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2023

氢能轨道交通大放异彩指日可待？

作者：

势银能链

步入2023年，氢能在下游应用领域正成为国内热爱的重要能源转型方向，而轨道交通就是其”用武之地“之一。目前在交通领域方面，成都、佛山、张家口、青岛等地的十四五规划中，都明确提出要把有轨电车、城际交通纳入到氢能源应用范围中。

据国家高速列车青岛技术创新中心副主任刘韶庆公开介绍：从行业来说，目前国内铁路除了郑州局、兰州局、成都局之外，基本上所有的路局都是电气化运营，大概有7万公里非电气化铁路，采用内燃机车运营。在欧洲国家的非电气化铁路上，内燃机运营的列车大概是16000多辆，近十年内面临着更新换代的需求。假设以5000辆列车的改造规模进行计算，采用氢燃料电池装机量可以达到1万兆瓦总量，市场预期规模有1000亿元需求。

分析氢能在轨道交通的应用优势，特别是在城市交通的有轨电车上，现在采用的是铺设电网、专有供电的方式。轨道交通设备如果采用氢能替代，将会大幅度提升运行的经济性和环境友好性，特别对跨线路以及城市选线会提供非常多的便利。

氢能轨道交通极具前景，应用优势显著

氢能轨道交通是极具前景的氢燃料电池应用场景，与高铁相比，氢能源轨道车辆线路将取消接触网及相关变电站，提升了线路检修便捷性，增强城市环境兼容性，带动当地氢能源产业链发展，推动氢能源综合应用，轨道交通氢能源应用具有其自身的独特优势：

环境友好。采用氢能源作为动力，从制氢到用氢，全产业链都是低碳的，轨道交通氢能源应用无接触网/受流轨，噪音、辐射小。而高铁靠电力驱动，电气化铁路在使用阶段是环保的，但目前我国60%的电力来源于火电，源头上还是有空气污染问题。所以从全产业链角度来看，氢能源轨道交通更加低碳环保。

经济性高。氢能源轨道交通因免掉了传统电气化铁路的接触网、变电所等复杂工程问题，初期成本大幅降低，其一次性建设成本和全寿命周期运营成本，比传统高铁低10%-20%左右，同时，建设周期短，无需维护供电系统，降低养护成本。

兼容性强。轨道交通氢能源应用增加线路组网能力，车辆多线路运行效率提升。

示范显著。氢能源轨道交通用氢规模大，可显著带动当地氢产业链全面发展。

该领域的一位工作人员表示，氢能源有轨电车加注一次氢只需要3分钟，在加满氢的状态下，可以满载持续行驶近100公里，最高运行时速可达70公里，具有高效能的突出优势。另一方面，当前产品现在可以做到轻量化，对于城市的一些复杂地形来说，轨道交通氢能源应用极具优势。

国内轨道交通刮起阵阵“氢”风

2月，“中车造”氢能源数字轨道胶轮车出圈央视。上海临港中运量2号线是中车浦镇公司研制的在现代有轨电车技术基础上的一种全新车辆制式，配置2套氢动力系统，共设10个35兆帕氢瓶，总储能量570千万时，并采用氢能与超级电容的混合动力，氢能源中运量T2线10至15分钟加满氢气，续航里程可达150公里。临港新片区同汇路综合服务站为其提供加氢服务。

同月，装用中国中车CAB-B型机车制动系统的中车氢燃料电池混合动力机车安全运行突破20000公里。此次装用于氢燃料电池混合动力机车，也是中国中车CAB-B型机动制动系统继在“和谐”和“复兴”系列机车成功装车运用后，在新型机车市场实现的新突破。

3 月2日，在保定市满城区河北京车智能制造基地，国内首列氢燃料混合动力铰接轻轨车正式下线。据悉，该氢燃料混合动力铰接轻轨车长30米，“腰身”只有2.65米，两节车厢构成一个编组，满载可到300人。该列车具备全自动驾驶功能，最高运营时速80公里。同传统轻轨车相比，具有多项显著优势，因为采用无网供电技术，可以实现和城市轨道交通和市郊铁路的跨网运营，能广泛应用到机场、城郊通勤、景区旅游等场景。

3月23日，由南海区人民政府、深圳市京兰实业有限公司、深圳市氢蓝时代动力科技有限公司、广东南海城建集团有限公司和广东西樵山文旅投资控股集团有限公司五方共同签订南海区“旅游设施建设及其TOD综合开发、产业开发项目战略合作框架协议”。

通过此次战略签约，依托京兰空铁在新制式轨道交通的创新成果，以及氢蓝时代在大功率燃电产品的引领技术，加速打造具有核心竞争力的南海龙头企业，并整合南海现有的商业环境，可进一步实现“交通+旅游”优势资源的共享、协同、集成与互补。

5月10日，中国中车的氢能源市域列车在2023年中国品牌日活动现场重磅发布。全球首列氢能源市域列车4辆编组，最高时速160km/ h，内置“氢能动力”系统，为车辆运用提供强劲持久的动力源，可实现600公里超长续航。

6月15日，“宁东号”氢动力机车在中国中车下线。该项目以市场保有量可观的东风4B机车为基础，进行再造技术研究，通过将主动力系统由柴油机加直流牵引电机升级为燃料电池、氢燃料混合动力和交流牵引电机的动力组合。

据悉，“宁东号”氢动力机车搭载着轨道交通领域最大功率燃料电池系统，装车功率高达800kW，通过动力系统模块化配置可满足2000kW以下不同轮周功率需求。动力电池系统兼容钛酸锂、磷酸铁锂等电池类型，能够根据运用工况、用户经济性能需求灵活配置。机车同时具有最大容量270kg的储供氢系统，2小时内即可完成一次加氢，最长可单机连续运行约190小时。

7月14日，由中车株洲所自主研制的全球首辆氢能源智轨电车在湖南株洲成功装运发车，运往马来西亚，并将在古晋市开展为期3个月的试跑。据悉，这款氢能列车创新采用了70MPa储氢系统和大功率燃料电池系统，使得其续驶里程高达245公里。其虽是中国氢能轨道交通走出国门的一小步，但却是向“一带一路”沿线国家证明中国氢能实力的一大步。

7月18日，中铁武汉电气化局生产制造的氢能源地铁施工作业车在襄阳正式下线。该车采用氢燃料电池与锂电池混合动力系统，由四川荣创新能动力系统有限公司负责提供，设计时速80公里，一次加氢30分钟，可连续运行32小时，可广泛应用在地铁、隧道、矿山等作业领域。

运行工况独特，各类挑战有待解决

目前以中车为代表的主机企业在研发设计领域，围绕着城轨、高铁等运输设备氢能应用的需求，已经构建设计平台，涵盖基本的建议计算、整个系统的参数设计，包括仿真实验、甚至是分析，形成完备的设计能力。

但轨道交通由于运行里程、载重量、速度、功率需求和汽车不太相同，有着自己独特的运行工况。在氢燃料系统的应用方面，还面临着动力总成设计、能量管理、加储氢以及安全技术等多个方面的挑战。

据势银能链了解到，首先是关于大功率的一个挑战，即总成设计。轨道车辆对运营速度和功率提升的需求，呈现出一个线性增加的状态，从而带来氢燃料电池体积重量不断增加的结果。在这种情况下，轨道车辆由于安装空间、整车承载能力都是受限的，需要在总成设计上寻求一些解决方案。

针对大功率总成，还有一个燃料电池寿命匹配的问题。轨道装备的使用寿命在25-30年期间；而现有电池使用寿命，比如有轨电车是2.5万小时，实际上只能满足3-5年的设计寿命需求。

在混合动力能量管理方面，轨道车辆不同的平台对能量的匹配要求是不一样的。未来如果实现多套电堆应用的情况，还需要进一步解决集群能量管理，包括具备容错功能的控制技术。

此外，高速列车续航里程需求达1400公里，中间不具备加氢条件的情况下，大容量的加氢储氢能力应该怎么解决？满足列车长空间的强大容器的研发，以及新型储氢技术的应用可以解决目前的困扰。

在快速加氢方面，以城际车为例，一天是50公里的运行线路，消耗接近2吨的氢能，它的储氢量是300公斤。如何在30分钟折返过程当中快速实现加氢，也是面临的一个挑战。

在应用场景用氢安全方面，轨道交通面临很多隧道运行的特殊条件。短期隧道有一些控制技术；如果是长隧道，这种情况下如何实现尾氢的排放消除和安全？常温常压的安全储氢还是面临着一些应用挑战。

最后在标准支撑方面，以中车系为例，已经完成设计、试验相关的安全标准，下一步如何与行业标准同步推广，还需要整个行业的协同。

总体而言，氢能应用于轨道交通能够有效降低碳排放和建设成本，但由于部分技术成熟度、产业链整体发展情况与行业配套完善程度等原因，氢能大规模应用于国内轨道交通产业仍任重道远。但就目前来看，随着相关技术、产业发展的加速更迭，以及中国中车作为领头羊角色助力能源转型，氢能轨道交通领域大放异彩的新阶段或将指日可待。

来源:势银能链