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　　農(nóng)機(jī)電動(dòng)化的未來(lái)，準(zhǔn)備好了嗎

受全球環(huán)境問(wèn)題和農(nóng)民對(duì)提高經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)率的要求的刺激，設(shè)備制造商正越來(lái)越多地將研發(fā)目光轉(zhuǎn)向電動(dòng)農(nóng)機(jī)。

在過(guò)去5年里，農(nóng)業(yè)媒體報(bào)道稱(chēng)，設(shè)備制造商對(duì)電動(dòng)汽車(chē) (EV) 技術(shù)的興趣急劇上升，以解決日益嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和消費(fèi)者對(duì)“可持續(xù)”農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐的相關(guān)需求。

2021年，英國(guó)市場(chǎng)研究公司IDTechEx的分析師公開(kāi)預(yù)測(cè)，農(nóng)業(yè)、工程和采礦領(lǐng)域的電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)可能會(huì)增長(zhǎng)到每年1000億美元。

農(nóng)場(chǎng)電氣化設(shè)備的研究者也表示，轉(zhuǎn)向電池供電、零排放的電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)可以顯著降低燃料和維護(hù)成本。

此外，開(kāi)發(fā)人員表示，全電動(dòng)、數(shù)字化和自動(dòng)化的拖拉機(jī)可以通過(guò)減少勞動(dòng)力需求，同時(shí)提供實(shí)時(shí)作物狀況數(shù)據(jù)，進(jìn)一步降低種植者的生產(chǎn)成本。

以下是作者歸納出的電動(dòng)化趨勢(shì)的3個(gè)驅(qū)動(dòng)因素。

1.監(jiān)管壓力

美國(guó)環(huán)境保護(hù)局(U.S. Environmental Protection Agency) 專(zhuān)注于發(fā)動(dòng)機(jī)有害排放物，實(shí)施法規(guī)以減少道路和非道路發(fā)動(dòng)機(jī)中的各種有害氣體排放。1990年《清潔空氣法》修正案對(duì)提升空氣質(zhì)量起到了很大作用，歐洲和美國(guó)加州的監(jiān)管機(jī)構(gòu)仍在繼續(xù)追求零排放。

這項(xiàng)立法引發(fā)了北美和歐洲對(duì)柴油含硫量的全面改革，并在2015年完成了Tier 4尾氣排放控制法規(guī)。

2016年，歐盟議會(huì)投票決定實(shí)施更嚴(yán)格的第五階段清潔空氣標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)制制造商為 19 kW 至 560 kW 的非道路發(fā)動(dòng)機(jī)配備柴油微粒過(guò)濾器。

Rigitrac 在 Agritechnica 2019 上推出了SKE 50（50kW/59馬力）電動(dòng)拖拉機(jī)。據(jù)報(bào)道，該機(jī)采用80kWh鋰離子電池，一次充電后可運(yùn)行5小時(shí)。這家瑞士制造商表示，2023 年公司將量產(chǎn)和銷(xiāo)售另一種型號(hào) SKE 40。

2021年11 月 3 日，加州空氣資源委員會(huì)(CARB)遠(yuǎn)程舉辦了首屆關(guān)于制定 Tier 5 排放標(biāo)準(zhǔn)的公共研討會(huì)，該研討會(huì)旨在進(jìn)一步將非道路發(fā)動(dòng)機(jī)的 NOx 和 PM 排放量減少 50-90%，具體取決于關(guān)于發(fā)動(dòng)機(jī)功率類(lèi)別。時(shí)間范圍確定在 2028-2030 年。

Gridtractor是北極星能源服務(wù)公司(Polaris Energy Services)的部分控股子公司，于 2021 年 11 月在加利福尼亞推出，為農(nóng)民提供電氣化服務(wù)。該公司在一份聲明中指出，加利福尼亞州為 Gridtractor 提供了在農(nóng)場(chǎng)利用廣泛的電力基礎(chǔ)設(shè)施、電氣化激勵(lì)措施和和車(chē)輛電網(wǎng)整合試點(diǎn)的機(jī)會(huì)。

位于加利福尼亞州的電動(dòng)拖拉機(jī)制造商和經(jīng)銷(xiāo)商Solectrac主要生產(chǎn)使用清潔可再生能源的拖拉機(jī)。這款 e70N 是70 馬力的窄型電動(dòng)拖拉機(jī)，適用于葡萄園和果園。該公司采用混合方式進(jìn)行銷(xiāo)售，直接向客戶銷(xiāo)售以及向經(jīng)銷(xiāo)商供貨。

雖然美國(guó)環(huán)境保護(hù)局在加利福尼亞州對(duì) 175 馬力以下的非道路柴油動(dòng)力農(nóng)場(chǎng)和工程機(jī)械的排放標(biāo)準(zhǔn)擁有管轄權(quán)，但設(shè)備制造商意識(shí)到更嚴(yán)格的規(guī)則可能很快會(huì)實(shí)施。

不斷變化的法規(guī)可能會(huì)促使制造商和農(nóng)民思考新的解決方案。

咨詢集團(tuán)安永的合伙人兼農(nóng)業(yè)綜合企業(yè)業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人 Rob Dongoski 表示，推動(dòng)更可持續(xù)農(nóng)業(yè)的動(dòng)力會(huì)越來(lái)越受歡迎，未來(lái)應(yīng)該可以看到更多這方面的合作。

 

Cellestial mobility是印度第一家電動(dòng)拖拉機(jī)制造商，提供27、35和55馬力等效的電動(dòng)拖拉機(jī)。55馬力的機(jī)型如上圖所示。

一些農(nóng)產(chǎn)品的重要買(mǎi)家也承諾采用更可持續(xù)的作物生產(chǎn)方法。例如，General Mills宣布將與農(nóng)民、供應(yīng)商和農(nóng)場(chǎng)合作，到2030年在100萬(wàn)英畝的農(nóng)田上推進(jìn)再生農(nóng)業(yè)。如果可持續(xù)產(chǎn)品的道路包括電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)，世界食品和飲料行業(yè)可能會(huì)出現(xiàn)明確的電動(dòng)拖拉機(jī)的需求。

2.電效率

美國(guó)能源部和歐洲電機(jī)與電力電子制造商共同體指出，優(yōu)質(zhì)電機(jī)在將輸入功率轉(zhuǎn)換為輸出功率方面的效率超過(guò) 90%。與此同時(shí)，目前由計(jì)算機(jī)控制、符合排放標(biāo)準(zhǔn)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)力輸出的效率在35-45%之間。

位于愛(ài)荷華州的AMOS Power是 One3 Design 和 Redshield Electronics 合作的成果，是一款主要用于葡萄園和果園的自動(dòng)電動(dòng)拖拉機(jī)。AMOS Power于2022年5月開(kāi)始在愛(ài)荷華州種植大豆，對(duì)行作物進(jìn)行田間試驗(yàn)。

自動(dòng)駕駛拖拉機(jī)公司(Autonomous Tractor Corp.)聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官克雷格·舒爾茨表示，與類(lèi)似尺寸的內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)相比，消除復(fù)雜傳動(dòng)系統(tǒng)和相對(duì)低效的液壓系統(tǒng)造成的動(dòng)力損失，電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以節(jié)省 10-40% 的燃料。

根據(jù)Gridtractor的數(shù)據(jù)，通過(guò)使用電力，農(nóng)場(chǎng)可以節(jié)省55-75%的燃料成本，此外，通過(guò)向灌溉泵和電網(wǎng)提供儲(chǔ)存的電力，還可以節(jié)省額外的費(fèi)用。

SABI-AGRI 的四輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)葡萄園拖拉機(jī)使用50馬力的發(fā)動(dòng)機(jī)完成基礎(chǔ)工作和植被維護(hù)。自2019年以來(lái)，電動(dòng)拖拉機(jī)一直在法國(guó)葡萄園中運(yùn)行。

Gridtractor首席執(zhí)行官David Meyers在一份聲明中表示，除了在節(jié)省農(nóng)田成本的基礎(chǔ)上，農(nóng)民可以為智能充電和車(chē)到電網(wǎng)應(yīng)用節(jié)省15%的成本，并通過(guò)降低維護(hù)和維修成本，共節(jié)省約90%的成本。

肯塔基大學(xué)的農(nóng)業(yè)工程師喬·德沃夏克的研究涉及電池技術(shù)和電力推進(jìn)，他表示，電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的效率是多方面的。

凱斯紐荷蘭于2019年推出斯太爾(STEYR)柴電混合動(dòng)力拖拉機(jī)。全球拖拉機(jī)產(chǎn)品管理副總裁Christian Huber表示，這款拖拉機(jī)是一項(xiàng)“不會(huì)投入生產(chǎn)的概念性研究”，但它的一些理念可能會(huì)出現(xiàn)在斯太爾未來(lái)的產(chǎn)品中。

電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)提供了大量的瞬間扭矩，通過(guò)適當(dāng)?shù)碾姍C(jī)控制，不需要重型、復(fù)雜的傳動(dòng)裝置即可在不同的負(fù)載和速度下運(yùn)行。

3.勞動(dòng)力短缺

推動(dòng)電動(dòng)化農(nóng)機(jī)發(fā)展的第三個(gè)因素是各種規(guī)模的農(nóng)場(chǎng)勞動(dòng)力持續(xù)短缺。

總部位于加州的帝王拖拉機(jī)(Monarch tractor)的首席執(zhí)行官Praveen Penmetsa表示，該公司全電動(dòng)拖拉機(jī)產(chǎn)品直接針對(duì)農(nóng)場(chǎng)勞動(dòng)力的挑戰(zhàn)，主打無(wú)人駕駛拖拉機(jī)。帝王拖拉機(jī)通過(guò)將電氣化、自動(dòng)化、機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)分析相結(jié)合來(lái)解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的問(wèn)題。

6月3日，約翰迪爾計(jì)劃將新產(chǎn)品項(xiàng)目引入愛(ài)荷華州滑鐵盧，因此決定將駕駛室制造裝配業(yè)務(wù)整合到墨西哥的拉莫斯零部件工廠進(jìn)行。約翰迪爾表示，轉(zhuǎn)移駕駛室生產(chǎn)的決定既可以確保公司的勞動(dòng)力需求，同時(shí)也確?；F盧可以有空間開(kāi)辟新產(chǎn)品生產(chǎn)。

多方需求的交匯正在推動(dòng)起步不久的電動(dòng)拖拉機(jī)行業(yè)。目前，雖然電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)提供了優(yōu)于傳統(tǒng)動(dòng)力總成設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，但廣泛采用電動(dòng)農(nóng)機(jī)技術(shù)仍存在諸多嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。據(jù)2月對(duì)北美農(nóng)民進(jìn)行的相關(guān)調(diào)查顯示，大量生產(chǎn)者對(duì)電動(dòng)農(nóng)機(jī)技術(shù)的使用感到猶豫，主要原因包括：

設(shè)備成本；

缺乏充電基礎(chǔ)設(shè)施；

運(yùn)行時(shí)間存在問(wèn)題；

充電時(shí)間冗長(zhǎng)。

Monarch Tractor和Solectrac等電動(dòng)拖拉機(jī)制造商需要不斷證明他們的電動(dòng)技術(shù)能夠達(dá)到并超越傳統(tǒng)柴油動(dòng)力設(shè)備的能力，以說(shuō)服持懷疑態(tài)度的客戶。