实现零排放意味着整个作业现场都要电气化。

图片由 Moog Construction 提供

世界在推进电气化方面存在问题，尤其是在建筑领域。

如果电气化的目标包括大幅减少排放、大幅削减制造业所需的能源量以及遏制原材料消耗，那么一次购买一台电动工程机械并将其投入施工现场既不高效也不具有生产力。

建筑行业投入大量资金和精力进行电气解决方案的设计和开发，但其应用却滞后。

相比之下，据越野研究公司Off-Highway Research的分析师称，2022年仅在北美就售出了41320台柴油动力挖掘机。如果非公路用电动汽车的销量一夜之间激增，那么如何才能找到一种可持续的解决方案，来处理数万辆可能使用数十年的柴油动力车辆呢？

根据咨询公司罗兰贝格的一份报告，推动非公路车辆电动化的部分原因是政府为降低排放和噪音而制定的法规，以及对燃油效率的追求。

罗兰贝格的研究指出：“美国、欧洲、中国和印度的排放标准日益严格。虽然目前重型车辆仍无需达到特定的二氧化碳排放目标，但这种情况最早可能在2025年发生改变……”。“包括小松、卡特彼勒、日立、约翰迪尔和沃尔沃在内的领先工业制造商预计，电动化非公路车辆的燃料成本可节省20%至50%。”

罗兰贝格预测，小型车辆和矿用车辆将引领电气化进程。目前，山猫（Bobcat）的全电动滑移装载机和艾柏洛克（Epiroc）的矿用卡车等设备已经展现出创新能力，同时配套的充电技术也已投入使用。一些矿用设备制造商（OEM）为其大型电动车辆开发了电池更换服务，以延长运行时间，并效仿无绳手持工具用户更换电池的方式，确保持续作业。目前，一些有效载荷达18吨的装载机正在矿场作业，其可用电池容量高达450千瓦时，并且配备可更换电池。可更换电池的概念固然极好，但不同制造商的矿用车辆电池却无法互换。

无论环境如何，建筑专业人士都会问自己两件事：我一天能完成多少工作，以及这项工作的成本是多少？

为工地通电

建筑行业不应将电气化作为独立的项目，而应实现工地和整个车队的电气化。

这意味着将机器与电池分离。考虑采用模块化设计，例如高压电池模块，这将推动电气化进程。通过分析零排放作业现场完成一天工作所需的步骤，项目经理可以确定机器所需的电池容量。例如，工人在使用电钻时，会根据计划的工作选择合适容量的电池，或者确保备有足够的备用电池。

一台 ZQuip 挖掘机正在美国纽约州西塞内卡 Moog Construction 的试验场进行挖掘作业。

对于工程机械而言，确保足够的运行时间至关重要。为此，原始设备制造商 (OEM) 和客户似乎都觉得必须为机器配备尽可能大的电池（例如 800kWh），才能完成作业并留有余力。然而，电池容量的最大化只会推高机器的价格。

挑战不在于最大化，而在于优化。但即使是价格更高的电动挖掘机上配备的超大容量电池，也无法保证克服普及应用的一大障碍：消除里程焦虑，并确保无论在何种条件下都能完成工作。

为了实现工地电气化和零排放，建筑行业应该开始将现有的柴油-电动工程车辆改造为模块化电池动力车辆。这些改造后的车辆可以使用快速充电、可更换的电池模块，这些模块适用于任何品牌和型号的车辆。此外，当这些模块不安装在车辆上时，它们还可以作为发电机组使用，为拖车提供照明、供暖或制冷等功能。

模块化实践

想象一下，将一台柴油动力卡特彼勒挖掘机改装成电动型号，同时将一台小松轮式装载机和一台山猫履带式装载机也改装成电动型号，然后，能够在作业现场运行的三台机器上使用相同尺寸的电池模块。

挖掘机可能需要三到四个高压电池模块，小型履带式装载机需要一个模块，轮式装载机需要两个模块。每台机器上的电池模块会依次放电，但可以通过软件编程使其并联供电。

这种方法为客户提供零排放机械，并配备满足作业需求的精准电池容量。例如，假设挖掘机电量不足，轮式装载机可以驶到挖掘机旁边，连接自身的电池模块为其“充电”，甚至可以借助伸缩臂叉装机将自身的电池模块借给挖掘机。有了这样的模式，操作人员可以在不同机器之间互换电池，使用高压电缆进行机器间的充电，或者通过独立模块或快速充电系统快速为机器充电。

Moog与Bobcat合作开发了全电动T7X紧凑型履带装载机，该产品于2022年CES展会上推出。（图片：Bobcat）

假设一个建筑工地有六台机器，它们使用可互换的电池模块；其中两台需要 800 千瓦时的电池容量，另外四台每台需要 400 千瓦时。一天的总能量消耗为 3.2 兆瓦时，相当于 23 个 140 千瓦时的电池模块。相比之下，一些原始设备制造商 (OEM) 生产的传统纯电动汽车，例如，上述六台机器上的每台都配备了 800 千瓦时的电池。在这种情况下，所有者将为未使用的电池容量支付 50% 的额外费用。模块化设计的价值体现在两个方面。首先，所有机器都配备了可互换的快速充电电源。其次，能量容量与所需的工作量相匹配。换句话说，工地始终能在需要时获得适量的电力。设备所有者和租赁者不应该为他们不需要的电力付费。

电气化的优势之一在于，它可以集成控制和监控传统柴油液压机械无法实现的功能的软件。

在所有类型的机器中采用可更换电池模块的概念，将包含一个软件层，使电动机、智能控制器和热套件能够调节电池模块的温度，从而在各种气候条件下高效运行。

该系统会将信息发送给设备所有者、租赁公司和分销商，让他们了解机器正在执行何种作业以及消耗多少能源。提前获知电池模块电量不足，可以让操作员在比加满柴油更短的时间内更换模块。

如果机器归租赁公司所有，电池模块的软件会通知该公司将一个或多个模块运送到作业现场。当操作员方便暂停作业并更换电池时，机器即可获得新的电池模块。这消除了里程焦虑，并确保设备所有者只需为当天作业现场所需的电池电量付费。

使柴油电力转换工作顺利进行

采用模块化方式将柴油机械改装成电池电动机械，可以有效解决阻碍电动机械普及的难题。具体操作如下：改装过程需要拆除柴油发动机、油箱、配重和软管。其余液压系统保持不变。实际上，只需将电池模块线束改装到原发动机的位置，电动化改装就变成了一种简洁的方式来驱动机器的液压泵。一个或多个电池模块可以作为配重。而且，由于发动机已被拆除，维修人员可以更方便地检修液压系统。

每完成一台机器的改造，业主、运营商、租赁公司和经销商的价值都会提升，因为一个标准电池模块就能为全球任何一台机器供电。如果整个行业能够从专注于销售电动机器转向实现作业现场和整个车队的电气化，就能以最高效、最经济的方式实现低碳排放。

Chris LaFleur是 ZQuip 的总经理。