寫稿
投稿
隨著“雙碳”目標的實施，各行各業(yè)都面臨著低碳轉(zhuǎn)型、節(jié)能減排的挑戰(zhàn)。我國目前仍處于軌道交通快速發(fā)展階段，并繼續(xù)保持增長態(tài)勢，其能源消耗和碳減排壓力仍將與日俱增。氫能作為可再生的清潔能源，已成為軌道交通場景中降低碳排放的有效解決途徑之一。
氫能軌道交通的優(yōu)勢：
環(huán)境友好、綠色環(huán)保：使用氫能源作為動力來源，使用過程中噪音小，相比傳統(tǒng)軌道交通更加低碳環(huán)保，能有效減少溫室氣體排放。
高效節(jié)能、經(jīng)濟性高：減少了對化石能源的依賴，使用可再生能源，能源利用率相比傳統(tǒng)內(nèi)燃機車更高，且不需要建設(shè)傳統(tǒng)電氣化鐵路所需的接觸網(wǎng)等設(shè)施，降低了建設(shè)和運營成本。
“氫能軌道交通采用氫能源作為動力，從全產(chǎn)業(yè)鏈角度來看，更加低碳環(huán)保?！蔽髂辖煌ù髮W(xué)氫能及儲能技術(shù)研究院院長陳維榮指出，“據(jù)測算，一列時速160公里的氫能源市域動車，一天跑500公里，一年大概可以減少1萬多公斤二氧化碳的排放，減碳效果顯著。因此，氫能軌道交通是我國交通領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)‘雙碳’目標的重要手段之一。”
氫能軌道交通憑借其續(xù)航長、供電設(shè)備投入少、可以降低對傳統(tǒng)化石能源的依賴等優(yōu)勢備受關(guān)注。
據(jù)氫啟未來網(wǎng)不完全統(tǒng)計2023年國內(nèi)企業(yè)在氫能軌道交通領(lǐng)域有以下進展
2023年3月2日，保定市河北京車智能制造基地下線國內(nèi)首列氫燃料混合動力鉸接輕軌車。該列車具備全自動駕駛功能，最高運營時速80公里，采用無網(wǎng)供電技術(shù)，可以實現(xiàn)和城市軌道交通和市郊鐵路的跨網(wǎng)運營，可應(yīng)用于機場、城郊通勤、景區(qū)旅游等場景。
2023年5月，中國中車集團發(fā)布氫能源市域列車，最高時速160km/h，可實現(xiàn)600公里超長續(xù)航。
2023年6月，中國中車集團首臺“寧東號”氫動力機車在山西大同下線?！皩帠|號”搭載著軌道交通領(lǐng)域最大功率燃料電池系統(tǒng)，裝車功率高達800kW，通過動力系統(tǒng)模塊化配置可滿足2000kW以下不同輪周功率需求，同時具有最大容量270kg的儲供氫系統(tǒng)，最長可單機連續(xù)運行約190小時。
2023年7月14日，由中車株洲所自主研制的全球首輛氫能源智軌電車在湖南株洲成功裝運發(fā)車，運往馬來西亞，并將在古晉市開展為期3個月的試跑。該氫能列車采用了70MPa儲氫系統(tǒng)和大功率燃料電池系統(tǒng)，續(xù)駛里程達245公里。
2023年7月18日，中鐵武漢電氣化局生產(chǎn)制造的氫能源地鐵施工作業(yè)車在襄陽正式下線。該車采用氫燃料電池與鋰電池混合動力系統(tǒng)，由四川榮創(chuàng)新能動力系統(tǒng)有限公司負責提供，設(shè)計時速80公里，一次加氫30分鐘，可連續(xù)運行32小時，可廣泛應(yīng)用于地鐵、隧道、礦山等作業(yè)領(lǐng)域。
當前企業(yè)和研究機構(gòu)在系統(tǒng)能量管理、故障診斷與壽命預(yù)測等方面均已開展了較為深入的研究，可以在多場景進行應(yīng)用，替代傳統(tǒng)內(nèi)燃機軌道車輛進行作業(yè)。
氫能軌道交通的發(fā)展還面臨以下挑戰(zhàn)
技術(shù)：氫燃料電池混合動力系統(tǒng)的可靠高效運行是氫能在軌道交通領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵。軌道交通的運行里程、載重量、運行速度和功率等需求與燃料電池汽車不同，當前的技術(shù)發(fā)展主要基于已知工況和對既有車型的升級替換，存在車輛性能和實際運營場景需求不匹配的情況。
為更好應(yīng)用于實際，需結(jié)合實時路況信息，應(yīng)對不同的應(yīng)用場景和運行需求。
除此之外，燃料電池的壽命遠低于軌道交通車輛的設(shè)計壽命，同時由于軌道交通車輛的運行功率大，單套氫燃料電池系統(tǒng)無法滿足使用需求，需要配備多堆燃料電池作為動力源，系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制難度隨之升高。
安全：安全控制也是制約氫能軌道車輛商業(yè)化的難點，主要包括加氫安全、儲氫安全、氫泄漏處理和整車緊急狀態(tài)安全，隨著仿真技術(shù)的進步、測試數(shù)據(jù)的積累和傳感器技術(shù)的提升，安全控制技術(shù)將進一步發(fā)展。
成本：氫能軌道交通車輛可以擺脫接觸網(wǎng)系統(tǒng)，節(jié)約軌道建設(shè)成本，但燃料電池系統(tǒng)壽命較短，在車輛服役期間需要多次更換燃料電池系統(tǒng)，整體運行成本仍高于傳統(tǒng)軌道交通車輛。目前降低成本方面的研究主要集中在燃料電池壽命的提升。
此外，氫氣成本的降低也會減少氫能軌道交通的運營成本。
基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)：目前的加氫站建設(shè)主要針對燃料電池汽車，針對氫能軌道交通加氫站的建設(shè)和標準制定較少，而氫能軌道交通的加氫需求相比燃料電池汽車更大，對加氫站的安全性和加注規(guī)模要求更高。
發(fā)展趨勢
1. 高速化與重載化
受限于氫燃料電池的輸出功率，其行駛速度相對較低。為了更好地滿足乘客需求，高速化是氫燃料電池軌道客運車輛的主要發(fā)展方向之一。
目前，我國時速120~160 km的氫燃料電池城際動車組正處于實施階段，時速160~200 km的氫燃料電池動車組正處于可行性研究階段。
同時，我國目前也正在對氫燃料電池站場調(diào)車和重載機車進行深入研究，提升氫燃料電池機車整體性能，支撐軌道交通的綠色轉(zhuǎn)型。
2. 整車正向設(shè)計
后續(xù)氫燃料電池軌道車輛需開展正向設(shè)計，以性能設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、試驗測試不斷迭代為過程，以設(shè)計技術(shù)、設(shè)計規(guī)范、設(shè)計軟件、數(shù)字孿生設(shè)計集成為核心，除了響應(yīng)運行速度、節(jié)能環(huán)保等市場需求外，更要面向先進技術(shù)參數(shù)，即高效率、高可靠性、智能化運維等進行整體規(guī)劃，與現(xiàn)有的軌道車輛研發(fā)與生產(chǎn)融合，打造氫燃料電池軌道車輛設(shè)計、制造、運維開發(fā)一體化能力。
在氫能軌道交通積極發(fā)展的同時，也有專家指出，政策層面的扶持不足將會影響企業(yè)入局的積極性，另外，新制式的氫能軌道交通車輛過軌審批難的問題也亟待解決。
資料來源：《氫能軌道交通的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢》陳維榮，王穎民等
