燃料電池挖掘機丨韓國積極拓展氫能在建筑機械裝備領域的應用
來源：拉瓦錫1787 2020-02-25
氫燃料電池不僅適用于汽車，還可以用于船舶、火車、無人機、建筑機械等多種場景。燃料電池挖掘機的研發和應用過程體現了韓國政府推動氫能“產學研用”及配套標準建設的典型流程，值得借鑒。
氫燃料電池不僅適用于汽車，還用于船舶、火車、無人機、建筑機械等多種場景。尤其是在倉儲物流、受限空間建設等需要長時間進行環保作業場景中，燃料電池裝備的作用尤為突出。
美國、日本等主要國家已在燃料電池叉車開發和應用方面遙遙領先。韓國2016年著手燃料電池叉車和挖掘機的商用化，2018年氫能經濟路線圖提出要“培育以燃料電池叉車和挖掘機為中心的氫能建筑機械產業”，但由于認證、標準化和氫能基礎設施的限制，普及程度差強人意，但情況正在發生變化。繼Gaon-cell開發出2種叉車用燃料電池動力系統后，磐漢工業開發出2噸級挖掘機用燃料電池動力系統，并在2019年完成了裝車驗證。
磐漢工業一直致力于開發各種燃料電池應用場景，包括潛艇用燃料電池、建筑用燃料電池、建筑機械用燃料電池、加氫站等多個領域。2016年5月-2019年9月，磐漢工業聯合韓國工程技術研究所、漢陽大學等單位聯合完成了 “2噸級建筑機械設備燃料電池動力系統”開發，確保了其在建筑機械用燃料電池系統術及燃料電池挖掘機領域的地位。
Gaon-cell 叉車用燃料電池系統
該課題以研發適用建筑工程現場使用的抗震、環保的15千瓦級燃料電池動力系統為目標，完成了15千瓦級(燃料電池8千瓦，動力電池7千瓦)燃料電池動力綜合模塊、抗震設計技術、燃料電池與電池混合動力優化駕駛技術開發，并研制了燃料電池重型設備原型。
第一年度，制造燃料電池組原型，開發出電堆、電池、電源變換器、高壓氫罐、冷卻扇等核心零部件。
第二年度，通過優化零部件完成局部模塊化，實現緊湊型燃料電池動力電池系統開發。同時，對挖掘機進行改造設計，根據建設現場燃料電池挖掘機的多種應用工況，確定每種操作需要的動力系統響應特性，并比較了現有柴油挖掘機和燃料電池挖掘機的能效。
第三年度，對燃料電池挖掘機基本性能和操作模式進行綜合評價，并通過工程現場應用予以改善。隨后生產原型，并送美國國家工程機械研究所進行測試。
磐漢工業通過兩個原型改善了燃料電池系統的性能。最終定型為590×780×295mm，比主原型（610×900×374mm）更為精簡。系統效率為44.2％，每次充氫后的最長可工作9小時，電源和車輛部件的耐久性達到了大多數開發目標。與同等建筑設備（發動機類型）相比，實際車輛性能達到108％。
磐漢工業燃料電池挖掘機原型圖
當前，燃料電池挖掘機運行成本比柴油挖掘機便宜。柴油挖掘機每小時消耗燃料2.96L（4,144韓元），燃料電池挖掘機每小時消耗燃料4,736L（3,383韓元）。根據韓國政府發布的氫能發展路線圖，氫氣價格將從目前的8,000韓元/公斤下調到2022年6,000韓元/公斤，2030年4,000韓元/公斤，2040年3,000韓元/公斤。如此，燃料電池挖掘機的能源費用改善率到2022年將達到63%，到2030年將達到145%，到2040年將增至227%。
磐漢工業表示，通過此次課題開發有望提高燃料電池在各種重型設備上應用的可能性。考慮到韓國建筑機械銷售額的60%以上來自海外，在裝備開發時可兼顧歐洲等發達國家的環保規定以擴大海外出口規模。2020年開始，公司將啟動為期4年的“14噸級氫燃料電池建筑機械裝備”課題研究（14噸級裝備在建筑現場使用頻率最高），開發中大型建筑機械用燃料電池動力系統平臺，并通過實車示范和長期測試奠定商業化基礎。
無獨有偶，現代汽車公司燃料電池業務部門、現代重工建筑設備研究院與現代摩比斯本周宣布聯合開發燃料電池工程機械裝備。三方計劃在2021年前開發氫燃料電池挖掘機和氫燃料電池叉車原型，經過運行示范后，2023年投入商用。其中，現代重工建筑設備研究院負責設計和制造氫燃料電池叉車和挖掘機，并將對開發的建筑機械進行綜合評估。現代重工在全球140個國家擁有540多個經銷商網絡，在美國、歐洲、中國、印度、巴西和印度尼西亞設有子公司，有助于加速氫能源在工程機械領域的應用。
雖然燃料電池挖掘機應用前景可期，但在投入商用化之前尚需需要克服眾多困難。譬如需要持續對建筑機械特性和環境應用進行技術開發和完善。建筑裝備與汽車相比，在負載、控制特性、動力傳動和發動機運轉機制上均存在差異，同時工作環境惡劣，現場還會有震動和粉塵。
韓國政府除考慮對燃料電池挖掘機進行補貼外，還計劃通過核心技術研發搶占全球標準認證的先機。韓國國立技術研究所計劃以磐漢工業課題為基礎向國際電工委員會提交國際標準申請。這將是全球建筑機械領域首個燃料電池應用標準，并且可以拓展應用于農業機械、物流及采礦機械。
（圖文信息來自磐漢工業和Gaon-cell ）
