研究报告

中国非道路机械电动化案例集

作者:李今鉴、何卉、 储典、 邓雨琪、马艺菲 2025年09月06日

以工程机械为代表的非道路移动机械广泛应用于城市施工现场,其排放的氮氧化物(NOX)和颗粒物(PM)对一线工人健康和周边社区环境造成显著影响。根据生态环境部数据,2023年非道路移动源排放氮氧化物453万吨,几乎与道路移动源排放相当;其颗粒物排放为22.4万吨,远高于道路车辆。其中,仅工程机械就贡献了全国移动源NOX排放的13%和PM排放的26%,成为不可忽视的污染源

零排放转型已成为非道路机械领域的重要突破口。中国主流制造商已推出覆盖多种类型和功率段的电动机型,截至2024年,中国市场上已有零排放挖掘机81款、零排放装载机76款作为全球最大的工程机械生产国、消费国以及出口国,中国有望实现清洁技术的跨越式发展,并引领全球向零排放工程机械过渡转型。

为了解零排放工程机械的实际表现,国际清洁交通委员会(ICCT)基于中国六个城市的一线研究,系统整理了挖掘机、装载机、旋挖钻机等电动机型的运营数据和用户反馈,形成了《中国非道路机械电动化案例集》。报告梳理了其运营可行性与成本效益,为政策与市场协同推动清洁转型提供参考。

图1. 本文所研究的开展零排放工程机械部署的六个城市

核心发现

零排放工程机械的优势:

  • 有效减少空气与噪声污染,环境效益显著,尤其适合封闭空间、高暴露作业环境及市区作业;

  • 显著改善作业条件,提升操作安全性、健康性与舒适性

  • 部分应用场景可实现快速回本;

  • 拥有与同级柴油机型相当的作业功能。

面临的挑战:

  • 较高的前期投资与租赁成本;

  • 充电基础设施短板限制了运行工时;

  • 部分重型机械及特种设备的机型供应有限,市场尚未成熟;

  • 经济性相对依赖利用率;

  • 对长期耐久性和残值的顾虑。

 

三类代表性机型:一线使用表现如何?

案例集共分析了6个电动挖掘机应用案例、3个电动装载机应用案例和1个电动旋挖钻机应用案例,涵盖了包括城市施工工地、隧道工程、矿区、水泥厂、电厂以及酒厂在内的多种实际应用场景。图2总结了电动挖掘机和装载机的应用场景、机型参数以及成本平价方面的考虑因素(由于性能参数不可比,图中未纳入旋挖钻机)。

图2. 电动挖掘机和电动装载机的应用场景、技术规格以及成本平价对比结果汇总

电动挖掘机

  • 案例机型规格:整机重量2–41吨,功率10–200 kW,铲斗容量0.04–1.9 m³,电池容量22–560 kWh。单次充电可纯电作业4–8.5小时;日均作业时长为4–15小时。

  • 成本分析:经济性最优的三个应用案例的投资回本周期为1.5–3.6年;其中最具成本效益的案例为在云南省红河州应用的进行连续采矿作业的换电式挖掘机,不到1.5年即可完全回本。

电动装载机

  • 案例机型规格:整机重量18–22吨,功率180–230 kW,斗容5.8–6.5 m³;电池容量282–350 kWh,单次充电可作业5.5–8小时。不同装载机年作业小时数差异较大,约在3000–5700+小时。

  • 成本分析:燃料(能源)节省收益显著,投资回本周期约1–2.7年。回本周期最短的是成都某水泥厂高强度运行的电动装载机,三班倒的运行状态下仅0.7年即可实现回本。

电动旋挖钻机

  • 案例机型规格:功率185–230 kW。通常会采用拖线供电,从而可持续供电而无需频繁充电。

  • 成本分析:主要应用于短期施工项目。在成都的某处城市工地,拖线供能的电动旋挖钻机可以在满足严格的环保要求的同时实现短期内回本,兼具低能耗与运行稳定性。

 

零排放工程机械:优势与挑战并存

案例集中包含了多样化的应用案例,但这些案例集中体现出了电动工程机械在实际应用环境下的一些共性优势与关键挑战,具体包括:

优势:

  • 环境收益显著:消除了尾气排放,尤其适用于封闭空间(如隧道、蒸馏酒厂)、城市建筑工地以及环境管控严格的区域。可满足空气质量与噪声合规要求。

  • 改善作业条件:噪声小,振动和排放显著降低,能够带来更安全、更健康、更舒适的工作环境,尤其适合封闭空间、高暴露作业环境及市区作业。

  • 可以较低的运营成本实现快速回本:在日均使用强度较高的项目中,电动工程机械能够稳定实现50%–86%的能源成本节省。投资回本周期可低至2年以内。

  • 拥有与同级柴油机型相当的作业功能:只要配备充电或换电方案,电动工程机械即可满足核心生产力需求(尤其适合重复性任务和多班次作业)。运行能力可与柴油机型相媲美。

挑战:

  • 较高的前期投资与租赁成本:电动工程机械的购置或租赁成本是同级别柴油机械设备的1.3–3倍。若缺乏财政支持政策或产业战略合作,可能会影响电动工程机械的推广应用。

  • 充电基础设施短板限制了运行工时:许多工程机械设备每次充电后仅能作业4–6小时,达不到柴油机型的等效工时。

  • 电动机型供应有限,市场尚未成熟:可供选择的电动重型机械较为有限,而且这类设备往往需要专业技术定制。消费者缺乏了解市售机型的公开渠道;一些电动机械设备没有租赁方案,只能购买。

  • 经济性相对依赖利用率:电动机械的商业价值与其使用强度高度相关。对于低频次或小规模用户而言,较长的投资回收周期可能会削弱其投资意愿。

  • 对长期耐久性和残值的顾虑:部分用户会对电动机械设备的再出售残值存在顾虑,特别是在设备超出质保期之后。

 

如何迈向规模化?五大关键要素

基于案例分析,我们总结出以下一些关键要素和促进因素,供政策制定者、机械设备运营商以及制造商参考,以期协同推进非道路零排放机械的规模化应用。

  • 最佳作业适配场景:在当前技术发展阶段,零排放机械设备在利用率高(作业时间长)、中等负载或重复性任务、具备可靠的充电设施与供电条件、以及电能效率较高的应用场景下表现出的适配性最佳。

  • 政策与管理推动:例如空气污染、温室气体排放和噪声的环境标准就正在推动城市、工业企业以及封闭作业空间对于更清洁、更安静的机械设备的需求。本研究案例的所在地区,已经出台了相关政策措施,包括:设立零排放或近零排放区域/工地;在发生空气污染时段要求重工业企业使用清洁机械设备;对特定制造业提出室内空气质量标准。

  • 协作至关重要:在有制造商提供支持的试点项目中,用户无需承担财务风险即可评估电动机械设备的性能,同时产生实际使用数据,为未来投资提供引导。这类协作关系不仅降低了产品推广应用的早期门槛,也有助于帮助公众与行业建立信心。

  • 前期主动规划:需在项目前期就处理好电网接入、审批许可、充电方案以及协调事宜。电动设备的高效使用依赖于作业班次与充电计划的精密协调。当可用电动机型选择有限或充电系统缺乏兼容性时,电动机械设备的应用就会变得更加复杂,需要提前规划与灵活的后勤安排。

  • 强有力的售后支持:制造商提供的延长质保、定制化技术支持与现场故障排查,可以有针对性地解决具体应用场景的特定问题,并确保机械设备的长期性能表现。

  • 地区/国家

    中国全国
  • 研究领域

    非道路机械
  • 政策分类

    新能源/电动汽车
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更新日期:2025年【1】月【9】日

 

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