ما هو الحمّال الكهربائي؟ رؤى رئيسية للمُنشئين

الإنتاجية عبر التوصيل بالتيار الكهربائي: ما يجب أن يعرفه المُنشئون قبل تحديد مواصفات حمّال كهربائي

لقد انتقلت كهربة معدات البناء من كونها فكرة عرض في المعارض التجارية إلى الإنتاج المتسلسل. فالمُحمِّلات الكهربائية — وهي آلات صغيرة الحجم ذات عجلات أو مجنزرة تعمل بالكامل بواسطة حزم بطاريات — تتنافس الآن مباشرةً مع نظيراتها التي تعمل بالديزل في مواقع العمل عبر أوروبا وأمريكا الشمالية. وللمقاولين الذين يقيّمون ما إذا كانت المعدات الكهربائية مناسبة لعملياتهم، فإن فهم القدرات الفعلية لهذه التكنولوجيا — بعيدًا عن الادعاءات التسويقية للمصنّعين — هو العامل الحاسم في تحديد ما إذا كانت هذه الاستثمارات ستؤتي ثمارها أم ستُخيب الآمال.

المبادئ الأساسية لتكنولوجيا المُحمِّلات الكهربائية

أنظمة البطاريات ومقايضات كثافة الطاقة

يُستَبدَل محرك التحميل الكهربائي بالمحرك ذو الاحتراق الداخلي ونظام الوقود وحزمة التبريد ومعالجة العادم، وذلك باستخدام حزمة بطاريات ليثيوم-أيون ومحركات كهربائية للدفع ونظام لإدارة الحرارة. وتشكّل حزمة البطاريات المكوّن الحاسم في هذا النظام؛ إذ إن سعتها (المقاسة بوحدة الكيلوواط ساعة) تُحدِّد مباشرةً مدة التشغيل، بينما تُحدِّد تركيبتها الكيميائية سرعة الشحن وعمر الدورة التشغيلية وأداء البطارية في الأجواء الباردة.

تتفوّق كيمياء ليثيوم حديد الفوسفات (LiFePO4) في تطبيقات معدات البناء نظراً لاستقرارها الحراري الممتاز، إذ تقاوم الانفجار الحراري عند درجات الحرارة التي قد تتسبّب فيها كيمياء الليثيوم الأخرى في اشتعال، كما توفر ما بين ٢٥٠٠ و٤٠٠٠ دورة شحن قبل أن تنخفض سعتها إلى ٨٠٪ من سعتها الأصلية. أما المقابل لهذا التفوّق فهو أن كيمياء ليثيوم حديد الفوسفات تخزّن طاقة أقل بنسبة ٣٠٪ تقريباً لكل كيلوجرام مقارنةً بكيمياء نيكل-منغنيز-كوبالت (NMC) المستخدمة في المركبات الكهربائية للركاب. ويبلغ وزن حزمة بطاريات الحمّالة الكهربائية التي توفّر وقت تشغيل يمتدّ لست ساعات حوالي ٦٠٠–٩٠٠ كجم، أي أثقل من المحرك الديزلي وtank الوقود ونظام التبريد اللذين تحلّ محلّهما.

توفر محركات القيادة الكهربائية ميزتها الحاسمة عند السرعات المنخفضة: فهي تُنتج ١٠٠٪ من عزم الدوران المُصنّف ابتداءً من صفر دورة في الدقيقة (RPM). أما محركات الديزل فلا تُنتج عزم الدوران الأقصى إلا بعد بلوغها سرعة تتراوح بين ١٢٠٠ و١٨٠٠ دورة في الدقيقة. ويؤدي توافر عزم الدوران الفوري في الحمّالات الكهربائية إلى تحميل أكثر استجابةً بواسطة الدلو، ودورات أسرع في عمليات مناولة المواد التي تتطلب التوقف والانطلاق المتكرر، والتحكم الأملس أثناء عمليات التسوية الدقيقة.

متطلبات البنية التحتية للشحن

يجب على المقاولين الذين يقيّمون اعتماد الحمّالات الكهربائية أن يخططوا لبنية تحتية للشحن بالتوازي مع شراء المعدات. فحزمة البطارية ذات السعة ٤٠–٦٠ كيلوواط ساعة — وهي السعة النموذجية للحمّالات الكهربائية الصغيرة — تشحن من ٢٠٪ إلى ٨٠٪ خلال نحو ساعتين إلى ثلاث ساعات باستخدام شاحن تيار مستمر سريع من المستوى الثالث (Level 3) ثلاثي الطور بجهد ٤٨٠ فولت، أو خلال ٨–١٠ ساعات باستخدام اتصال من المستوى الثاني (Level 2) بجهد ٢٤٠ فولت. ويمكن لعمليات العمل بنوبة واحدة أن تُشغَّل عملية الشحن طوال الليل عبر بنية تحتية من المستوى الثاني بتكلفة تركيب منخفضة للغاية. أما عمليات العمل المتعددة النوبات التي تتطلب الشحن في منتصف اليوم فتحتاج إلى إمكانية الشحن من المستوى الثالث، ما يضيف تكلفة تتراوح بين ١٠٠٠٠ و٢٥٠٠٠ دولار أمريكي لتوريد محطة الشحن وترقية الخدمة الكهربائية.

التطبيقات الإنشائية التي تتفوق فيها الحمّالات الكهربائية

العمليات الداخلية والتحت أرضية

الميزة التشغيلية المميِّزة للحمّال الكهربائي — وهي انعدام انبعاثات العادم — تُولِّد قيمةً في البيئات المغلقة التي تتطلب أنظمة باهظة التكلفة لمكافحة عوادم الديزل. فتشييد أجنحة المستشفيات، وتجديد المباني المكتبية أثناء احتلالها، وأعمال الحفر في الأنفاق، والعمليات التعدينية، وتوسيع مرافق معالجة الأغذية، كلُّها تتطلَّب إما أنظمة تحكُّم في انبعاثات الديزل (مثل التهوية وأنظمة التنقية ومراقبة أول أكسيد الكربون) أو معدات خالية تمامًا من الانبعاثات. وقد تفوق تكاليف التهوية المطلوبة لمعدات الديزل في مواقع البناء تحت الأرض تكاليف تشغيل المعدات نفسها، ما يجعل الفارق في سعر شراء الحمّال الكهربائي قابلاً للاسترداد من خلال وفورات التهوية وحدها خلال فترة ١٢–١٨ شهرًا من التشغيل المستمر.

شركة جينينغ آيد ماشينري المصنعة، التي تمتلك طاقة إنتاجية تبلغ ٢٠٠٠ وحدة شهريًّا عبر خطَّي منتجات الحمَّالات الصغيرة والحفَّارات، لاحظت ازدياد الطلب بشكل متسارع من المشترين الأوروبيين خصوصًا على حلول المعدات المصمَّمة للبيئات المغلقة، نتيجة تشديد لوائح جودة الهواء الداخلي في دول الاتحاد الأوروبي الأعضاء.

البناء الحضري الخاضع لأنظمة الضوضاء

تعمل الحمَّالات الكهربائية عند مستوى ضجيج يتراوح بين ٦٠ و٧٠ ديسيبل، مقارنةً بمستوى يتراوح بين ٨٥ و٩٥ ديسيبل للحمَّالات العاملة بالديزل. ويُترجم هذا الفرق الذي يتجاوز ٢٠ ديسيبل إلى انخفاض محسوس في درجة الصخَّة بنسبة تقارب ٧٥٪ — أي الفرق بين الحديث العادي والصراخ. وبذلك تستفيد مشاريع البناء الحضري التي تواجه قيودًا ليلية على الضوضاء، أو تلك القريبة من المدارس، أو الخاضعة لقيود المناطق المجاورة للمستشفيات، من حيث الكفاءة التشغيلية: إذ يمكن للطواقم العمل لفترات أطول دون تلقِّي شكاوى بشأن الضوضاء، مما يؤدي إلى اختصار الجداول الزمنية للمشاريع التي كانت ستكون مقيدة بساعات العمل المسموحة.

تجربة البنَّاء الواقعية

واجه مقاول عام يُجري تجديدًا لمبنى مستشفى مكوّن من 12 طابقًا وقائمٍ على العمل في السويد قيودًا صارمةً تتعلق بالانبعاثات والضوضاء خلال المشروع الذي استمر عامين. وتطلّب تشغيل حمّالات صغيرة تعمل بالديزل لأعمال الهدم الداخلي تركيب أنابيب تهوية مؤقتة بتكلفة تقدّر بـ 2800 يورو أسبوعيًّا، بالإضافة إلى مراقبة غاز أول أكسيد الكربون مع تحديد حدود تلقائية لإيقاف المعدات عند تجاوزها. وبعد استبدال جهازي ديزل بحمّالتين صغيرتين كهربائيتين تعملان بالبطاريات، تخلّص المقاول تمامًا من انبعاثات الاحتراق الداخلي في مناطق العمل الداخلية، وأزال تكاليف أنابيب التهوية من ميزانية المشروع، وتمكّن من تشغيل المعدات خلال ساعات النهار التي يقضيها المرضى — وهي قيود كانت تحدّ من أعمال الهدم الداخلي سابقًا على الورديات الليلية فقط. وقد تم استرداد الفرق في سعر شراء الحمّالة الكهربائية البالغ حوالي 18000 يورو لكل جهاز من خلال تجنّب تكاليف التهوية لمدة 28 أسبوعًا.

الأسئلة الشائعة

كم تدوم بطارية الحمّالة الكهربائية في كل شحنة؟

عادةً ما تعمل حمولات الكهربائية المدمجة من ٤ إلى ٨ ساعات لكل شحنة، ويعتمد ذلك على شدة الحمل الوظيفي. فاستخدامها في الحفر الثقيل أو في تشغيل الملحقات ذات التدفق الهيدروليكي العالي يستهلك الطاقة بسرعة أكبر مقارنةً بالتعامل الخفيف مع المواد. وتقدّم الشركات المصنِّعة تقديرات لمدة التشغيل عند عامل حمل نسبته ٦٠٪؛ لذا ينبغي على المشترين تقييم الأداء استنادًا إلى ملف عملهم الفعلي بدلًا من الاعتماد على أقصى القيم المُعلَّنة.

هل يمكن لحمولات الكهربائية تشغيل ملحقات تتطلب تدفقًا هيدروليكيًّا عاليًا؟

نعم — فحمولات الكهرباء تستخدم مضخات هيدروليكية يُدارُ تشغيلها بواسطة محركات كهربائية، وتوفِّر هذه المضخات التدفق الكامل المُحدَّد لها بغض النظر عن سرعة الحركة. أما الملحقات عالية التدفق مثل آلات تسوية الأسفلت الباردة ومُقطِّعات النباتات فهي تستهلك طاقةً أكبر من البطارية، لكنها تحصل مع ذلك على أداءٍ هيدروليكيٍّ ثابتٍ. ويجب التأكُّد من أن دائرة التدفق العالي في الطراز المحدد تفي باحتياجات الملحق المطلوب.

هل تصلح الحمولات الكهربائية للاستخدام في مواقع البناء الخارجية تحت المطر؟

تتميّز الحمّالات الكهربائية بتصنيف حماية من دخول المياه IP65 أو IP67 في وحدات البطاريات والاتصالات الكهربائية، ما يجعلها مناسبة للعمل تحت المطر وللتنظيف بالغسل بالماء. ويجب تجنُّب الغمر الكامل — مثل القيادة عبر مياه واقفة عميقة — كما هو الحال مع أي معدات بناء أخرى.

ما العمر التشغيلي المتوقع للحمّال الكهربائي؟

تتفوّق أنظمة الدفع في الحمّالات الكهربائية عادةً في العمر الافتراضي على نظيراتها الديزلية، لأن المحركات الكهربائية تحتوي على جزء متحرك واحد فقط، بينما تحتوي المحركات الديزلية على مئات الأجزاء المتحركة. وتظل حزم البطاريات تحافظ على ٨٠٪ من سعتها لأكثر من ٢٥٠٠ دورة — أي ما يعادل ٧–١٠ سنوات من التشغيل بنوبة عمل واحدة يوميًّا. وتكاليف الاستبدال الرئيسية على المدى الطويل تتعلَّق بوحدة البطارية، والتي تنخفض حاليًّا بنسبة ٨–١٢٪ سنويًّا.

هل تتطلّب الحمّالات الكهربائية تدريبًا خاصًّا للمُشغِّلين؟

تتشابه عملية التشغيل مع حمّالات الديزل من ناحيتين: الفرملة التوليدية التي تُبطئ الجهاز عند تحرير دواسة الوقود، وشاشة مراقبة إدارة البطارية. ويتكيف معظم المشغلين خلال وردية إلى ورديتين. وتتطلب بعض السلطات المحلية تدريبًا على الوعي بالسلامة الكهربائية عالية الجهد للموظفين العاملين بالقرب من بنية التحتية للشحن.

كيف تقارن تكاليف شراء الحمّالات الكهربائية بتكلفة حمّالات الديزل؟

تتفوق تكاليف شراء الحمّالات الكهربائية بنسبة ٢٥–٤٠٪ على تكاليف النماذج المكافئة التي تعمل بالديزل. وتُعوَّض هذه الزيادة بانخفاض تكاليف الطاقة (أقل بنسبة ٦٠–٧٠٪ لكل ساعة)، وانخفاض تكاليف الصيانة (بسبب عدم الحاجة إلى زيت المحرك والمرشحات وفلتر الجسيمات الديزل)، وباستخدامها في التطبيقات الداخلية يتم إلغاء تكاليف التهوية تمامًا. وتتراوح فترة استرداد التكلفة بين سنتين وخمس سنوات، وذلك حسب نوع التطبيق وأسعار الطاقة.