對于工程機械來說,傳統燃料為柴油,即對環境造成污染,同時也嚴重浪費能源,為了改善這一狀況,現在許多工程機械廠家投身開發新能源車輛,這對于降低環境污染,節省能源具有十分重要的意義。
新能源工程機械現狀
由于能源緊缺和環境污染的雙重壓力,節能降耗引起社會高度關注。目前,很多國內工程機械企業近年來開發出不少新能源工程機械,并且取得一定的成果。例如:燃氣(LNG)動力液壓挖掘機和燃氣動力裝載機應用LNG液化天然氣作為動力、電動叉車和電動挖掘機直接應用電能、雙動力挖掘機應用柴油及電能兩種能源、混合動力挖掘機節能降耗等工程機械已經問世。綜上分析,開發新能源工程機械一定是時代趨勢。
新能源工程機械的多樣性
由于工程機械種類眾多,而且各種類的工況及運行環境不一,所以新能源工程機械具有多樣性的特點。
LNG工程機械
天然氣作為燃料,有CNG與LNG的區別, CNG就是壓縮天然氣(Compressed Natural Gas),簡稱CNG。是天然氣加壓(超過3,600磅/平方英寸)并以氣態儲存在容器中。它與管道天然氣的成分相同。液化天然氣即為液態的天然氣 (Liquefied Natural Gas),簡稱LNG。是天然氣經過低溫冷凝等一系列處理,使天然氣在超低溫(-162°C)常壓狀態下液化,成為液化天然氣。由于CNG與LNG密度比為1:3,所以LNG發動機的續航能力更長,在工程機械上更具有發展的潛力。其基本動力構成(見圖1,略,詳見《建設機械技術與管理》雜志第三期)是燃氣發動機、一組或單個LNG氣瓶、一套汽化裝置及管路組成;應用一個特殊汽化裝置把液化天然氣汽化為氣態天然氣,通過一系列燃氣壓力調整后天然氣進入燃氣發動機(燃氣發動機低壓濾清器),在發動機裝置中進一步調整,調整后在發動機內燃燒,對外輸出的轉速、功率、扭矩等傳遞到耗功裝置,實現動力輸出。經過測試,能源消耗費用節省30%~40%。
目前,中國品牌主機企業在LNG產品開發中取得一定成果,如:在裝載機方面;徐工LNG裝載機(見圖2)在世界上率先應用和率先實現批量銷售(徐工2011年BICES展會上推出全球第一臺LNG裝載機),同時,雷沃重工、臨工、廈工等也相繼推出了LNG裝載機系列。在挖掘機方面;山重建機LNG挖掘機在世界上也率先應用,并取得一定成績(山重建機2012年在上海bauma展上展出LNG挖掘機)。另外,LNG在混凝土機械上也取得很好的應用,中聯重科、三一重工和中集凌宇還推出了多款技術成熟的混凝土攪拌車等。
然而,LNG發動機也存在一些問題需要解決:
(1)燃氣發動機與同級別柴油機相比,動力性能還有差別。例如,在重負載工作時,動力調節滯后,不能很好的適應負載變化;
(2)不能在密閉的空間里作業。LNG氣瓶在內部壓力高時,會通過放氣閥門釋放瓶內壓力,以保證瓶內壓力在安全壓力內;
(3)LNG氣體加注時,需要特殊設備,目前LNG工程機械車輛在工地上加注具有很大的局限性,這在一定的程度上限制LNG的推廣使用。
但是相對普通柴油機,LNG發動機排放污染物明顯減少,研究表明,CO2減少23%、SO2減少70% 、CO減少50%,為發動機尾氣或作為燃料使用時排放滿足更加嚴格的標準創造了條件,這對改善發動機尾氣對大氣的污染具有十分重要的意義。