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건설 기계 전기화의 폭발적인 성장: 모터는 어떻게 기술적 혁신을 달성할 수 있습니까?
2025년 건설기계의 전 세계 전동화율은 여전히 2% 미만인 것으로 알려졌다. 그러나 업계에서는 기술 혁신과 상당한 비용 절감을 달성한 후에는 보급률이 30%를 넘을 것으로 예상하고 있다. 고고도 터널부터 심해 광산까지, 전기 구동 시스템은 건설기계의 친환경 전환을 이끄는 핵심 원동력이 되고 있습니다. 중국, 미국, 유럽연합 등 주요 시장에서는 모두 전기화를 건설 기계 부문의 미래 전략 방향으로 확인했으며, 이는 수조 달러에 달하는 시장 변화를 예고하고 있습니다.
I. 업계의 물결
건설기계의 전기화는 더 이상 개념적 아이디어가 아닌 현실로 다가왔습니다. 2024년부터 중국은 건설 기계와 관련된 20개의 국가 표준을 새로 발표했으며 13개를 더 개발 중이며 모두 전기화, 지능화 및 녹색 개발로의 전환에 중점을 두고 있습니다. 이 표준 시리즈는 용어 및 전체 기계부터 에너지 소비 테스트 및 전원 배터리 안전에 이르기까지 전체 산업 체인을 포괄하여 업계의 고품질 개발을 위한 기술 지원을 제공합니다. 표준화는 실패 위험을 줄일 뿐만 아니라 선두 기업에 자원의 집중을 촉진합니다.
II. 성능 과제
건설 기계의 전기화에 대한 핵심 과제는 극한의 작동 조건에서 성능 요구 사항을 충족하는 것입니다. 기존 연료 구동 시스템과 비교하여 전기 시스템은 에너지 변환 효율성, 작동 기간(범위) 및 배터리 비용이라는 세 가지 주요 장애물을 극복해야 합니다. 전문 모터는 건설 기계의 특성상 심한 부하 변동, 강렬한 진동, 강한 충격을 견뎌야 합니다. 전압 적응성 또한 중요한 지표가 되었습니다. 전기 건설 기계 제품은 20kW ~ 200kW의 전력 범위를 포괄해야 하며 입력 전압은 270~850V의 넓은 범위에 적응해야 합니다. 고도가 높은 환경에서 전력 감쇠 문제에도 특정 솔루션이 필요합니다. 냉각 시스템은 기술의 또 다른 주요 초점입니다. 냉각 시스템에는 모터 효율이 GB30254-2013 표준에 지정된 2등급 에너지 효율 요구 사항을 충족할 수 있도록 고강도 절연 설계가 통합되어야 합니다.
III. 기술적 혁신
건설기계의 전동화 기술 개발은 뚜렷한 단계를 보입니다. 첫 번째 단계에서는 주로 전통적인 중앙 집중식 유압 아키텍처를 유지하면서 연료 구동 에너지 시스템을 전기 시스템으로 교체하는 작업이 포함되었습니다.
두 번째 단계에서는 유압 변속기를 전기 구동 시스템으로 부분적으로 교체하기 시작했습니다.
3세대 기술은 고도로 통합된 방향으로 발전하고 있습니다.
저속, 고토크 영구자석 직접 구동 모터 기술이 획기적인 발전을 이루었습니다. 이러한 모터는 기어 감속기가 필요 없이 부하를 직접 구동하므로 구동 시스템의 에너지 소비를 크게 줄이고 기계 장비의 신뢰성을 향상시킬 수 있습니다.
지능형 제어 시스템의 발전은 건설 기계의 전기화에 대한 새로운 가능성을 열어줍니다.
IV. 응용
건설 기계의 전기화 적용은 다양한 시나리오로 확대되었습니다. 광산 부문에서는 전기 굴삭기 및 전기 광산 트럭과 같은 제품이 상업적으로 활용되고 있습니다.
인프라 건설 분야에서도 전력화의 침투가 이뤄지고 있다. 전기 건설 기계 제품은 쓰촨-티베트 철도와 같은 주요 국가 프로젝트에 빠르게 채택되어 고지대 환경에서의 출력 감소, 주요 예비 부품 및 연료의 높은 운송 비용과 같은 문제를 성공적으로 해결했습니다.
도시 건설 프로젝트에서는 전기 믹서 트럭, 전기 펌프 트럭과 같은 제품이 점차 인기를 얻고 있습니다. 2024년 7월 전동휠로더 국내 보급률은 15.7%로 전년 대비 11.1%포인트 증가한 것으로 알려졌다. 신에너지 믹서 트럭, 광산용 트럭, 대형 트럭의 보급률도 지속적으로 상승하고 있습니다. 해외 시장 확장 측면에서 중국의 전기 건설 기계 제품은 기술적 우위를 바탕으로 국제 고급 시장에 성공적으로 진출했습니다. EU CE 인증 표준을 준수하는 Zoomlion의 순수 전기 믹서 트럭이 독일 시장에 성공적으로 진출했습니다.
V. 이중 기회
건설 기계 전기화의 미래 발전은 비용 절감과 기술 반복이라는 두 가지 핵심 요소에 의해 주도됩니다.
리튬 배터리는 전기 건설기계 원가비중에서 최대 40%를 차지한다. 따라서 리튬배터리 원가를 낮추는 것은 전동화된 건설기계의 경쟁력을 높이는 데 핵심이다. 중국은 세계에서 가장 포괄적이고 발전된 리튬 배터리 산업 체인을 보유하고 있습니다. 인산철리튬(LFP) 배터리 가격은 한국보다 17%, 미국보다 40% 저렴해 중국 건설기계 전동화에 상당한 비용 우위를 제공하고 있다. 기술 반복에 있어서는 전기 구동 시스템의 효율성을 높이고 배터리 에너지 밀도를 높이는 것이 주요 방향이 될 것입니다. 현재 건설기계의 전동화율 증가를 저해하는 핵심 요인은 높은 배터리 비용과 유압시스템의 상대적으로 낮은 에너지 변환 효율로 인한 제한된 작동 기간(범위)입니다. 이중 탄소 전략이 발전함에 따라 건설 기계의 전기화가 중요한 구성요소가 될 것입니다.글로벌 녹색광산 건설의 선두주자입니다.