Авторы
Хунгуан Ян, Фэн У, Фэнвэй Гу, Хунбо Сюй, Лили Ши, Синьшэн Чжоу, Цзянтао Ван, Чжичао Ху
Нанкинский институт сельскохозяйственной механизации, Министерство сельского хозяйства и сельских дел, Нанкин 210014, Китай
Shandong Mingsin Machinery Co., Ltd., Шаньдун, Китай
Henan Province Planting and Harvesting Agricultural Equipment Co., Ltd., Чжумадянь 463100, Китай
Тракторы широко используются в качестве самоходных силовых машин. Электрификация является одним из основных направлений экологически чистого и низкоуглеродного развития тракторов. В настоящее время электрические тракторы стали одним из основных объектов исследований в странах мира. В данном исследовании представлен всесторонний обзор прогресса исследований в области электрических тракторов в Китае. Во-первых, проводится краткий анализ истории развития электрических тракторов, текущего состояния исследований в других странах мира и ситуации в тракторной отрасли Китая. Во-вторых, обобщены классификация и характеристики электрических тракторов. Основное внимание уделено прогрессу исследований в области двигателей электрических тракторов и их приводных трансмиссионных систем, аккумуляторов и технологии управления энергией, а также другим ключевым технологиям. Наконец, указываются некоторые возможности и проблемы, стоящие перед развитием электрических тракторов в Китае, с точки зрения рыночного спроса, государственной политики и установления стандартов.
Ключевые слова: электрический трактор; внедорожные транспортные средства; новая энергия; выбросы углерода.
(Графическая аннотация)
Как известно, тракторы являются одной из основных силовых машинных технологий, широко используемых в сельском хозяйстве, лесном хозяйстве и промышленном производстве, особенно играющих важную роль в практике сельскохозяйственного производства. Однако проблема выбросов углерода во время работы трактора не так легко игнорируется. Это стало одним из основных источников выбросов углерода в сельскохозяйственном секторе.
Используемые в настоящее время тракторы, как правило, приводятся в движение двигателями внутреннего сгорания, потребляющими дизельное топливо или бензин. Дизельные или бензиновые двигатели обычно имеют более высокий уровень загрязняющих веществ в своих выбросах при сгорании. Электрические тракторы имеют преимущества более низких выбросов и более высокой энергоэффективности по сравнению с традиционными тракторами с двигателями внутреннего сгорания. Паскуцци и др. обнаружили, что расход топлива и выбросы двуокиси углерода гибридных электрических тракторов в десять и пять раз ниже, соответственно, чем у тракторов с двигателями внутреннего сгорания. Мусазаде и др. обнаружили, что гибридный электрический трактор с подзарядкой от солнечной энергии может сократить выбросы двуокиси углерода на 14 тонн в год по сравнению с традиционными тракторами с двигателями внутреннего сгорания. Уэка и др. обнаружили, что электрические тракторы снижают потребление энергии и выбросы двуокиси углерода, необходимые для полевых работ, примерно на 70% по сравнению с традиционными тракторами с двигателями внутреннего сгорания.
В последние годы, в связи с усугубляющимися глобальными проблемами энергетики и загрязнения окружающей среды, многие страны, такие как Китай, США, Индия, Италия, Бразилия, Япония, Беларусь, Южная Корея, Россия, Австралия, Великобритания, Румыния, Иран, Швеция и Канада, начали активно развивать электрические тракторы. Эти результаты исследований внесут важный вклад в глобальное энергосбережение и сокращение выбросов.
Для дальнейшего понимания текущего состояния исследований и применения электрических тракторов в Китае, в данном исследовании был проведен всесторонний обзор. Результаты исследования могут послужить ориентиром для развития отрасли электрических тракторов в Китае и других странах.
Если быть точным, электрификация тракторов не является новым явлением. Электрические тракторы существуют уже более 130 лет, с конца 1880-х годов. На протяжении всей истории развития электрических тракторов их можно разделить на два этапа: питание от электросети и питание от аккумуляторных батарей.
Электрические тракторы, питающиеся от электросети, в основном разрабатывались до 1950-х годов и требуют подачи электроэнергии через воздушные линии электропередачи и длинные кабели. Они впервые появились в Германии в начале XX века, а в России и Великобритании — в 1930-х и 1940-х годах. На Рисунке 1 показаны некоторые репрезентативные сельскохозяйственные электрические тракторы, произведенные Германией, Великобританией и Советским Союзом.
Рисунок 1. Историческая хронология использования электрических тракторов, питающихся от электросети, в сельском хозяйстве.
Однако практика показала, что самой большой проблемой, с которой сталкиваются тракторы, питающиеся от электросети, является то, как обращаться с силовыми кабелями. Более того, существует риск износа при волочении кабелей по поверхности почвы, и они склонны запутываться с колесами трактора при разворотах на концах поля. В то же время цены на нефть в то время были низкими, и проблемам загрязнения окружающей среды не уделялось серьезного внимания, поэтому этот электрический трактор не получил широкого применения для замены традиционных тракторов.
В последние годы американский производитель John Deere предложил план разработки электрических тракторов с кабельным приводом и успешно разработал прототип к концу 2018 года. Хотя электрический трактор, разработанный John Deere, использует роботизированную руку для выпуска и втягивания силового кабеля, это в некоторой степени позволяет избежать проблемы запутывания кабеля с колесами трактора. Но до сих пор неизвестно, смогут ли электрические тракторы, питающиеся от кабелей, получить широкое распространение в будущем.
На самом деле, развитие электрических тракторов на аккумуляторных батареях связано с энергетическими и экологическими проблемами, а также с быстрым развитием электромобилей. В частности, энергетический кризис, возникший в 1970-х годах, дал большой толчок развитию электрических тракторов в странах мира. И на этом этапе электрические тракторы больше не ограничены силовыми кабелями и питаются от аккумуляторных батарей.
В 1954 году компания International Harvester Company выпустила трактор Farmall 400. Первый в мире электрический трактор на топливных элементах был изготовлен компанией Allis Chalmers Manufacturing Company в 1959 году. Этот трактор оснащен 1008 независимыми топливными элементами, которые вырабатывают электроэнергию для привода 20-сильного двигателя постоянного тока. В 1960-х и 1970-х годах компания General Electric в США выпустила электрический трактор Elec Trak, приводимый в движение свинцово-кислотными аккумуляторами и бесщеточными двигателями постоянного тока с постоянными магнитами, что еще больше способствовало развитию тракторов на аккумуляторных батареях. Впоследствии многие страны мира проводили исследования и разработки электрических тракторов на аккумуляторных батареях. На Рисунке 2 показаны некоторые репрезентативные электрические тракторы на аккумуляторных батареях.
Рисунок 2. Историческая хронология некоторых электрических тракторов на аккумуляторных батареях в других странах.
Тракторы являются наиболее важными силовыми машинами для сельскохозяйственного производства. Как показано на Рисунке 3, тракторы играют важную роль в процессах сельскохозяйственного производства, таких как вспашка, посев, уход, уборка урожая и транспортировка.
Рисунок 3. Схематическая диаграмма типичных сценариев применения тракторов.
Парк тракторов является одним из важных показателей уровня развития механизации сельского хозяйства страны. На Рисунке 4 показан парк тракторов в Китае за последние 48 лет. Согласно Рисунку 4, к концу 2022 года парк тракторов в Китае превысил 21 миллион. Парк тракторов в 2022 году в 278 раз больше, чем в 1965 году. Среди них парк тракторов большой и средней мощности превышает 5 миллионов. Парк тракторов большой и средней мощности оставался относительно стабильным с 1978 по 2005 год. В 2004 году он превысил 1 миллион, а в 2007 году — 2 миллиона. После 2007 года он показал тенденцию быстрого роста и достиг пика в 6,7 миллиона в 2017 году. Парк тракторов малой мощности находился на подъеме до 2011 года. В 1997 году он превысил 10 миллионов и достиг 18 миллионов в 2011 году. После этого он постепенно сокращался из года в год.
Рисунок 4. Парк тракторов в Китае за последние 48 лет.
Примечание: Данные получены из Статистического ежегодника сельских районов Китая, Пекин, 1980–2023, China Statistics Press. Стандарт классификации для тракторов большой/средней мощности и тракторов малой мощности после 2018 года был изменен с мощности двигателя 14,7 кВт на 22,1 кВт.
Необходимо отметить, что критерии классификации тракторов изменились в 2018 году. В частности, верхний предел мощности для тракторов малой мощности был изменен с 14,7 кВт на 22,1 кВт. Это означает, что согласно этому стандарту парк тракторов малой мощности неизбежно увеличится, в то время как парк тракторов большой и средней мощности неизбежно уменьшится, потому что по предыдущим стандартам тракторы мощностью от 14,7 до 22,1 кВт были бы отнесены к тракторам большой и средней мощности. Однако в 2018 году и далее они будут классифицироваться как тракторы малой мощности. Следовательно, это также может объяснить, почему парк тракторов малой мощности в 2018 году внезапно увеличился по сравнению с предыдущим годом. Парк тракторов большой и средней мощности в этом году внезапно уменьшится. Однако с развитием сельского хозяйства в Китае спрос на тракторы малой мощности ослаб, и фермеры обычно приобретают тракторы большой и средней мощности. Поэтому, хотя правила классификации тракторов изменились в 2018 году, парк тракторов малой мощности в последующие годы имел тенденцию к снижению. Напротив, парк тракторов большой и средней мощности увеличивается. Это явление согласуется с тенденцией масштабного и высокоэффективного развития сельскохозяйственной техники в Китае.
Кроме того, объем экспорта тракторов из Китая в 2023 году составляет около 150 000 единиц. Это будет играть важную роль в содействии развитию механизации сельского хозяйства в других странах мира, особенно в развивающихся странах вдоль «Пояса и пути».
Как известно, основной характеристикой электрических тракторов является то, что ходовая система приводится в движение электродвигателем. В настоящее время электрические тракторы в основном включают три типа: чистые электрические тракторы, гибридные электрические тракторы и электрические тракторы на топливных элементах. Мы ссылаемся на соответствующие стандарты и приводим краткий анализ концепций и характеристик трех типов электрических тракторов ниже.
Чистый электрический трактор относится к трактору, рабочая мощность которого полностью поступает от бортового устройства накопления электроэнергии или электросети. Он имеет простую конструкцию и не требует двигателя или коробки передач. Электрический трактор на топливных элементах относится к трактору, который использует систему топливных элементов в качестве единственного источника питания или гибридного источника питания, состоящего из системы топливных элементов и системы накопления перезаряжаемой энергии. Его можно дополнительно разделить на две категории: чистые электрические тракторы на топливных элементах и гибридные электрические тракторы на топливных элементах. Гибридный электрический трактор относится к трактору, который может получать питание как минимум от двух типов бортовых устройств накопления энергии. Как показано на Рисунке 5, гибридные электрические тракторы могут быть разделены на несколько типов.
Рисунок 5. Классификация гибридных электрических тракторов.
Движущая сила последовательного гибридного электрического трактора поступает только от двигателя, и различные типы энергии смешиваются с использованием электрической связи. Движущая сила параллельного гибридного электрического трактора подается одновременно или отдельно двигателем и двигателем внутреннего сгорания, и различные типы энергии смешиваются с использованием механической связи. Последовательно-параллельный гибридный электрический трактор имеет как последовательный, так и параллельный режимы привода, и различные режимы смешивания энергии могут переключаться между электрической и механической связью. Конструктивные принципы тракторов с увеличенным запасом хода и последовательных гибридных электрических тракторов схожи. Разница заключается в том, что тракторы с увеличенным запасом хода обычно работают в чисто электрическом режиме и включают вспомогательное устройство питания для подачи электроэнергии на тяговый двигатель только тогда, когда бортовой перезаряжаемый накопитель энергии не может обеспечить требуемый рабочий пробег.
Как показано в Таблице 1, после предыдущего анализа мы можем обобщить преимущества и недостатки этих типов электрических тракторов.
Таблица 1. Преимущества и недостатки различных типов электрических тракторов.
История развития электрических тракторов в Китае совпадает с историей других стран мира. Электрические тракторы также прошли через два основных этапа: питание от электросети и питание от аккумуляторных батарей.
В 1950-х годах китайские исследователи разработали первый колесный электрический трактор с питанием от сети на основе имитации советских электрических тракторов. Из-за его мощности 28 кВт он был назван «Электрический бык-28». Позже, после улучшений, были произведены второй колесный электрический трактор «Электрический бык-33» и первый гусеничный электрический трактор «Электрический бык-55». Эти три электрических трактора питались от электросети и длинных кабелей. Из-за различных факторов эти электрические тракторы не получили широкого распространения.
Вступив в XXI век, с развитием китайской индустрии электромобилей, электрификация тракторов также была поставлена на повестку дня. Многие компании и академические учреждения в Китае проводили исследования электрических тракторов на аккумуляторных батареях и их ключевых технологий. В частности, в 2007 году китайский ученый Гао Хуэйсун написал и опубликовал обзорную статью под названием «Развитие электрического трактора и ключевых технологий». В этой статье подробно представлено текущее состояние исследований электрических тракторов в мире на тот момент, что также ускорило процесс исследования электрических тракторов в Китае.
В производстве и изготовлении электрических тракторов компания Hiboridd (Пекин, Китай) Automotive Technology Co., Ltd. разработала электрический трактор на аккумуляторных батареях в 2011 году. В 2012 году China Yituo Group Co., Ltd. (Лоян, Китай) разработала электрические тракторы ET1400 и ET1400-1. В том же году Северо-Западный университет сельского и лесного хозяйства разработал небольшой гусеничный электрический трактор. В 2018 году Национальный инновационный центр сельскохозяйственного машиностроения последовательно разработал первый в Китае беспилотный электрический трактор. В 2020 году Shandong Shifeng (Group) Co., Ltd. (Ляочэн, Китай) разработала электрические тракторы мощностью 25 и 35 лошадиных сил. В 2021 году Shandong Mingsin Machinery Co., Ltd. (Шаньдун, Китай) разработала серию электрических тракторов 254. В 2022 году China Yituo Group Co., Ltd. разработала высокомощный дизель-электрический гибридный трактор. В 2024 году Lingong Agricultural Equipment Co., Ltd. (Линьи, Китай) разработала гибридный электрический трактор с самой высокой мощностью в мире. С 2020 года Инженерная лаборатория интеллектуального сельскохозяйственного машиностроения, Китайская академия наук, последовательно разработала серию беспилотных электрических тракторов Honghu T. Репрезентативные электрические тракторы, разработанные и производимые в настоящее время в Китае, показаны в Таблице 2.
Таблица 2. Типичные электрические тракторы в Китае.
Мы провели поиск диссертаций аспирантов по ключевому слову «электрический трактор» на двух платформах услуг данных знаний: China National Knowledge Infrastructure (CNKI) и Wanfang Data. После комплексного анализа по состоянию на 2023 год было 108 диссертаций аспирантов, непосредственно связанных с электрическими тракторами. Среди них 6 докторских диссертаций и 102 магистерских диссертации. Как показано на Рисунке 6, классификация основана на учебном заведении, времени завершения и содержании исследования диссертации.
Рисунок 6. Классификация гибридных электрических тракторов.
Примечание: NJAU — это аббревиатура Нанкинского сельскохозяйственного университета. NWSUAF — Северо-Западный университет сельского и лесного хозяйства. UJS — Университет Цзянсу. HAUST — Хэнаньский университет науки и техники. TUST — Тяньцзиньский университет науки и техники. SDUST — Шаньдунский университет науки и техники. SXAU — Шаньсийский сельскохозяйственный университет. ZAFU — Чжэцзянский сельскохозяйственный и лесной университет. QLU — Цилуский технологический университет. SDUT — Шаньдунский технологический университет. Другие в основном относятся Китайскому сельскохозяйственному университету, Тяньцзиньскому университету технологий и образования, Китайской академии сельскохозяйственных наук, Университету Шихэцзы, Чунцинскому университету Трех ущелий, Хубэйскому технологическому университету, Сианьскому технологическому университету, Университету Хунань, Ляонинскому технологическому университету и Университету сельского хозяйства и инженерии Чжункай. (a) Количество диссертаций аспирантов из разных учебных заведений. (b) Количество диссертаций аспирантов в разное время. (c) Анализ трех ведущих учреждений по количеству диссертаций аспирантов. (d) Количество диссертаций аспирантов, разделенное по содержанию исследований.
Согласно Рисунку 6a, тремя ведущими учебными заведениями с наибольшим количеством диссертаций аспирантов являются NJAU, UJS и HAUST. Сумма диссертаций аспирантов из этих трех учреждений составляет 62% от общего числа. Согласно Рисунку 6b,c, самая ранняя диссертация аспиранта была опубликована в 2008 году в NJAU. Как в 2019, так и в 2020 году 15 аспирантов занимались исследованиями электрических тракторов. Как показано на Рисунке 6d, содержание исследований этих диссертаций аспирантов в основном затрагивает приводную трансмиссионную систему и управление энергопитанием электрических тракторов. Их доля достигла более 50%. Это косвенно указывает на то, что приводная трансмиссионная система и управление энергопитанием являются горячими и сложными темами в исследованиях электрических тракторов. В целом, в Китае много аспирантов, занимающихся исследованиями электрических тракторов.
Аналогичным образом, эти академические учреждения с 2007 года провели обширные исследования различных типов электрических тракторов и их ключевых технологий и достигли плодотворных результатов.
Использование электродвигателей для привода является одним из основных различий между электрическими тракторами и традиционными тракторами. Исследования электродвигателей и их приводных трансмиссионных систем также являются одной из горячих тем для электрических тракторов. На Рисунке 7 показан тип двигателей, используемых в электрических тракторах.
Рисунок 7. Типы двигателей, используемых в электрических тракторах.
В настоящее время приводные трансмиссионные системы, используемые для электрических тракторов, в основном включают приводы с одним двигателем, независимые или связанные приводы с двумя двигателями и независимые приводы с четырьмя двигателями. В Таблице 3 сопоставлены приводные системы с разным количеством двигателей и сельскохозяйственными сценариями.
Таблица 3. Соответствие различных приводных систем и сельскохозяйственных сценариев.
Тем временем китайские ученые провели обширные исследования этих приводных систем двигателей и их согласования параметров.
(1) Привод с одним двигателем
Привод с одним двигателем относится к использованию одного двигателя для привода двух задних колес или обеих гусениц трактора. На Рисунке 8 показана типовая структурная схема чистых электрических тракторов, приводимых в движение одним двигателем.
Рисунок 8. Схематическая диаграмма электрического трактора с приводом от одного двигателя: (a) колесный электрический трактор; (б) гусеничный электрический трактор.
Примечание: Механическое передаточное устройство в основном относится к комбинации коробки передач, сцепления, редуктора, дифференциала и т.д.
Электрические тракторы с приводом от одного двигателя являются самым ранним и простым типом приводной трансмиссионной системы, широко используемой в различных типах электрических тракторов.
Колесный чистый электрический трактор с приводом от одного двигателя
Нанкинский сельскохозяйственный университет был одним из первых учреждений, проводивших исследования колесных чистых электрических тракторов с приводом от одного двигателя. Они систематически изучали теорию проектирования, движущую силу и эффективность передачи одно-двигательной приводной трансмиссии. Они проводили имитационные эксперименты на системах привода двигателя с использованием программного обеспечения ADVISOR и разработали испытательный стенд для проверки производительности. Ши и др. предложили схему приводной системы для ручного чистого электрического трактора. Чэнь и др. изучали одно-двигательную приводную систему для чистых электрических тракторов, подходящих для холмистых и горных районов. Се и др. разработали контроллер двигателя для колесных чистых электрических тракторов. Нин и др. разработали чистый электрический трактор с регулируемым положением аккумулятора, приводимый в движение одним двигателем.
Гусеничный электрический трактор с приводом от одного двигателя
Северо-Западный университет сельского и лесного хозяйства проводил исследования чистых электрических тракторов с приводом от одного двигателя. Они разработали гусеничный чистый электрический трактор для использования в теплицах. Результаты проведенного эксперимента по вспашке показывают снижение затрат на потребление энергии более чем на 80%. Университет Цзянсу также провел серию исследований гусеничных чистых электрических тракторов, используемых в теплицах. Они подобрали параметры трансмиссионной системы электрического трактора и построили соответствующие стратегии управления на основе требований к мощности двигателя в различных режимах работы.
Гибридный электрический трактор с приводом от одного двигателя
В последние годы многие ученые в Китае проводили исследования последовательных, параллельных и гибридных электрических тракторов с увеличенным запасом хода и их приводных трансмиссионных систем с приводом от одного двигателя. Ши и Сюй и др. разработали трансмиссионную систему для последовательного гибридного трактора с приводом от одного двигателя. Дэн и Се и др. проанализировали трансмиссионную систему параллельного гибридного трактора с приводом от одного двигателя. Чжао и Ван и др. провели экспериментальные испытания приводных систем электрических тракторов с увеличенным запасом хода с приводом от одного двигателя.
(2) Привод с двумя двигателями
Привод с двумя двигателями относится к использованию двух двигателей для независимого привода двух задних колес или обеих гусениц трактора. Альтернативно, два двигателя могут быть соединены вместе для привода двух задних колес или обеих гусениц трактора. На Рисунке 9 показана структурная схема типичного электрического трактора, независимо приводимого в движение двумя двигателями.
Рисунок 9. Схематическая диаграмма электрического трактора, независимо приводимого в движение двумя двигателями: (a) колесный электрический трактор; (б) гусеничный электрический трактор.
Лу и др. изучали независимую приводную систему с двумя двигателями на задних колесах для серии гибридных тракторов и проводили эксперименты по вспашке. Мао и др. построили приводную систему с двумя двигателями для электрических тракторов и проводили имитационные эксперименты. Чжао и др. разработали метод переключения режимов для приводной системы с двумя двигателями электрического трактора. Се и др. изучали передаточные характеристики привода с двумя двигателями в электрических тракторах. Ли и др. провели систематическое исследование передаточных характеристик связанной приводной системы с двумя двигателями для электрических тракторов. Чэнь и др. разработали и проанализировали стратегию распределения крутящего момента для электрического трактора с связанным приводом от двух двигателей. Чжан и др. изучали стратегию нечеткого ПИ-регулирования для электрических тракторов с связанным приводом от двух двигателей.
(3) Привод с четырьмя двигателями
Привод с четырьмя двигателями относится к использованию четырех двигателей для независимого привода четырех колес трактора. На Рисунке 10 показан колесный электрический трактор, независимо приводимый в движение четырьмя двигателями. Ань и др. изучали характеристики дифференциального рулевого управления электрического трактора с независимым приводом на четыре колеса. Дэн и др. проанализировали динамические характеристики электрического трактора с независимым приводом от четырех двигателей. Чжоу и др. изучали проблему распределения крутящего момента электрического трактора, независимо приводимого четырьмя двигателями.
Рисунок 10. Схематическая диаграмма электрического трактора, независимо приводимого в движение четырьмя двигателями.
Аккумулятор является источником энергии электрических тракторов, и его выбор и технология управления энергией имеют большое значение для повышения производительности и срока службы электрических тракторов. Ранние электрические тракторы использовали свинцово-кислотные аккумуляторы в качестве источника энергии. В настоящее время электрические тракторы обычно используют литий-ионные аккумуляторы, суперконденсаторы и топливные элементы в качестве источников энергии.
В настоящее время китайские ученые провели обширные исследования технологий аккумуляторов и управления энергией, используемых в электрических тракторах. Ли и др. проанализировали проблемы адаптивного управления энергией и конфигурации емкости в системах питания чистых электрических тракторов. Ван и др. построили модель управления энергией для электрических тракторов с увеличенным запасом хода. Сюй и У и др. изучали алгоритмы управления энергопотреблением для электрических тракторов с увеличенным запасом хода. Чжао и др. изучали стратегии управления энергией гибридных электрических тракторов. Ли и др. изучили стратегию адаптивного управления энергией в реальном времени для электрических тракторов с приводом от двух двигателей. Ли и др. проанализировали стратегии управления энергией электрических тракторов на основе динамического программирования. Шэн и др. изучали стратегии управления энергией для электрических тракторов на основе прогнозирования потребляемой мощности. Ся и др. изучали стратегию управления энергией для электрических тракторов на основе литий-ионной электроники и суперконденсаторов. Исследователи из HAUST и UJS провели систематическое исследование стратегий управления энергией электрических тракторов на топливных элементах, что внесло важный вклад в продвижение использования энергии электрических тракторов на топливных элементах.
Разработка испытательного стенда для проверки характеристик электрических тракторов и их ключевых компонентов имеет большое значение. Ван и др. построили испытательную платформу последовательного гибридного электрического трактора и проводили испытания ротационной обработки почвы в чисто электрическом и гибридном режимах питания. Сюй и др. разработали комплексный испытательный стенд для электрических тракторов с использованием модульного подхода. Результаты испытаний производительности, проведенных на испытательном стенде, показали, что погрешность по сравнению с предыдущим имитационным анализом составляла в пределах 10%.
Кроме того, было проведено много исследований по проектированию ключевых компонентов для электрических тракторов, общему тестированию производительности, планированию маршрутов операций и беспилотному вождению. Эти результаты исследований еще больше способствуют технологическому прогрессу и уровню интеллекта электрических тракторов в Китае.
Большое количество практики доказало, что электрические тракторы имеют много преимуществ, таких как экологичность, энергосбережение, простота управления и легкая реализация интеллекта. В Таблице 4 показаны результаты сравнения производительности между электрическими тракторами и традиционными тракторами.
Таблица 4. Сравнение производительности электрических тракторов и традиционных тракторов.
Таким образом, исследования и применение электрических тракторов имеют большое значение, особенно для сельскохозяйственного производства и стран, использующих тракторы, таких как Китай. Однако вокруг развития электрических тракторов также существует много возможностей и проблем.
(1) В настоящее время Китай является крупнейшим в мире производителем и пользователем тракторов. К концу 2022 года парк используемых тракторов превысил 21 миллион. Развитие и применение электрических тракторов имеют широкие рыночные перспективы. В то же время Китай разработал различные электрические тракторы в последние годы. В Таблице 5 показано сравнение электрических тракторов, разработанных в Китае, и тех, которые разработаны в других странах мира. Из Таблицы 5 мы видим, что электрические тракторы, разработанные в Китае, синхронизированы с международным передовым уровнем и превосходят другие страны по рабочей мощности.
Таблица 5. Сравнение типичных электрических тракторов в Китае и других странах мира.
(2) Новые энергетические транспортные средства Китая получили широкое распространение и использование. В 2024 году производство и продажи новых энергетических транспортных средств в Китае составили 12,888 млн и 12,866 млн соответственно, что на 34,4% и 35,5% больше по сравнению с предыдущим годом. На Рисунке 11 показан уровень проникновения на рынок новых энергетических электрических транспортных средств в Китае. Мы видим, что он постоянно растет в последние годы. Особенно в 2021 году произошло увеличение на 8 процентных пунктов по сравнению с предыдущим годом. Двигатели, аккумуляторы и технологии электронного управления, используемые в новых энергетических транспортных средствах, могут быть непосредственно применены к электрическим тракторам. Быстрое развитие электромобилей в Китае, несомненно, значительно ускорит процесс электрификации тракторов.
Рисунок 11. Уровень проникновения на рынок новых энергетических транспортных средств в Китае.
(3) В последние годы правительство Китая продолжает поддерживать исследования и применение электрических тракторов. Это включает запуск национальных ключевых проектов исследований и разработок, связанных с электрическими тракторами, разработку схемы продвижения и оценки колесных электрических тракторов и предоставление субсидий на покупку высокомощных гибридных тракторов. Как показано в Таблице 6, правительство Китая поддерживало развитие электрических тракторов посредством политики, проектов и субсидирования финансирования.
Таблица 6. Государственная политика и поддержка проектов для электрических тракторов.
(1) Сценарии применения тракторов значительно отличаются от сценариев применения транспортных средств. Помимо функций дорожного движения, как правило, необходимо перевозить сельскохозяйственную технику для полевых работ. Тракторам часто требуется большое количество энергии для работы в сложных полевых условиях, особенно в сценариях применения электрических тракторов для вспашки, экскавации и уборки подземных культур. Это одна из проблем, с которыми сталкиваются при исследовании и проектировании электрических тракторов.
(2) Вокруг сельскохозяйственных угодий отсутствуют объекты зарядки и замены аккумуляторов. В настоящее время зарядная инфраструктура Китая в основном сосредоточена в крупных и средних городах, и эти зарядные объекты в основном используются для электромобилей. В сельских районах мало зарядных объектов для электромобилей или электрической сельскохозяйственной техники. В последние годы правительство также ввело политику поддержки строительства зарядной инфраструктуры в сельской местности, например, Руководящие указания Главного управления Государственного совета о дальнейшем создании высококачественной системы зарядной инфраструктуры в 2023 году. В этих указаниях четко говорится о необходимости создания эффективного покрытия сельских зарядных сетей. В целом, строительство зарядной инфраструктуры в сельских районах Китая все еще находится на ранней стадии, в основном ограничиваясь следующими причинами:
① Земля в сельской местности охраняется, и частным предприятиям трудно решить проблему земельных атрибутов для строительства большого количества зарядных станций.
② Сельские территории очень обширны, население рассредоточено, а плотность электросетей низкая, что затрудняет удовлетворение крупномасштабного спроса на зарядку.
③ Из-за большой площади сельской местности существует нехватка офлайн-персонала для обслуживания зарядной инфраструктуры.
Для решения вышеуказанных проблем правительство должно проводить пилотные проекты в сельских районах с хорошей инфраструктурой электросетей и исследовать модели опыта строительства инфраструктуры зарядки и замены в сельской местности. С другой стороны, мы должны ускорить улучшение условий сельских электросетей и повысить энергетическую безопасность. В то же время мы усилим подготовку кадров для эксплуатации и обслуживания инфраструктуры зарядки и замены. Также возможно рассмотреть вопрос сельской зарядной инфраструктуры при строительстве высокостандартных сельскохозяйственных угодий. Нам также необходимо в полной мере использовать текущую ситуацию с ветровой и фотоэлектрической генерацией в сельских районах Китая и построить интегрированную инфраструктуру зарядки и замены, как показано на Рисунке 12.
Рисунок 12. Схематическая диаграмма интегрированной инфраструктуры зарядки и замены.
(3) В настоящее время, хотя существуют некоторые стандарты для электрических тракторов, эти стандарты не систематизированы. Поэтому невозможно эффективно поддерживать весь процесс исследований и разработок, производства, продвижения и применения электрических тракторов. Согласно запросу на Национальной общественной сервисной платформе по информации о стандартах, как показано в Таблице 7, в настоящее время в Китае существует только восемь стандартов, связанных с электрическими тракторами (один отраслевой стандарт и семь групповых стандартов). По сравнению с 542 стандартами для электромобилей (117 национальных стандартов, 76 отраслевых стандартов и 349 групповых стандартов) существует значительный разрыв в количестве стандартов. Хотя некоторые стандарты, связанные с электромобилями, могут использоваться для электрических тракторов, все еще есть много аспектов, которые нуждаются в улучшении и дополнении, особенно те стандарты, которые связаны с сельскохозяйственными сценариями и существенно отличаются от электромобилей.
Таблица 7. Текущие стандарты для электрических тракторов в Китае.
(4) Следует разработать системное решение для утилизации и использования отработанных аккумуляторов. Проблема утилизации использованных аккумуляторов стала одной из проблем, стоящих перед здоровым развитием индустрии электромобилей. С этой проблемой неизбежно столкнутся и решат электрические тракторы в ближайшем будущем. Только решив эту проблему, мы сможем обеспечить здоровое развитие электрических тракторов в будущем. Поэтому необходимо установить механизм многостороннего сотрудничества. Не только должна быть реализована система ответственности производителя, но также должна быть построена многосторонняя сообщество ответственности «производители аккумуляторов + пользователи + переработчики», чтобы тщательно решить проблему утилизации отработанных аккумуляторов для электрических тракторов.
В этом исследовании разъясняются классификация и характеристики электрических тракторов в Китае. Мы обобщили состояние исследований двигателей электрических тракторов и их трансмиссионных систем, аккумуляторов и технологий управления энергией. Мы также проанализировали некоторые основные возможности и проблемы, стоящие перед исследованиями и разработками в области электрических тракторов в Китае. Это исследование показало, что электрические тракторы в Китае все еще находятся на ранних стадиях развития, многие все еще на стадии прототипа. Все еще существует значительный разрыв от разработки до промышленного применения. В то же время сценарии применения чистых электрических тракторов в основном находятся в таких объектах, как теплицы. Электрические тракторы с высокой мощностью обычно используют гибридные режимы.
В целом, активные исследования Китая и применение электрических тракторов своевременны и имеют большое значение для снижения трудоемкости, потребления ископаемого топлива и выбросов углерода в сельскохозяйственном производстве.
Для получения дополнительной информации о тракторах Mingsin, пожалуйста, посетите ссылку Аграрная техника: мини-тракторы, культиваторы, уборочные машины и многое другое
Пожалуйста, заполните вашу информацию и позвольте нам связаться с вами.
№ 7, CHANGJIANG WEST ROAD, WEST COAST NEW AREA, ЦИНДАО, КИТАЙ
Wechat: cn-tractor
Whatsapp: +86 13864930222
Copyright © 2024 QINGDAO MINGSIN TRADE CO., LTD. Все права защищены.
Powered by HiCheng