Perkins внедряет водородно-гибридную силовую установку в рабочую машину. Компания интегрирует свой демонстратор в измельчитель Terex Ecotec TDS 820. Электрическая помощь помогает справляться с тяжелыми нагрузками.⚡ Двигатель и мотор-генераторная установка обеспечивают суммарно 508 л.с. Но в этом испытании важны не только лошадиные силы. Читайте дальше наши соображения о водородном сгорании и его потенциале в будущем.
В прошлом году на выставке bauma в Мюнхене я встретился со специалистами по двигателям из Perkins, но мы на самом деле мало говорили о дизеле. Наш разговор был больше о батареях, технологиях электрической поддержки и гибридных двигательных платформах, рассчитанных на альтернативные виды топлива. Конечно, я тогда думал, что многие из этих больших идей (от батарей до водородного сгорания) пока остаются большими концепциями, и задавался вопросом, попадут ли эти технологии в реальные применения.
Теперь Perkins объявила, что интегрирует свою водородно-гибридную промышленную открытую силовую установку (IOPU) в измельчитель Terex Ecotec TDS 820. Объявленное в начале октября сотрудничество переводит Project Coeus из симпатично названной концепции в реальный тестовый двигатель в рабочей машине. Из пресс-релиза:
«Демонстрация в машине — ключевой этап для команды», — говорит Энди Кёртис, директор по решениям для клиентов в Perkins. «Показ системы, работающей в реальном применении, подтверждает прогресс, достигнутый за последние два года. С самого начала проекта мы знали, что хотим работать с Terex и их подразделением Ecotec по оборудованию для окружающей среды. Terex — один из мировых лидеров по выпуску мобильного оборудования для переработки древесины, биомассы и вторсырья, и мы считаем, что это отличное сочетание с гибридной IOPU. Мы были рады, когда они приняли наше предложение, и теперь работаем вместе на нашем исследовательском и опытно-конструкторском предприятии в Питерборо, чтобы установить и продемонстрировать систему».
Perkins официально запустила Project Coeus в октябре 2023 года. Проект направлен на разработку гибридной силовой установки «drop-in», подходящей в качестве прямой замены дизеля. Гибрид — это концепция двигателей с искровым зажиганием, основанная на дизельном двигателе Perkins 1206 объёмом 7 литров. Прототипная система разработана в партнёрстве с Equipmake и Лафборо университетом. Исследуются четыре вида топлива: водород, этанол, метанол и биометан. Подобные идеи появляются и на рынке внедорожных двигателей: «многотопливные двигатели» входят в наш список из 10 трендов, формирующих индустрию строительной техники в 2026 году.
Этот проект стал возможен благодаря поддержке правительства Великобритании в размере £11,14 млн через Advanced Propulsion Centre UK. Кто за что отвечает в этом партнёрстве?
- Perkins возглавляет проект и разработала настраиваемую платформу с сжиганием при искровом зажигании.
- Equipmake поставляет решения по электрификации, включая собственный тяжёлонагрузочный электродвигатель, инвертор на карбиде кремния и сопутствующую силовую электронику. Они также интегрировали мотор-генераторную установку (MGU) с двигателем Perkins.
- Лафборо выступает в роли университетского инженерного партнёра.
Perkins и Terex переходят от разработки к испытаниям в машине. Команда по инженерии потребительских машин Perkins в настоящее время устанавливает водородно-гибридную систему на объекте исследований и разработок компании в Питерборо, Великобритания. Perkins выбрала бизнес Ecotec Terex из-за его приложений в переработке древесины, биомассы и вторсырья. Это хорошо сочетается с экологическим профилем Project Coeus. Из пресс-релиза:
«Оборудование Ecotec перерабатывает отходы, такие как древесные отходы, биомассу и строительный мусор, помогая клиентам извлекать повторно используемые ресурсы и уменьшать зависимость от свалок», — говорит Конор Хегарти, директор бизнес-линии Ecotec. «Хотя наша продукция уже оказывает положительное влияние на окружающую среду через выполняемую работу, мы постоянно вводим инновации, чтобы сделать сами машины более устойчивыми. Проекты, такие как Coeus, позволяют нам изучать технологии с меньшим уровнем выбросов, которые могут помочь соответствовать будущим экологическим требованиям, при этом продолжая обеспечивать мощность, надёжность и производительность, которые наши клиенты ожидают от оборудования Ecotec».
Как работает этот водородно-гибридный агрегат?
Водородно-гибридная IOPU Perkins 1206 сочетает двигатель с искровым зажиганием и электрическую помощь. Электропомощь означает, что электромотор добавляет мощность и крутящий момент, помогая двигателю особенно при внезапной высоконагрузочной работе машины. Мотор-генераторная установка (MGU) обеспечивает эту электрическую помощь. Эта гибридная IOPU 1206 спроектирована для выдачи в сумме 379 киловатт, или 508 лошадиных сил, при питании газообразным водородом. Блок выдает 1 938 ньютон-метров крутящего момента (примерно 1 429 фунт-фут) в диапазоне 1 200–1 500 об/мин. Perkins отметил, что двигатель потребовал усовершенствованной гибридной системы охлаждения, разработанной для снижения расхода топлива и шума от IOPU, с использованием технологии охлаждения по требованию. Были и другие сложности, согласно материалу Perkins.
«Другая разница — это переходная реакция», — сказал Ян Эванс, менеджер по инженерии в Perkins. «Для водорода мы должны более тщательно управлять потоком воздуха через двигатель, опираясь на характеристики турбины. Нельзя просто «подлить» топлива в двигатель и получить переходную реакцию так же, как с дизелем. Чтобы минимизировать это изменение, мы используем гибридную систему, которая обеспечивает мгновенный крутящий момент».
Ecotec TDS 820 представляет собой требовательное испытательное применение
TDS 820 — довольно суровый агрегат. Он представляет собой гусеничный измельчитель с малой скоростью и высоким крутящим моментом. Он может дробить древесные отходы, биомассу и строительный мусор. Эта «пережевывающая» машина использует два независимо приводимых вала, каждый длиной около 2 метров, оснащённых сварными режущими зубьями. Независимые коробки передач позволяют валам работать раздельно, что помогает уменьшить обматывание материала. Гидростатический привод обеспечивает реверсивное измельчение и защиту при встрече с неподатливыми предметами. Операторы даже могут настраивать программы измельчения для разных материалов.
Будем открыты к топливной гибкости в будущем
Похоже, Perkins только готовит демонстратор к тестированию в машине, и компания не публиковала пока результаты по расходу водорода, заправке, выбросам или другим данным. И я понимаю, что водородный двигатель может казаться пока непрактичным, потому что, в первую очередь, отсутствует инфраструктура заправки водородом, однако водородное сгорание — очень практичная концепция. Вместо полной переработки машины вокруг массивных батарей или водородных топливных элементов, двигатель с искровым зажиганием под водород может поместиться в моторный отсек и соответствовать рабочему профилю широкого спектра строительной техники. Водород обеспечивает скорость заправки, режимы работы и общую архитектуру двигателя, знакомые пользователям бензиновых и дизельных агрегатов. Эта знакомость будет важна для менеджеров автопарков и механиков.
Не поймите меня неправильно. Я считаю, что аккумуляторная электрификация имеет своё место. Также остаётся место для дизеля. Но крупные внедорожные машины создают другие вызовы. Средние и большие машины часто работают длительными непрерывными сменами и эксплуатируются далеко от электрической инфраструктуры. Кроме того, батареи тяжёлые и дорогие. Ещё есть изменение мышления по перезарядке — рабочий процесс заправки/подзарядки, который должен полностью измениться.
Водородное сгорание предлагает иной путь к безэмиссионной работе, используя двигатель с искровым зажиганием, похожий на газовый агрегат. Внутренние сгорающие двигатели на водороде могут работать на газообразном водороде и в основном выделять водяной пар (хотя может потребоваться постобработка выхлопа); сжигание водорода при высоких температурах может образовывать оксиды азота (NOx), которые являются загрязнителями.
Двигатель на водороде можно заправлять с помощью топливной машины. Парки техники могли бы быстро заправлять машины в поле, вместо ожидания зарядки батарей или установки высокоёмкой электрической инфраструктуры. Водородное сгорание также позволяет избежать массивных аккумуляторных батарей, необходимых для полной электрификации крупных машин. Это может сократить добавленный вес и сохранить грузоподъёмность, характеристики копания, баланс и компоновку машины. Конечно, этот гибрид Perkins использует батарею, согласно инженерному обновлению Perkins. Но такие гибриды избегают больших ёмкостей аккумуляторов, необходимых для эквивалентной полностью электрической машины. Производители машин также могут сохранить значительную часть существующей архитектуры двигателя, охлаждения, гидравлики, шасси и трансмиссии. Таким образом, OEM-производителям не придётся радикально переориентировать конструкции своих машин.
Очевидно, что водороду ещё предстоит заслужить своё место на стройплощадке, и такие тесты помогут показать, где он подходит. Но стоит сохранять открытость. Потенциал более чистой энергии заслуживает честного шанса, и я, лично, с интересом наблюдаю за этим в действии.
Кит Гриббинс — руководитель контента в Construction Equipment, где он отвечает за редакционную стратегию в печати, цифровых, видео- и социальных каналах. Награждённый журналист с более чем 20-летним опытом, Кит получил 17 национальных и региональных редакционных наград и известен своим практическим стилем репортажей, регулярно посещая производителей, работая с техникой и освещая крупные отраслевые события по всему миру.