农机电动化的制约因素有哪些(农机保有量对农业机械化的作用)

当前，已有不少创新为农用车辆的电气化播下了种子。一些主要的农机制造商也正在开发电动和自主机器，以图未来能够取代今天广泛应用的柴油拖拉机和联合收割机。但在农民从柴油动力转向电动动力之前，制造商需要克服几个非常大的障碍，特别是对于大型农业设备，他们面临着一系列重要的挑战。

“在农场环境中更多地采用电动车辆与机械的关键部分是充电基础设施，其次是耐用性和可靠性问题”，美国俄亥俄大学工程技术学院副院长斯科特·希勒说，“农民不会忍受他们无法快速、廉价和轻松解决的问题。”

现代农业依赖于重型车辆和机械车队，从皮卡车，小型多功能车到大型拖拉机和联合收割机，重量从几吨到15吨不等，加上附件就更重了。所有这些重量，加上从早到晚的工作日和多个工作场所，都增加了电气化的挑战。希勒认为，目前大多数农业机械由柴油驱动的原因是柴油燃料的能量存储最高，其功率重量比很大，即使是大型设备，也很可能工作一整天，而无需加油。

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总部位于英国的IDTechEx分析机构专家Peter Harrop 和Michael Dent表示，尽管柴油动力现在占主导地位，但工程机械、农业机械和矿山机械的电动化潜力很大，而且正在加速发展，市场每年可能增长到1000亿美元。目前尚不清楚究竟是何种激励措施、法规和市场力量的组合将会最终推动向农场设备由柴油转向电动的过渡，但各国都需要实现大规模的减排，以避免最坏的气候变化情景。

技术创新也可以刺激农场对电动汽车的需求。根据美国能源杂志2021年8月的一份报告，小型电动拖拉机可能对仍然使用非机械化农业方法的发展中地区的家庭农场特别有帮助。制造农用车辆的较大公司通常销往全球市场。因此，其他地区的发展可能会影响全球范围内的产品供应。

此外，美国俄亥俄州和其他地方的农民可能会被用现场可再生能源取代柴油的想法所吸引，特别是那些已经出租部分土地用于太阳能或风能以增加收入的农民来说。随着可再生能源和电池存储成本的下降，电动汽车和农业机械最终可以降低农场的能源成本。考虑到清洁能源的转型，多家头部公司已经在开发电动原型机。例如约翰迪尔的概念拖拉机允许自主操作，从而提高效率和精度。其电池并非车载，而是通过电缆连接，因此电动版本的重量不会超过其化石燃料版本。

总部位于日本的久保田也在2020年1月就推出了概念车型。像迪尔模型一样，它们也将搭载自主操作技术。该机使用三角履带，可以尽量减少重量并调整地隙，概念机上还配备了车载太阳能电池。总部位于加利福尼亚的Solectrac已经提供了功率相当于30和40马力的电动小型拖拉机和农用多功能车。相对较小的拖拉机的其他选择来自Fendt、Rigitrac、Escorts和其他公司。

根据清洁能源杂志2021年4月的一份报告，太阳能可以使一系列农业机械受益，而不仅仅是给拖拉机充电。“我们开始看到一些实际使用光伏发电的农业喷雾器，”希勒说。例如，来自瑞士ecoRobotix的自主杂草控制机器人旨在减少95%的除草剂使用。研究还集中在用于感知环境的小型电动地面自动驾驶汽车上，但现场导航仍然是棘手的问题，希勒表示。但是从原型，到有限应用，到广泛采用，中间还有很远的距离。

农场设备一年可能只使用几个星期，但在使用期间，通常每天工作时间长达15小时，而且是连续多天运转。如果电池在较少面积的作业中就消耗殆尽，对农场生产者来说显然不是什么好事。希勒认为，如果电池提供的能量仅为一箱柴油所能提供的能量的15%左右，那么每天就得停车六七次以更换电池。由于春季播种时间非常宝贵，这些损失生产时间的机会成本可能高达数千美元。

添加更大的电池也不是答案。额外的重量会比现有设备对土壤更甚，结果可能是幼苗根部的生长空间较小。压实的土壤也会干扰许多农民一直使用的免耕方法。免耕耕作会在土壤中留下更多的有机物质和养分，这种做法还可以让更多的水渗入土壤，从而减少径流和养分污染。

专家认为，关键是要努力“找到平衡点”，让机器高效工作，而不增加更多步骤或损害农场产量。此外，许多农民的田地并不连续，有时大型设备包括大型拖拉机、联合收割机或大型耕耘机等可能会离开基地，根据别处的作业情况，可能会在几天或几周内无法返回，这又涉及充电或换电动问题。例如阿诺德在俄亥俄州中部的布朗镇耕种属于他祖父的土地，还在哈里森镇和联合镇收购了农场。通常，农场设备在一处农场上工作，然后它会前往下一个农场，然后在几天或几周后返回基地，循环重复。“ 你总是在那个轮换时间表中，”阿诺德说，“许多农场家庭都是这样的。”因此，即使大型电动农场设备可以在充满电的情况下运行一整天，它也不一定会在晚上返回基地。这种情况会增加充电基础设施的成本和挑战。阿诺德说，无论如何都需要更多的充电站，因为重量较轻的皮卡或其他越野多功能车也需要充电。“一个关键问题将是电池技术的突破。”希勒说。在他看来，如果将电池功率增加到相当于柴油燃料提供的能量的一半，就可能改变游戏规则。

目前，福特公司推出F-150Lightning 全电动皮卡，洛兹敦汽车公司计划的电动皮卡也提上日程。专家称，这将是一个竞争非常激烈的市场，几乎每个美国农民都有一辆皮卡车和小型多功能车。此外，Wi-Fi连接是一个额外的挑战。自主导航和控制、车载诊断和其他设备将取决于与基站或互联网的良好高速通信。

制造商也可能会转向更多的云管理解决方案和软件即服务商业模式。农村宽带是农村社区的一个巨大限制因素，因此这些模式需要时间来实施。与此同时，小型车辆和设备的利基领域可以更快地扩大。大型设备的制造商将改进和测试原型，以确保它们在现场表现得和在绘图板上一样好。

在农场广泛采用电动汽车的具体时间框架仍未确定。气候倡导者通常希望减排更快，而不是更晚。如果世界确实在未来几十年内转向净零温室气体排放，设备制造商将希望继续满足农民的需求。不过无论如何，农民最终是对可以帮助他们提高产量和生产力的工具感兴趣。

（转自：拖拉机与农用运输车杂志）

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