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      替代能源的未來在何方?

      2023-07-06 15:12 性質:原創 作者:南山 來源:AGV網
      免責聲明:AGV網(www.sunise.cn)尊重合法版權,反對侵權盜版。(凡是我網所轉載之文章,文中所有文字內容和圖片視頻之知識產權均系原作者和機構所有。文章內容觀點,與本網無關。如有需要刪除,敬請來電商榷?。?/div>
      威克諾森 1.7 噸 EZ17e 全電動緊湊型挖掘機(照片:威克諾森)邁克·海耶斯(Mike Hayes)對建筑設備的電力技術進行了深入研究,這些技術有可能在未來數年內取代柴油,當然也存在不會取代...


      威克諾森 1.7 噸 EZ17e 全電動緊湊型挖掘機(照片:威克諾森)

      邁克·海耶斯(Mike Hayes)對建筑設備的電力技術進行了深入研究,這些技術有可能在未來數年內取代柴油,當然也存在不會取代的可能性。假如在過去,關于更新您的建筑設備車隊的設想曾令您頭疼,那么現在,您或許需要轉移視線;因為形勢將變得更為復雜。

      此外,如果您認為這僅僅是一個從柴油向電動轉型的問題,那么即便如此,事情也并非那么簡單。首先,我們需要探討的是電池技術……


      沃爾沃電動 EC230 挖掘機承諾與柴油挖掘機相比,運行成本最多可降低 70%(照片:沃爾沃建筑設備公司

      鋰離子電池已經開始進軍建筑領域,然而,它們的主要短板之一是功率密度較低,這目前限制了它們為重型設備全天候供電的能力。另一個缺點——或許更為重要的是成本問題。盡管人們預期隨著技術的普及,電池以及電池驅動的建筑設備的成本會降低,但事實上鋰的價格已經大幅度上漲,這是推高電池購買價格的主要因素之一——目前電機的成本是柴油機的兩至三倍。

      即使考慮到在設備使用壽命期間可能降低的燃料和維護成本,許多承包商仍可能會對是否冒險嘗試電力設備持猶豫態度,尤其是考慮到現階段的功率密度挑戰。

      開啟備用電源方案的新篇章

      例如,沃爾沃近期推出的全電動22噸挖掘機EC230雖然承諾能實現8小時的工作輪班,但一部20噸的挖掘機要依靠鋰離子電池提供全天無間斷服務并在“午休時段”進行高功率充電是十分困難的。這臺機器目前正在接受客戶的試用,如果能夠真正上市,將對這個規模的機器產生重大突破。

      盡管許多大型電池電機在建設領域已經掀起波瀾,但現實是,如果電力儲存能力和成本沒有重大突破,電力可能仍然只是緊湊型移動機器的首選“燃料”。在緊湊型設備中,這項技術的確顯示出一些明顯的優點——特別是對于在城市或其他敏感或封閉區域進行的項目,這些優點包括零排放和顯著降低噪音,以及簡化的維護和服務。例如,城市建設設備專家威克諾森最近推出了1.7噸的EZ17e電動小型挖掘機,這是同類產品中首個實現零尾擺的產品。

      該公司表示,這款機器可以在一個典型的工作日內運行,如果連接到電源,也可以在固定位置連續運行。此外,威克諾森表示,使用常見的240伏單相插座,挖掘機可以在五到六個小時內充滿電。盡管在建筑領域仍處于起步階段,但這類電池電動設備越來越被視為城市項目招標承包商的必備技術。然而,也有其他電力技術可供選擇,而且這些技術都在分食原本由柴油主導的市場。

      HVO 有什么好處?

      設備制造商利勃海爾對 HVO(氫化植物油)特別感興趣。HVO 是從例如食用油廢物、油脂和脂肪殘留物、廢脂肪和植物油中獲得的。當生產過程中僅使用可再生能源時,HVO 的制造和使用幾乎是氣候中性的。

      以其純凈形式或作為傳統柴油的添加劑,許多機器已經可以以幾乎氣候中性的方式運行,因為 HVO 可以直接與傳統內燃機結合使用,而無需轉換機器。與傳統柴油相比,二氧化碳排放量可顯著減少 — 事實上高達 90%。


      利勃海爾表示其所有發動機均已準備好接受 HVO,無需進行轉換(照片:利勃海爾)

      利勃海爾表示,其所有發動機均已獲得 HVO 批準,無需進行改裝。該公司表示,它確保其使用的 HVO 主要來自蔬菜廢物,完全不含棕櫚油。這種燃料的問題在于其可用性;HVO 生產所需的適當廢物不太可能永久獲得足夠的數量。盡管如此,利勃海爾認為 HVO 目前代表了一種燃料選擇,可以為行業去石化做出重要貢獻。


      在該公司位于德國漢諾威的工廠向小松機器灌裝 HVO(照片:小松)

      另一家主要制造商小松公司也對植物油做出了堅定的承諾,最近宣布改用 HVO 作為歐洲生產的設備的工廠填充燃料。這一舉措于上個月在德國漢諾威和英國伯特利的工廠開始。與利勃海爾非常相似,小松表示,其機器中的內燃機(包括為建筑和拆除行業生產的機器)可以使用 HVO 運行,無需進行任何修改,并將這一轉換描述為減少其環境影響的重要一步。

      這種向 HVO 的轉變與小松對一系列替代能源技術和解決方案(例如電動和氫動力機器)的持續研究和開發同時進行。

      氫能在建筑設備中的應用

      關于氫能是以氫燃料電池形式存在還是作為內燃機的燃料,目前還沒有明確的答案。但是,在對這兩種技術進行深入研究后,JCB公司一直在強調氫能作為燃料的優勢。

      在與KHL的貝基·舒爾茨 (Becky Schultz)討論JCB投入這項技術的時間和精力時,該公司的首席創新和增長官Tim Burnhope表示:“我們對76篇論文進行了研究——這些論文來自大學、頂級公司的實驗,以及我們的結果顯示,絕大多數的發動機都是被改裝過的?!?/p>

      研究人員發現,大多數的學術嘗試都是試圖將氫氣注入現有的火花點火發動機中。事實上,Accelera公司聲稱,他們的技術可以擴展,具有輕量化的特點,能夠定制化應用,滿足各種規模的需求。


      Accelera 的第四代燃料電池發動機 – FCE150(照片:Accelera)

      在德國的展臺上,該公司展示了他們的第四代燃料電池發動機FCE150。這種模塊化的發動機的運行溫室氣體排放為零或很少,并且可以通過堆疊生成300kW的解決方案,使其適合于重型越野機器。有人可能會說,發動機制造商和設備制造商對電力技術的未來保持觀望態度。他們可能會說,沒有任何一種能源能夠取代建筑行業的柴油。

      伯恩霍普說:“你不能把汽油加入柴油發動機并期望它能正常工作。這其實就是人們嘗試使用氫能所做的事情。問題是燃燒過程可能壓力過大、溫度過高。燃料可能過于豐富。所以,結果可能會很糟糕?!?/p>

      在分析這些研究后,JCB的工程師們確定了11個需要解決的關鍵技術挑戰。伯恩霍普表示,其中大多數問題首先回歸到了如何燃燒氫氣,包括在遠低于常規的溫度和壓力下,以及在氫氣和空氣的混合物極為稀薄的條件下進行燃燒。

      現在,JCB已經安裝了他們的氫燃燒發動機,并在多臺設備上運行,預生產發動機正在英國的專用生產線上生產。JCB負責氫發動機性能、控制和集成的首席工程師Paul McCarthy在談到這些進展時表示:“我們實際上已經制造了第50臺氫發動機,所以這并非只是一項科學實驗。這是真實的,正在進行中。我們已經在驗證我們的生產技術,準備進行大規模生產?!?/p>

      燃料電池堆

      在最近在德國舉行的漢諾威工業博覽會上,發動機制造商康明斯旗下的Accelera展示了一系列氫能解決方案,其中包括最新的燃料電池技術。該公司表示,他們的質子交換膜(PEM)燃料電池技術使用純氫產生零排放電力,適合應用于重型建筑設備。

      實際上,Accelera聲稱他們的技術是可擴展的、輕量級的,并且可以進行定制,以滿足各種規模的應用需求。在德國的展臺上,他們展示了第四代燃料電池發動機FCE150。這種模塊化發動機運行時幾乎不排放溫室氣體,并且可以堆疊生成300kW的解決方案,使其適應重型越野機器。

      有人可能會認為,發動機制造商和設備制造商對于電力技術的未來采取了觀望態度。他們自己可能會說,沒有任何一種能源可以完全取代建筑行業中的柴油。

      在未來一段時間內,承包商可能會對設備采購感到焦慮。

      合成燃料會是未來嗎?

      近期,曼能源解決方案公司為智利一個試驗項目提供了一臺甲醇反應器,該項目在制造氣候中性的合成燃料。這個名為Haru Oni的項目利用了智利南部蓬塔阿雷納斯市附近優質的風力資源,借助可再生能源制造所謂的電子燃料。

      曼能源解決方案公司的首席執行官Uwe Lauber表明:“合成燃料是氣候中和未來道路上的一個重要組成部分。它們有潛力讓所有直接電氣化無法實現或者不切實際的部門和流程實現碳中和?!?/p>

      在第一個工藝流程中,電解槽使用風能將水分子分解為基礎成分:氧氣和氫氣。接著,綠色氫氣與從空氣中過濾出的二氧化碳在曼能源解決方案公司的甲醇反應器中結合,生成綠色甲醇,然后進一步轉化為氣候中性汽油。在試驗階段,該大型工廠能生產大約130,000升的電子燃料。

      到了明年,預計生產能力將提升到每年5500萬升左右。預計到2026年,產量將增長至每年5.5億升左右。

      電池爭戰

      全新的電池電機正在以驚人的速度進入市場,但該技術的普及仍然面臨著重大的挑戰。在目前研究中的新電池開發項目中,有兩種電池在提升功率密度和安全性,以及降低成本方面顯示出了潛力。

      第一種技術是固態電池技術,它使用陶瓷或其他固態材料代替液體電解質。液體電解質一直是電池的痛點,因為它們極易燃燒。實踐證明,固態電池能更快地移動電荷。然而,電池的退化問題仍存在,在這個問題解決之前,我們不太可能看到這種電池為建筑設備提供動力。

      第二種技術則涉及用鈉取代鋰,鈉是一種礦物質,其含量遠高于目前開采成本持續增加的金屬。

      另外,鈉離子電池比鋰離子電池不易燃燒,因此可能提高電池的安全性。

      然而,到目前為止,鈉尚未證明其在提高或者至少達到鋰的功率密度方面的能力,但相關測試正在進行中。我們幾乎可以肯定,在未來電池的發展中,陰極材料會有所改進,目前陰極材料常常是石墨。目前正在測試的硅等替代品有可能提高能量密度并加快充電速度。

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