燃料电池挖掘机丨韩国积极拓展氢能在建筑机械装备领域的应用

氢燃料电池不仅适用于汽车，还可以用于船舶、火车、无人机、建筑机械等多种场景。燃料电池挖掘机的研发和应用过程体现了韩国政府推动氢能“产学研用”及配套标准建设的典型流程，值得借鉴。

氢燃料电池不仅适用于汽车，还用于船舶、火车、无人机、建筑机械等多种场景。尤其是在仓储物流、受限空间建设等需要长时间进行环保作业场景中，燃料电池装备的作用尤为突出。

美国、日本等主要国家已在燃料电池叉车开发和应用方面遥遥领先。韩国2016年着手燃料电池叉车和挖掘机的商用化，2018年氢能经济路线图提出要“培育以燃料电池叉车和挖掘机为中心的氢能建筑机械产业”，但由于认证、标准化和氢能基础设施的限制，普及程度差强人意，但情况正在发生变化。继Gaon-cell开发出2种叉车用燃料电池动力系统后，磐汉工业开发出2吨级挖掘机用燃料电池动力系统，并在2019年完成了装车验证。 

磐汉工业一直致力于开发各种燃料电池应用场景，包括潜艇用燃料电池、建筑用燃料电池、建筑机械用燃料电池、加氢站等多个领域。2016年5月-2019年9月，磐汉工业联合韩国工程技术研究所、汉阳大学等单位联合完成了 “2吨级建筑机械设备燃料电池动力系统”开发，确保了其在建筑机械用燃料电池系统术及燃料电池挖掘机领域的地位。

Gaon-cell 叉车用燃料电池系统

该课题以研发适用建筑工程现场使用的抗震、环保的15千瓦级燃料电池动力系统为目标，完成了15千瓦级(燃料电池8千瓦，动力电池7千瓦)燃料电池动力综合模块、抗震设计技术、燃料电池与电池混合动力优化驾驶技术开发，并研制了燃料电池重型设备原型。

第一年度，制造燃料电池组原型，开发出电堆、电池、电源变换器、高压氢罐、冷却扇等核心零部件。

第二年度，通过优化零部件完成局部模块化，实现紧凑型燃料电池动力电池系统开发。同时，对挖掘机进行改造设计，根据建设现场燃料电池挖掘机的多种应用工况，确定每种操作需要的动力系统响应特性，并比较了现有柴油挖掘机和燃料电池挖掘机的能效。

第三年度，对燃料电池挖掘机基本性能和操作模式进行综合评价，并通过工程现场应用予以改善。随后生产原型，并送美国国家工程机械研究所进行测试。

磐汉工业通过两个原型改善了燃料电池系统的性能。最终定型为590×780×295mm，比主原型（610×900×374mm）更为精简。系统效率为44.2％，每次充氢后的最长可工作9小时，电源和车辆部件的耐久性达到了大多数开发目标。与同等建筑设备（发动机类型）相比，实际车辆性能达到108％。

磐汉工业燃料电池挖掘机原型图

当前，燃料电池挖掘机运行成本比柴油挖掘机便宜。柴油挖掘机每小时消耗燃料2.96L（4,144韩元），燃料电池挖掘机每小时消耗燃料4,736L（3,383韩元）。根据韩国政府发布的氢能发展路线图，氢气价格将从目前的8,000韩元/公斤下调到2022年6,000韩元/公斤，2030年4,000韩元/公斤，2040年3,000韩元/公斤。如此，燃料电池挖掘机的能源费用改善率到2022年将达到63%，到2030年将达到145%，到2040年将增至227%。

磐汉工业表示，通过此次课题开发有望提高燃料电池在各种重型设备上应用的可能性。考虑到韩国建筑机械销售额的60%以上来自海外，在装备开发时可兼顾欧洲等发达国家的环保规定以扩大海外出口规模。2020年开始，公司将启动为期4年的“14吨级氢燃料电池建筑机械装备”课题研究（14吨级装备在建筑现场使用频率最高），开发中大型建筑机械用燃料电池动力系统平台，并通过实车示范和长期测试奠定商业化基础。

无独有偶，现代汽车公司燃料电池业务部门、现代重工建筑设备研究院与现代摩比斯本周宣布联合开发燃料电池工程机械装备。三方计划在2021年前开发氢燃料电池挖掘机和氢燃料电池叉车原型，经过运行示范后，2023年投入商用。其中，现代重工建筑设备研究院负责设计和制造氢燃料电池叉车和挖掘机，并将对开发的建筑机械进行综合评估。现代重工在全球140个国家拥有540多个经销商网络，在美国、欧洲、中国、印度、巴西和印度尼西亚设有子公司，有助于加速氢能源在工程机械领域的应用。

虽然燃料电池挖掘机应用前景可期，但在投入商用化之前尚需需要克服众多困难。譬如需要持续对建筑机械特性和环境应用进行技术开发和完善。建筑装备与汽车相比，在负载、控制特性、动力传动和发动机运转机制上均存在差异，同时工作环境恶劣，现场还会有震动和粉尘。

韩国政府除考虑对燃料电池挖掘机进行补贴外，还计划通过核心技术研发抢占全球标准认证的先机。韩国国立技术研究所计划以磐汉工业课题为基础向国际电工委员会提交国际标准申请。这将是全球建筑机械领域首个燃料电池应用标准，并且可以拓展应用于农业机械、物流及采矿机械。

（图文信息来自磐汉工业和Gaon-cell ）