無需燃燒即獲取能量

1月27日，首臺(tái)國產(chǎn)氫燃料電池混合動(dòng)力機(jī)車在中國中車大同電力機(jī)車有限公司(以下簡稱中車大同)下線。這是我國氫能源在鐵路機(jī)車領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的最新成果，標(biāo)志著我國氫能利用技術(shù)取得關(guān)鍵突破，中國鐵路機(jī)車裝備駛?cè)肴驓淠芗夹g(shù)高地。

這款氫燃料電池混合動(dòng)力機(jī)車有什么特點(diǎn)?

“氫燃料電池混合動(dòng)力是繼內(nèi)燃機(jī)組與鋰電池組組成的混合動(dòng)力之后又一新的重大技術(shù)跨越，具有顯著的綠色環(huán)保和節(jié)能高效等特點(diǎn)。試驗(yàn)運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，氫燃料電池的能量轉(zhuǎn)換效率大幅高于傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)組，同時(shí)運(yùn)用再生制動(dòng)技術(shù)，機(jī)車在制動(dòng)時(shí)可以吸收回饋能量，通過制定合理的能量管理策略，完全能夠?qū)崿F(xiàn)最優(yōu)的能量輸出。”中車大同副總經(jīng)理兼總工程師趙明元說，該機(jī)車設(shè)計(jì)時(shí)速80公里，持續(xù)功率700千瓦，滿載氫氣可單機(jī)連續(xù)運(yùn)行24.5小時(shí)，平直道最大牽引載重超過5000噸。

中國科學(xué)院院士、西南交通大學(xué)首席教授翟婉明表示，這種不需要通過燃燒即獲得能量的方式，安全可靠，不僅運(yùn)行噪聲小、成本低、維護(hù)便捷，且排出物只有水，完全實(shí)現(xiàn)了碳和污染物的零排放。

為什么要研究氫燃料電池混合動(dòng)力機(jī)車?

氫在元素周期表中位于第一位，構(gòu)成了宇宙質(zhì)量的75%。在地球上，氫主要以化合物的形態(tài)貯存于水中，而水是地球上最廣泛的物質(zhì)。“作為重要的清潔能源，對(duì)氫燃料的合理利用是世界各國競相研究的重要科技高地，特別是在交通領(lǐng)域，氫能開發(fā)已經(jīng)成為重要的產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，得到了普遍應(yīng)用。”趙明元說，目前，氫燃料在我國已成功實(shí)現(xiàn)了在航天、汽車、城市有軌電車等領(lǐng)域的應(yīng)用。

目前，我國鐵路機(jī)車動(dòng)力約分為非電力和電力兩種類別。

非電力機(jī)車發(fā)展歷程為蒸汽(煤)、燃油，以及最新的氫氣。其中，燃煤和燃油均存在因排放造成的空氣污染，燃油還有一定的噪聲;電力機(jī)車發(fā)展歷程為直流、交流，以及最新的永磁直驅(qū)。機(jī)車效率提升依次為80%、85%和90%。

初步統(tǒng)計(jì)，目前中國國家鐵路集團(tuán)有限公司保有20000臺(tái)機(jī)車，其中內(nèi)燃機(jī)車7000臺(tái)，直流電力機(jī)車2800臺(tái)，交流電力機(jī)車10200臺(tái)，2019年機(jī)車能源消耗1634萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

2020年初，中車大同立項(xiàng)氫燃料電池應(yīng)用技術(shù)研究機(jī)車研制項(xiàng)目，也是中國中車重大項(xiàng)目“燃料電池混動(dòng)調(diào)車機(jī)車動(dòng)力系統(tǒng)匹配及整車關(guān)鍵技術(shù)研究”重要課題，并于6月申請了山西科技重大專項(xiàng)。項(xiàng)目于2020年5月完成方案設(shè)計(jì)，6月完成技術(shù)設(shè)計(jì)，9月開始試制，12月完成樣車調(diào)試。

專家認(rèn)為，氫燃料電池混合動(dòng)力機(jī)車經(jīng)濟(jì)效益良好。相較傳統(tǒng)燃油和電力機(jī)車，氫燃料電池混合動(dòng)力機(jī)車沒有任何污染物的排放，也不用重新架設(shè)取電網(wǎng)，在相對(duì)密閉的地鐵、隧道、礦山等環(huán)境下使用優(yōu)勢更加明顯，應(yīng)用和維護(hù)成本也更低;整車采用了模塊化設(shè)計(jì)，包括司機(jī)室在內(nèi)的全部設(shè)備都實(shí)現(xiàn)了模塊化安裝，這也使氫燃料混合動(dòng)力機(jī)車能夠依據(jù)客戶的實(shí)際需求和應(yīng)用條件，進(jìn)行不同功率等級(jí)和傳統(tǒng)+新能源等不同動(dòng)力方式的靈活搭配。

關(guān)鍵詞： 氫燃料電池混合動(dòng)力機(jī)車