农业机械电动化发展趋势探讨中国农业大学工学院车辆与交通工程系王国业1.农业机械电动化的必要性目录2.农业机械电动化的技术途径3.农业机械电动化发展对策1.农业机械电动化的必要性有利于环境保护农业机械污染排放的严重性提质降本增效适应智能网联新技术发展1.农业机械电动化的必要性有利于环境保护Ü2005年2月16日《京都议定书》，将大气中的温室气体含量稳定在一个适当的水平。Ü2016年4月22日《巴黎协定》，2020年后将全球气温升高幅度控制在2℃以内。Ü2009年11月25日，中国国务院常务会议决定到2020年控制温室气体排放的行动目标：到2020年中国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%—45%。Ü碳中和（carbonneutral,orcarbonneutrality），集体、个人产生的温室气体排放量，通过植树造林、节能减排等形式，加以抵消实现二氧化碳“零排放”。Ü发动机每燃烧1升燃料向大气层释放的二氧化碳为2.5公斤。1.农业机械电动化的必然性农业机械污染排放的严重性Ü农业机械动力95%左右是柴油机，农业机械柴油消耗每年6000万吨以上，接近全国柴油消耗总量30%。Ü农机污染主要有废气排放（CO、CO2、NOx、PM、碳氢化合物）、油料滴漏、废油排放，造成大气、植物和水土污染。Ü柴油车排放的氮氧化物(NOx)，占汽车排放总量的71.2％，颗粒物(PM)超过99％。在机动车排放的颗粒物和氮氧化物中，柴油车排放分别占95.9%和63.4%。Ü碳氢化合物（烃）是毒性很强的化合物，在紫外线作用下会形成光化学烟雾；氮氧化物（NOx）造成人类呼吸系统疾病、影响植物的生长和繁殖、造成土壤酸化。1.农业机械电动化的必然性农业机械污染排放的严重性油料滴漏：农业机械技术状态不良或油料没有妥善管理，往往会造成油料滴漏现象，不仅浪费油料资源，还会直接污染土地和水源。废油排放：农机维修保养时，清洗机具零部件后产生的废柴油以及更换的废齿轮油、废机油等，会对土壤、水质和空气造成污染，使土壤酸化板结、植被破坏，甚至会使农作物叶子枯萎、死亡。1.农业机械电动化的必然性提质降本增效燃油动力农业机械，结构复杂、质量体积大、燃油消耗成本高、故障率高、维修成本高等。电动机械，结构简单、质量体积小、动力消耗成本低、故障率低、维护成本低、操作简单。农业机械电动化，便于实现智能化，大幅提高作业质量和生产率。动力消耗成本相当于柴油机的1/4左右。以田间运输的三轮车为例，电动车行驶一百公里约耗电7kWh，仅花费3元多的电费，而柴油车一百公里则要花几十块钱的油钱。1.农业机械电动化的必然性适应智能网联新技术发展农业机械智能化、网联化，大大提高作业质量、降低人力成本、提高生产效率。智能化、网联化与电动化密切相关，相互融合，电动化为智能化、网联化提供了很好的基础和应用空间。两者结合将使农业机械技术进入绿色环保、精准作业、低耗低损、智能高效全新发展阶段，为无人农场、智慧农业奠定基础。2.农业机械电动化的技术途径化学电池在农业机械中的应用燃料电池在农业机械中的应用生物质发电技术探讨电电混合动力的优势2.农业机械电动化的技术途径化学电池在农业机械中的应用（1）锂离子电池能量密度高，已达400Wh/kg以上，是铅酸电池的6倍以上。（2）使用寿命长，可达到6年以上。（3）充放电倍率高，便于高强度启动、加速。（4）自放电率很低，便于存放。锂电综合成本已接近燃油车，对于小型低功耗的农田管理、运输等农业机械、农业机器人，便于实现智能化无人化，已具有应用价值。对于中、大型农业机械，持续大功率输出的作业概况，锂电尚未达到普遍应用的要求，持续工作时间短、充电时间长。2.农业机械电动化的技术途径化学电池在农业机械中的应用2.农业机械电动化的技术途径燃料电池在农业机械中的应用（1）燃料电池通过燃料与氧化剂的化学反应直接将化学能转变成电能，能量转化效率达50％，电驱动系统效率90%以上，综合效率45%以上。（潍柴9月16日发布全球首款超50%热效率柴油机）（2）燃料电池的燃料多样化，可发展氢气、乙醇、沼气和生物质等绿色能源燃料电池，可根据不同地区的具体情况灵活选用。（3）燃料电池发电过程，污染小，噪声低。（4）燃料电池工作时间长、加注便捷、寿命长。（5）目前氢燃料电池技术逐步成熟，并具有商业价值。农业机械能量消耗大，可靠性要求高，目前来看，农业机械电动化的可行选择是氢燃料电池，但还存在成本高、加氢设施不完备、技术成熟度等问题。纽荷兰（NH）氢燃料电池拖拉机洛阳智能农业装备研究院开发的超级拖拉机1号2.农业机械电动化的技术途径生物质发电技术探讨（1）生物质是可再生绿色能源，产生热能、电能等时，排放二氧化碳被新的生物所吸收，如，秸秆、农业废弃物等。（2）生物质作为农业机械能源，转化方式包括：燃烧发电、生物燃料等。（3）秸秆热值约15000KJ/kg，相当于0.5kg标准煤；我国每年约6亿吨秸秆，4亿吨可作为能源使用，相当于1.5亿吨柴油，我国农机燃油0.7亿吨/年。（4）生物质固态燃料电池，生物质气化燃料电池，生物质发电制氢燃料电池，原料丰富、价格低、环保可再生。燃烧发电生物燃料电网制氢固态燃料2.农业机械电动化的技术途径电电混合动力的优势3.农业机械电动化发展对策从大、小型两端向中型推进发展分布式灵活制氢技术与智能化技术协同发展加大科研投入、政策扶持力度3.农业机械电动化发展对策从大、小型两端向中型推进目前锂电池、燃料电池技术尚在完善中，存在安全性、成本高、充电/加注不方便等问题。1）采用较小功率燃料电池和较大容量的锂电池，进行电电混合，降低系统成本，提高可靠性。随着燃料电池逐步具有商业应该价值，逐步提高燃料电池的功率。2）燃料电池，从大型和高端装备开始应用，不断向普通机型过渡，最终燃料电池主要应用于大中型装备。3）锂电池，从小型装备开始应用，不断向中型拓展，最终锂电主要应用于中小型装备。3.农业机械电动化发展对策加快发展分布式灵活制氢技术根据当地资源，采用灵活分布制氢技术，减少运输成本、加注方便，满足农业机械地域分散、季节性性强等特点。流化床气态粉态秸秆热电联共电解水制氢燃料电池充放电效率90%电解水50%氢燃料电池60%50%秸秆发电等可再生能源已占丹麦能源消费量的24%以上生物制氢（传输效率95%）50%50%3.农业机械电动化发展对策与智能化技术协同发展目前锂电池、燃料电池技术尚在完善中，存在安全性、成本高、充电/加注不方便等问题。1）采用较小功率燃料电池和较大容量的锂电池，进行电电混合，降低系统成本，提高可靠性。随着燃料电池逐步具有商业应该价值，逐步提高燃料电池的功率。2）燃料电池，从大型和高端装备开始应用，不断向普通机型过渡，最终燃料电池主要应用于大中型装备。3）锂电池，从小型装备开始应用，不断向中型拓展，最终锂电主要应用于中小型装备。3.农业机械电动化发展对策加大科研投入、政策扶持力度1）加大科研投入，调动企业、高校、科研机构等各方积极性。推动产学研结合，利用高校智力资源做前期基础研究和原理样机研发，利用科研机构产品化能力，快速进行技术转化，利用企业对实际需求的了解、生产管理能力、市场渠道，推广应用。2）促进引进来，走出去，利用发达国家技术先进、市场规模小、价格昂贵特点，引进技术先进，市场前景好的技术，利用我国工业基础全面、成本低、品质明显提升的优势，同时开辟国内外两个市场。3）加快推进农村土地经营模式变革，推动规模化、专业化发展。3）正确选择扶持手段、加大政府扶持力度，引导企业健康发展，推动新技术尽快孵化启动，同时，避免盲目上马，造成资源浪费。wgy1615@126.com13671030503