农机电动化是新的增长点

王诚鹏，王文蔚

（1江苏省海安市水务集团；2江苏省海安市政协，江苏 海安 226600）

我国是农业大国，以燃油为动力的农机数量庞大，在低碳转型与能源安全的大背景下，农机电动化非常迫切。2019 年我国农机总量近两亿台(套)，其中拖拉机保有量为2240 万台，年消耗柴油约0.53 亿吨。1 吨柴油燃烧后排放二氧化碳3.115吨，0.53亿吨柴油燃烧排放二氧化碳1.66亿吨，产生的温室效应，加快地球变暖。柴油滴在农田里，对水源和土地造成严重污染，全国每年约有800 多万亩农田被污染，导致植物根系腐烂坏死。我国石油对外依存度已经达到70.8%，对我国能源安全构成严重威胁。因此，加快农机电动化的步伐，减少环境污染、地球变暖和能源安全显得尤为迫切。

1 农机电动化的必要性

据国家统计局发布的数据，2019 年我国农机总动力为10亿千瓦，农机总量近2亿台(套)，其中拖拉机保有量为2240 万台。我国综合农业机械化率为69%，发达国家为90%以上，美、日、韩高达99%，由此可见，我国农业机械化水平还有很大的提升空间。农机柴油用量巨大，据统计，2019年我国柴油消耗总量约1.6 亿吨，其中农机消耗量占总量的近1/3。

燃烧柴油严重污染环境，危害极大。1 吨柴油燃烧后排放3.115 吨二氧化碳，我国农机柴油的年消耗量为0.53 亿吨，燃烧后向大气排放二氧化碳1.66 亿吨。二氧化碳会使大气环境产生温室效应，使地球气候逐渐变暖。农机排放的尾气中还含有大量的一氧化碳、碳水化合物、氮氧化合物、二氧化碳等上百种不同的化合物，它们会对人体产生许多不良影响。

农机柴油“泄、漏、跑、散”会对水源和土地造成严重污染。据检测：手扶拖拉机每分钟漏柴油10 滴，每天漏油1.2 kg(12000 滴柴油约为1 kg)；每滴柴油在农田水面上产生的油迹扩散圈的污染面积约为3.1 cm2，1千克柴油污染面积约为3.7 m2。

小型拖拉机可以拖挂多种作业机械，平均每年作业时间280天左右。据此计算，一台小型拖拉机全年漏失柴油约336 kg，污染面积达1243.2 m2。农机中有漏油现象的柴油机约占20%,按拖拉机保有量2240 万台计算，漏油的约有448 万台。这意味着每年全国约有5569.5 km2(800 多万亩)农田受污染。

柴油对土壤有毒性。柴油污染会影响土壤的通透性，破坏土壤的三相(水、气和固体颗粒)结构，影响土壤中微生物的生长，阻碍植物根系的呼吸及对水分养料的吸收，危害植物的生长，甚至导致植物根系腐烂坏死。

石油是重要的战略储备能源。据我国油气行业发展报告统计，2022 年我国原油进口5.08 亿吨、同比下降1.0%，对外依存度为71.2%。石油对外依存度如此高，对我国的能源安全非常不利。一旦国外石油供应中断，将对国家经济发展和百姓的生活造成灾难性的影响。农机电动化对我国能源安全有一定的保障作用，加快转型显得尤为迫切。

2 农机电动化的可行性

近年，我国电动汽车及相关技术获得了飞跃式的发展。电动汽车发展过程中沉淀的技术与产业，为传统农机由“油”改“电”奠定了基础。例如，电动汽车充电技术成熟，完全可以移植到电动农机上。可以将充电桩集中安装在电动农机车库，采用“风力发电+光伏发电+沼气发电+网电”的多能互补的技术路线，进一步为减排做贡献。

2.1 储能系统提高风电、光电利用率

风电、光电具有随机性，间歇性和不可控制的特点，加上蓄电池储能后，其输出的电能才可能达到国家标准，才可以作为分布式电源使用，成为具有较高性价比的一种再生能源发电系统，这样的发电系统是该农场供用电体系最重要的核心组成部分。

储能系统的三大功能：①农场供用电体系的稳定性得到保证。②在无风无阳光的天气情况下保证供电。③提高了电的品质和可靠性。

2.2 储能车和电动农机仓库储能提高储能系统的灵活性

储能车的作用之一：如果电动农机上没有蓄电池，重量就可以减轻许多，也就可以减轻对土壤的压力，有利于农作物的生长，增加产量。储能车的作用之二，可以作为应急拖车。如果农机有了故障不能发动，储能车可以拖它回库检修。

2.3 储能与电网互联互动

通过逆变器与电网互联，农场各单位包括家庭都有分布式储能系统，所以在一定时间内，可以全由储能系统供电，因此与电网互动的容量多少，可以由农场从需要和投资两方面权衡，主动权在农场。可向电网买电，也可向电网卖电，还可套取峰谷差价的利益。

2.4 减少对生态环境的破坏

该农场有传统动力农机100台，每台每年消耗柴油2.4 吨，100 台每年消耗柴油240 吨，每吨柴油燃烧后排放3.115 吨二氧化碳，240 吨柴油燃烧排放二氧化碳747.6吨。增加了温室效应，导致地球升温变暖。采用农机电动化将减少这些排放和环境污染。

3 农机电动化的发展方向

目前我国农机电动化已经起步。农业农村部等有关部门相继出台政策，加快高污染农机的淘汰进度，推进农机电动化进程。

对于20 千瓦以下的小型农机，使用锂电池的综合成本已经可以和内燃机的使用成本持平，且更易提高工作质量和减少噪声。但是因锂电池储能容量及成本问题，锂电池并不适用于大功率车辆。

近年来，在大中型设备上，氢燃料电池的应用开始受到重视。氢燃料电池具有能量密度高、续航里程长、加注时间短等特点。这意味着大功率农机也有了电动化转型的可行路径。

但是，现阶段氢燃料电池还存在成本高、加氢站太少、技术成熟度不高等问题。因此，目前最有效的模式是燃料电池和锂电池配合使用，也就是电电混合技术。氢燃料电池和锂电池电电混合可按性价比，匹配多种车型、多个工况。在混合模式下，氢燃料电池提供持续稳定的能量输出，必要时给锂电池充电；锂电池满足车辆动态负荷、制动能回收的需求。

与此同时，还要充分利用当地资源，积极解决氢源问题，加快发展制氢技术。例如：农村有大量秸秆被焚烧，既污染环境又浪费能源，可以走秸秆→沼气→发电→电解水制氢的技术路线，形成清洁循环；我国三北地区弃风、弃光现象比较严重，可以利用风能和太阳能电解水生产氢气。此外，还要降低氢的运输成本，并提高加注的便捷性，满足农机使用地域分散、季节性强等特点。

总之，电动化是未来农机发展的必然趋势，而氢燃料电池将在农机电动化转型中发挥重要作用。农村节能减排的空间很大，地广人稀，自然资源丰富，阳光风力充足，秸杆遍地。建设一个多能互补的直流供电和沼气供能体系，为碳达峰碳中和做出贡献，为未来全面直流供电打下牢固的基础做出贡献。