中国非道路机械电动化案例集

随着工业活动的不断扩张、城市化进程的加速推进，建筑、农业、矿业等多个领域对非道路机械的需求持续上升。然而，传统柴油动力设备的排放对空气质量和碳减排目标构成严峻挑战。面对这一现实，中国正积极推动非道路机械的清洁转型，本案例集集中展现了其中的探索与实践。 本文作者 李今鉴、何卉、马艺菲（国际清洁交通委员会）储典、邓雨琪（成都天府创新环境科技研究院有限公司） 鸣谢 作者在此谨向C40城市气候领导联盟的André Aasrud与刘笑宇，以及国际清洁交通委员会（ICCT）的同事Felipe Rodríguez表示诚挚感谢，感谢他们为本案例集提出的建设性审阅意见和宝贵建议。同时，我们也感谢Kyle Gipson、Tomás Francisco Husted、ValerieSheckler、王若素、彭砚、D’Errah Scott在编辑方面给予的支持。 参考文献 《中国移动源环境管理年报2024》https://www.mee.gov.cn/hjzl/sthjzk/ydyhjgl/202503/W020250326518388591055.pdf International Council on Clean Transportation1500 K Street NW, Suite 650Washington, DC 20005 chinacommunications@theicct.org | www.theicct.org.cn | WeChat: ICCT_China 目录 案例一成都市某酒厂电动挖掘机应用案例：降低安全隐患，提升工作效率............................ 5案例二无锡市应用案例：电动挖掘机具备应用潜力，但仍受限于基础设施建设..................... 7案例三成都市天府永兴实验园区电动工程机械应用案例：全国第一个近零碳排放试点建筑工地.............................................................................................................................. 9案例四西昌市隧道建设项目应用电动挖掘机：改善空气质量和施工人员安全......................11案例五红河州矿山应用电动挖掘机：证明电动化切实可行.......................................................13案例六中国北方最大内河港口应用电动挖掘机：削减排放的同时节约成本..........................15 3.电动装载机应用案例....................................................................................................... 17 案例七成都市某水泥厂应用电动装载机：在高强度作业下实现快速回本...............................19案例八柳州市某生物质发电厂应用电动装载机：利用厂区的可再生电力实现高性价比运行..............................................................................................................................21案例九梁山港应用电动装载机：替代柴油机械，推进低碳转型..............................................23 4.电动旋挖钻机应用案例................................................................................................... 25 案例十成都市某建筑工地应用电动旋挖钻机：带来可观的成本节省..................................... 27 5.整体经验总结................................................................................................................. 29 1.概述 中国的非道路移动机械是一类非常关键却又常被忽视的移动排放源。目前，监管部门针对道路车辆的管理标准正在不断加严，但对于挖掘机、装载机、叉车和旋挖钻机等非道路工程机械的减排政策仍相对不够完善，这导致了非道路领域在城市空气污染排放中所占的比例日益上升。根据《中国移动源环境管理年报》（中华人民共和国生态环境部，2024年），包括工程机械、农业机械、小型通用机械、船舶、飞机、铁路机车等在内的非道路移动源，正逐步接近或超过道路移动源，成为交通领域大气污染物的主要贡献源。以2023年为例，非道路移动源排放氮氧化物（NOX）453万吨，几乎与道路移动源的473万吨相当；其颗粒物（PM）排放为22.4万吨，远高于道路车辆的4.4万吨。其中，仅工程机械就贡献了全国移动源NOX排放的13%和PM排放的26%（中华人民共和国生态环境部，2024年）。 非道路工程机械通常在人员密集区域和建筑工地上运行，为一线工人和周边社区带来较为严重的环境与健康风险，同时其排放出的黑碳和二氧化碳（CO2）还会加剧气候变化。在越来越多的城市努力实现空气质量目标和碳减排目标的过程中，向零排放工程机械转型已成为一项关键战略。零排放替代方案不仅能够消除尾气中的氮氧化物（NOX）和颗粒物（PM）排放，还能显著降低温室气体（GHG）排放和噪声，从而带来显著的环境效益。 近年来，中国各大机械设备制造商已针对不同设备类别、尺寸和功率范围开发出了丰富的零排放工程机械产品组合。截至2024年，市场上零排放产品最丰富的是挖掘机，共有81款电动机型；其次是装载机，共有76款电动机型；其他类型的建筑机械也均有几十款电动机型可供选择。在动力方面，电池动力系统已成为产品主流配置，同时还出现了有线供电等其他解决方案。快速充电能力的提升以及在部分应用场景下使用换电机型均推动了电池动力系统的发展。作为全球最大的工程机械生产国、消费国以及出口国，中国有望实现清洁技术的跨越式发展，并引领全球向零排放工程机械过渡转型。 为更好地了解零排放工程机械在实际应用中的表现，并展示有望推动更广泛应用的早期成功实践，本案例集基于在中国六座城市开展的大量一线研究（见图1），系统整理了零排放机械在各行业和施工现场的使用情况。我们与机械设备操作员、工地管理方、设备租赁企业以及制造商开展了深入交流，了解了电动非道路工程机械的实际运行状况，通过观察日常运行、充电实践、技术规格和分析成本数据，我们首次呈现出了零排放工程机械的实际使用性能。本案例集将重点展示挖掘机、装载机和旋挖钻机的代表性案例，并对其运营可行性、节能收益和财务影响进行了详细评估。 2电动挖掘机应用案例 案例一 成都市某酒厂电动挖掘机应用案例：降低安全隐患，提升工作效率 成都市的一家传统酒厂，过去完全依靠人工进行酒糟的铲运。在应用了一台零排放电动挖掘机后，酒厂的日常运营发生了显著变化。与其他许多酒厂一样，该酒厂此前也从不使用柴油机械设备，这主要是出于两点顾虑：一是作业区内不能出现明火，存在安全隐患；二是担心燃油机械排放的尾气会对产品质量造成影响。 该酒厂此次配备的这台电动挖掘机的铲斗容量为0.04立方米（m3）恰好能够契合酒厂的需求。在作业效率上，电动挖掘机远优于人工，每个装舀循环仅需十几秒，速度是此前两人轮换作业的两倍。挖掘机上午、下午各运行3小时，利用午餐时间充电，全天运行稳定可靠。此外，电动挖掘机噪声小，非常适合封闭室内作业，提升了舒适度，同时不会为周边工作人员带来健康风险。尽管履带式设计在平整的水泥地面上移动速度不及轮式机械，但其稳健、可控的运行方式十分适合酒厂的作业工况需求。 从项目经济性角度来看，电动挖掘机相较于柴油机型的投资回收周期（也就是抵消电动机型相较柴油机型高出的前期成本所需的时间）大约为3年。 从本案例中获得的相关经验 案例二 无锡市应用案例：电动挖掘机具备应用潜力，但仍受限于基础设施建设 在无锡的一个大型施工现场，项目团队启动了一项针对施工机械和运输车辆的综合电动化试点。作为试点计划的一部分，在施工现场应用了一台三一牌SY215E电动挖掘机，用于在2个半月的项目周期内完成约18万立方米的土方作业，每天运行时长为3–4小时。在应用于重黏土开挖和土方转运的情况下，这台电动挖掘机展现出了与柴油机型相当的性能，挖掘力和作业循环时间均可比肩柴油机型。运行成本方面，电动挖掘机的每日用电成本仅为人民币140元，不到同类柴油机械燃料成本的三分之一。 然而，项目在克服充电难题方面却举步维艰。由于当地电网容量限制，以及升级电网所需的多部门审批流程耗时漫长，现场安装大功率充电设施的计划受阻。诸如移动储能集装箱等便携式充电方案也因前期规划和场地准备不足而无法施行。最终的充电替代方案是临时将挖掘机拖运至附近的公共充电站（如电动公交车使用的充电站）进行充电，但这一方法劳动强度大且耗时长，最终被放弃。在仅能使用慢充的情况下，项目团队不得不将原本应用两台电动挖掘机的计划缩减为一台，导致日生产率降低。更关键的是，电动挖掘机每月租金为人民币4万元，整个项目期间的租金合计约10万元，较柴油机高出约人民币5.75万元。施工阶段的能源成本节省不足以弥补这一成本差距。 尽管如此，这次实践仍然证明了只要充电基础设施和成本障碍得到解决，电动挖掘机完全能够在实际使用中胜任严苛的施工任务。 从本案例中获得的相关经验 优势 案例三成都市天府永兴实验园区电动工程机械应用案例：全国第一个近零碳排放试点建筑工地 成都市天府永兴实验室园区展示了清洁技术如何改变传统的施工方式。作为成都市首个近零排放施工试点，该项目获得了成都市生态环境局和住建局联合设立的专项工作组的大力支持。这一机制促进了机械设备制造商、承包商和环境专家之间的协调，旨在重点减少工程机械的排放，而工程机械恰恰是成都市最大的污染源之一。项目采用电动自卸车、搅拌车、挖掘机等车辆设备取代了柴油机型，承担了挖掘、运输、抑尘等任务。在总计8116趟自卸车运输中，电动车辆承担了其中26%的运输任务；电动搅拌车则完成了项目93.5%的运输任务。施工现场还安装了太阳能电池板和太阳能路灯，为部分用电和照明需求提供保障。 该项目为我们观察电动机械的实际性能和成本提供了机会。例如，在初期的土方开挖过程中，一台20吨的电动挖掘机在面对岩石和高黏度土壤时暴露出作业局限性，不得不换用40吨柴油挖掘机。而在作业强度相对较低的回填阶段，项目团队通过与制造商神钢（KOBELCO）建立的合作协议，测试应用了一台电动挖掘机原型机，协议内容为通过试用该设备，收集真实工况数据和用户反馈。结果显示，这台电动挖掘机的日均运行成本比同类柴油机低12%，在80天的项目周期内节省了6640元人民币。这一案例展示了通过战略合作推动新兴电动工程机械发展应用的可行性。 项目的成功还得益于地方政府在充电基础设施方面的支持。项目工地中铺设了电动自卸车充电的专用电路，还安装了一台功率150千瓦、带双充电接口的充电桩，车辆设备可在1–1.5小时内完成充电，支持连续运行约7小时。 这一案例表明，在合理规划与地方管理部门的支持下，大规模施工项目可以主要依靠电动机械来完成。展望未来，更多的大型电动机械设备租赁方案、更完善的物流规划以及更健全的数据跟踪体系，将是推动电动机械更广泛应用的关键。成都市计划将这一模式推广到包括道路基础设施建设在内的其他建设项目，并建立项目环境绩效的评估体系。 从本案例中获得的相关经验 优势 劣势 •!温室气体大幅减排