常规建筑设备的环境影响

全球建筑业占温室气体排放总量的大约23%,在任何地点碳密集度最高的资产中,重型机械 — — 挖掘机、推土机、起重机和装载机 — — 都占了大约23%。 单一大型柴油挖掘机在一小时内能排放出颗粒物和氮氧化物,而汽车则会比数十辆汽车多。 这些排放不仅加速气候变化,而且还造成当地健康危害,导致呼吸道疾病、心血管问题,以及建筑工人和附近社区过早死亡。 使这一部门脱碳的紧迫性从未像现在这样迫切过,而向可再生能源发电的生态友好型建筑设备转变,提供了一条可信、可扩展的前进道路。

何以生态友好型建筑设备是重要事项

替代柴油机,采用可再生能源替代品可以带来多种复合效益。 首先,它直接减少现场二氧化碳(CO2),并标准空气污染物,改善工人的空气质量。第二,它降低了工业对不稳定矿物燃料市场的依赖,提供了更可预测的运营成本。 第三,全世界的监管机构正在收紧排放标准 — — 例如美国环境保护局(EPA)第四级最终规则和即将出台的第五级规则,以及欧洲联盟第五级规范,使零排放设备不仅成为环境选择,而且成为许多项目的法律必要性。 第四,采用可持续设备的公司在绿色认证项目招标中获得了竞争优势,并符合环境、社会和治理(ESG)的报告要求。 最后,总成本的“所有性”计算越来越倾向于电机和氢动力机,因为电池和燃料成本下降和维护成本远远低于柴油驱动器。

可再生能源技术发电建筑设备

向无害生态的建筑设备的过渡依赖于几种互补技术,每种技术都适合不同的机器类型和任务周期,最突出的是电池电系统、氢燃料电池和太阳能和风能等现场可再生发电。

电池 电动系统

电池制造设备使用大型锂离子或固态电池包储存电力,然后通过电动机转换为机械动力,这些机器产生的尾管排放为零,噪音水平显著降低,这是城市或噪音敏感环境中的一个重要优势。 沃尔沃建筑设备、JCB和卡特彼勒等制造商引进了紧凑和中型的电挖机、轮机装载机和电动手。例如,沃尔沃的ECR25型电压挖掘机是为室内和城市工作单位设计的,单电荷可提供长达8小时的运行时间。电荷可以通过标准电网供电或直接从太阳能板或风轮机等现场可再生能源中充电。

氢燃料电池

对于需要延长运行时间或快速加油的大型机器来说,氢燃料电池提供了一种令人信服的替代品。 燃料电池将氢气和氧气转化为电力,而水蒸汽是唯一的副产品。 现代建筑设备公司、Libherr公司和JCB公司已经证明了氢动力装载机、挖掘机、甚至重型运货卡车。 关键优势是能源密度:氢能可以储存每公斤更多的能量,而电池更适合高需求应用,否则需要巨大的重电池包。 然而,目前缺乏广泛的氢燃料补充基础设施,限制了专门生产氢气的试点项目或场地的采用,这些场地往往通过可再生电力(绿色氢电)的电解。

太阳能和风力辅助系统

可再生能源也可以用于直接为设备供电或为现场电池充电。太阳能发电机安装在起重机结构或附近的地面阵列上的光伏板,提供部分起重和控制所需的电源。一些制造商提供便携式电池包,可以通过太阳能充电机充电。风力汽车装配小型风力涡轮机,在条件适宜时补充电力,尽管这种技术仍然适合,更经常用于充电辅助电池而不是驱动一级推进。一个更实际的做法是在工作场地停车或储存区上空部署大型太阳能罐,捕获储存在固定电池库的能量,并用来在一夜间或断电时充电设备。

现场能源生产和储存基础设施

生态友好型建筑设备的效能在很大程度上取决于现场清洁能源的可得性,传统的柴油罐正在被综合微型电网所取代,这些电网结合了太阳能电池板、风轮机、电池储能系统(BESS)和双向充电站,这些微型电网可以大小以满足设备队的具体电力需求,确保电池迅速可靠地充电,对于偏远地点的项目,便携式太阳能阵列和电池容器可以实现自成一体的能源循环,有些公司正在试验汽车“风电网”(V2G)技术,在高峰需求期间,电动建筑机可以将剩余电力反馈到当地电网,从而产生额外的收入来源或抵消能源成本。

案例研究和真实世界应用

几个引人注目的项目证明了可再生的“动力”建筑设备的可行性。 在瑞典斯德哥尔摩,一个大型基础设施升级改造完全使用了电池“电力挖掘机”和装填机,这些设备由电网电源和现场太阳能电池板混合供电。 该项目报告二氧化碳排放量减少了90%,附近居民的噪音投诉减少了50%。 在加利福尼亚,一个大型矿山经营者用氢燃料电池原型取代了柴油卡车,每天消耗柴油1000加仑以上。 在英国,HS2承包商试验了JCB的“氢”式后蹄装载机,实现了零排放式全班运转。 这些例子表明,该技术不仅仅是理论性的,而且已经带来了可衡量的环境和操作效益。

广泛收养面临的挑战

尽管势头强劲,但生态友好型建筑设备成为主流之前仍然存在重大障碍。 最直接的是资本成本:电池的电机和氢机通常比柴油机的成本高出30%至100%,尽管总成本分析预测重用户在5至7年内会达到均等。 电池的使用寿命和充电速度也令人关切 — — 充电需要高功率的基础设施,而偏远地点可能无法提供,冷的“天气”性能会降低电池的容量和效率。氢燃料电池面临自身障碍:绿色氢生产仍然耗能密集,运输和储存氢气成本高昂,加油站也非常稀少。 此外,电池和燃料电池的生产也带有自身的环境足迹,包括锂、钴和铂矿的开采,必须对此进行可持续管理。

未来展望和创新

研发正在迅速应对这些挑战。 固态电池有望在未来三至五年内实现更高的能源密度、更快的充电和安全,并有望实现商业供应。 氢电解和碳捕获技术的进步正在降低绿色氢的成本,欧盟、日本和美国的政府正在大力投资氢基础设施。 与此同时,设备制造商正在探索混合系统,将小型电池与燃料电池或氢-内燃发动机相结合,为可变任务周期提供灵活的动力。 自主的建筑设备与精确的能源管理软件搭配,可以进一步优化电池的使用并减少浪费。 最后,循环设计原则 — — 如可转换或重新设计的模块电池 — — 将减少这些机器的生命周期环境影响。

推动收养的政策和工业倡议

政府的各项政策是强大的催化剂。 环保局的清洁建筑倡议和欧洲类似的计划(如法国的“4.0建造 ” ) , 为购买零排放设备提供赠款和税收奖励。 更严格的排放条例,包括2030年前在欧洲一些城市禁止柴油发动机,迫使承包商提前转型。 国际清洁交通理事会和清洁能源部长重型车辆工作队等工业团体正在制定充电、加油和性能测试的共同标准。 许多大型建筑公司 — — 包括斯堪斯卡、芬奇和贝希特尔 — — 已经设定了净零目标,包括到2040年实现100%的机队电气化。 这些承诺产生了需求,促使制造商逐步扩大生产规模,降低单位价格。

结论

可再生能源动力建筑设备的发展是通往可持续建筑环境道路上的一个重要里程碑。 电池、氢燃料电池和太阳能辅助机械已经表明,在不造成柴油大量排放的情况下,可以建造桥梁、摩天大楼和道路。 尽管成本和基础设施障碍依然存在,但它们正受到技术创新、可再生能源价格下跌和政策信号的侵蚀。 承包商、设备制造商和项目所有人如今投资环保设备不仅会减少其环境足迹,而且还会成为快速转型的产业的领导者。 转型不再是问题,而是速度和速度是否加快的问题。

供进一步阅读的外部资源: