電氣化與交通電氣化論壇上，有專(zhuān)家指出，目前我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械柴油用量巨大，在全球追求低碳能源轉(zhuǎn)型的大背景下，農(nóng)業(yè)機(jī)械“柴改氫”電動(dòng)化轉(zhuǎn)型非常迫切。未來(lái)，隨著氫能的大規(guī)模應(yīng)用，氫燃料電池在農(nóng)機(jī)大功率車(chē)輛上的使用將更為頻繁。

解決農(nóng)機(jī)排放問(wèn)題

我國(guó)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó)，燃油動(dòng)力的農(nóng)業(yè)機(jī)械數(shù)量龐大。記者查閱資料發(fā)現(xiàn)，2020年1-7月我國(guó)小型拖拉機(jī)產(chǎn)量為9.3萬(wàn)臺(tái)，中型拖拉機(jī)產(chǎn)量為15.61萬(wàn)臺(tái)，大型拖拉機(jī)產(chǎn)量為3.5萬(wàn)臺(tái)，這些農(nóng)機(jī)每年消耗的石油資源量尤為巨大。

“我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械95%以上是柴油機(jī)，農(nóng)機(jī)柴油消耗量占柴油總消耗量近1/3，柴油車(chē)排放的污染物是氮氧化物、二氧化碳及其他顆粒物，對(duì)大氣、水土和植物污染非常嚴(yán)重。另外，柴油運(yùn)輸過(guò)程中的滴漏、廢油的排放，對(duì)農(nóng)田的污染也不可忽視。”中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)教授王國(guó)業(yè)表示。

近年來(lái)，面對(duì)農(nóng)機(jī)的重污染高能耗特性，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部等部門(mén)相繼出臺(tái)政策支持加快相關(guān)高污染農(nóng)機(jī)的淘汰進(jìn)度，推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化轉(zhuǎn)型升級(jí)。

除了政策支持，隨著我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和推廣力度的加強(qiáng)，新能源農(nóng)機(jī)的發(fā)展也被充分帶動(dòng)，目前電動(dòng)農(nóng)機(jī)的發(fā)展已初具規(guī)模。

“電動(dòng)農(nóng)機(jī)的使用，既保護(hù)環(huán)境，又節(jié)約能源，因此農(nóng)機(jī)電動(dòng)化是未來(lái)農(nóng)機(jī)發(fā)展的方向，但電動(dòng)農(nóng)機(jī)因動(dòng)力電池自身問(wèn)題受到一些限制，現(xiàn)今主要是在中小型農(nóng)機(jī)上使用電動(dòng)動(dòng)力，而在中大型設(shè)備上，氫燃料電池的應(yīng)用開(kāi)始逐步受到重視。”相關(guān)業(yè)內(nèi)人士表示。

助力大功率農(nóng)機(jī)轉(zhuǎn)型

“現(xiàn)在的鋰電技術(shù)已能夠支持小型農(nóng)業(yè)機(jī)械使用，對(duì)于20千瓦以下的小型農(nóng)機(jī)，使用鋰電的綜合成本已經(jīng)可以和內(nèi)燃機(jī)的使用成本持平，且更易降本、提高工作質(zhì)量和降噪。”王國(guó)業(yè)指出。

但值得注意的是，相較于鋰電池,氫燃料電池具有能量密度高、續(xù)航里程長(zhǎng)、加注時(shí)間短等特點(diǎn)，這意味著并不適用于鋰電的大功率車(chē)輛包括重型車(chē)、礦山機(jī)械等也有了電動(dòng)化轉(zhuǎn)型的可行路徑。一直以來(lái)，這些大功率移動(dòng)設(shè)備因鋰電池儲(chǔ)能容量及成本問(wèn)題，無(wú)法在農(nóng)機(jī)領(lǐng)域廣泛普及。

今年6月，我國(guó)首臺(tái)5G+氫燃料電動(dòng)拖拉機(jī)在洛陽(yáng)正式亮相，這款拖拉機(jī)采用氫燃料作為能源，污染排放小，且電能的使用成本相較燃油而言更低，沒(méi)有怠速損耗，能源利用率高、噪音小。

雖然氫燃料電池在農(nóng)機(jī)生產(chǎn)中極具潛力，但記者查閱資料發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際的農(nóng)機(jī)電動(dòng)化升級(jí)中，氫燃料電池在大功率農(nóng)機(jī)上的應(yīng)用仍較為有限。

對(duì)此，王國(guó)業(yè)坦言，目前來(lái)看，氫燃料電池是農(nóng)機(jī)電動(dòng)化的可行選擇，但還存在成本高、加氫設(shè)施不完備、技術(shù)成熟度不高等問(wèn)題。與此同時(shí)，氫燃料電池的發(fā)展速度較快，成本將不斷下降，將使其越來(lái)越具商業(yè)價(jià)值，可在滿(mǎn)足大功率農(nóng)業(yè)機(jī)械能量消耗大、可靠性要求高的同時(shí)，降低電動(dòng)化轉(zhuǎn)型成本。

探索電電混合模式

面對(duì)電動(dòng)化的必然趨勢(shì)，如何加快電動(dòng)農(nóng)機(jī)的推廣應(yīng)用與降本增效？

“目前，最有效的模式是燃料電池和鋰電池配合使用，也就是電電混合技術(shù)。”王國(guó)業(yè)強(qiáng)調(diào)，當(dāng)前燃料電池購(gòu)買(mǎi)成本高，如果在農(nóng)機(jī)上使用功率較大的燃料電池，勢(shì)必增加成本。氫燃料電池和鋰電池電電混合可按性?xún)r(jià)比，匹配多種車(chē)型、多個(gè)工況。從成本和技術(shù)方面看，目前以鋰電池為主，氫燃料電池為輔，既能有效解決續(xù)航問(wèn)題，還能降低系統(tǒng)成本，提高可靠性。未來(lái)，隨著燃料電池逐步具有商業(yè)價(jià)值，可不斷提高燃料電池比重。

在這樣的混合模式下，氫燃料電池提供持續(xù)穩(wěn)定的能量輸出，必要時(shí)給鋰電池充電，同時(shí)鋰電池滿(mǎn)足車(chē)輛動(dòng)態(tài)負(fù)荷、制動(dòng)能回收的需求。但王國(guó)業(yè)強(qiáng)調(diào)，目前鋰電池、氫燃料電池技術(shù)尚在完善中，均在一定程度上存在風(fēng)險(xiǎn)、成本高企、充電和加注不便等問(wèn)題。

“因此，推動(dòng)農(nóng)機(jī)電動(dòng)化轉(zhuǎn)型應(yīng)從兩頭切入，氫燃料電池應(yīng)從大型和高端裝備開(kāi)始應(yīng)用，不斷向普通機(jī)型過(guò)渡，鋰電池則應(yīng)用于中小型裝備。”王國(guó)業(yè)表示。

對(duì)于如何解決氫源問(wèn)題，王國(guó)業(yè)指出，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)刭Y源，加快發(fā)展分布式靈活制氫技術(shù)，減少氫的運(yùn)輸成本、并提高加注便捷性，滿(mǎn)足農(nóng)業(yè)機(jī)械使用地域分散、季節(jié)性強(qiáng)等特點(diǎn)。“此外，還可從廢棄物或生物質(zhì)中生產(chǎn)氫，比如把秸稈通過(guò)各種方式轉(zhuǎn)化成電，通過(guò)電解水制氫再加注到氫燃料電池農(nóng)機(jī)上，形成清潔循環(huán)。”