根據(jù)陳維榮院士團隊的測算，一列時速160公里的氫能源市域動車，一天來回跑500公里，一年大概可以減少1萬多公斤二氧化碳的排放，減碳效果非常明顯。陳維榮院士介紹，氫能源列車是軌道交通領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)“雙碳”目標的一個重要手段。

 

除此之外，以氫燃料電池為動力的有軌電車、城市輕軌、調(diào)車機車等新型供電制式軌道車輛，具有清潔環(huán)保、續(xù)航里程長、建設(shè)周期短、不依賴復(fù)雜的地面供電系統(tǒng)和弓網(wǎng)系統(tǒng)等優(yōu)點，已成為軌道交通綠色低碳化發(fā)展的重要方向。

 

近年來，氫能源一直都是全球能源界關(guān)注的重點，其中氫燃料電池的應(yīng)用與研發(fā)也是許多科研工作者技術(shù)攻關(guān)的重要領(lǐng)域。氫能作為構(gòu)建以清潔能源為主的綜合能源供給系統(tǒng)的重要載體，已被應(yīng)用于交通體系之中，并且不斷發(fā)展。目前，氫燃料電池已開始在乘用車、客車、物流車等當中進行推廣應(yīng)用，而氫能源列車也會在不久的將來成為傳統(tǒng)軌道交通的重要補充。

 

“一提到氫能源應(yīng)用，可能大家想到的是公路交通，比如轎車、大巴車等等，但實際上鐵路同樣面臨巨大的節(jié)能減排壓力，以去年為例，全系統(tǒng)機車擁有量為21,000多臺，但其中內(nèi)燃機有7600多臺，占比超過了1/3，所以鐵路交通也迫切需要新能源的應(yīng)用。 ”西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院院長、俄羅斯工程院外籍院士陳維榮表示。

 

事實上，如今在全球向低碳、綠色轉(zhuǎn)型的大背景下，世界各國都在進行積極探索，利用氫燃料實現(xiàn)“零排放、無污染”，氫能在軌道交通上的應(yīng)用也一直在推進探索中。

 

阿爾斯通氫能列車Coradia iLint，圖源阿爾斯通

 

在國外，2016年世界上第一列由氫燃料電池驅(qū)動的客運列車阿爾斯通氫能列車Coradia iLint首次在柏林展Innotrans亮相。日本最大的客運鐵路公司東日本鐵路公司(JR East)于2019年公布了測試燃料電池列車的計劃。法國國家鐵路公司(SNCF)也公布，法國將加入氫能列車革命。斯塔德勒公司(Stadler US)與加州圣貝納迪諾縣運輸管理局(SBCTA)也將零排放客運鐵路技術(shù)引入美國，宣告著美國首輛商用氫動力客運火車(Flirt H2)項目正式啟動。

 

今年5月，阿爾斯通與全球最大的氫氣生產(chǎn)商美國AP公司簽署了一份諒解備忘錄，雙方將合作在捷克引進氫能列車，包括在捷克建設(shè)相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施。

 

8月，德國首條運行氫能列車的鐵路線路正式啟用。列車使用純氫氣作為燃料，從環(huán)境空氣中收集氧氣，再利用燃料電池將這兩種氣體轉(zhuǎn)化為電能，行駛時只產(chǎn)生蒸汽和冷凝水，且噪音很低。

 

據(jù)線路設(shè)計公司介紹，這種列車的續(xù)航能力為1000公里，最高時速可達140公里，1公斤氫氣能替代約4.5升的柴油，能明顯減少對環(huán)境的影響。“零排放交通是可持續(xù)發(fā)展的重要目標之一，這種氫能列車體現(xiàn)了綠色交通與先進技術(shù)的結(jié)合。”相關(guān)人員表示。

 

應(yīng)用氫燃料電池技術(shù)的iLint列車，圖源新能源驛站

 

在國內(nèi)，氫動力列車也在持續(xù)發(fā)展中。

 

政策上，今年3月，國家發(fā)展改革委、國家能源局聯(lián)合印發(fā)的《氫能中長期規(guī)劃(2021-2035年)》提出，應(yīng)發(fā)揮氫能對碳達峰、碳中和目標的支撐作用，深挖跨界應(yīng)用潛力，因地制宜引導(dǎo)多元應(yīng)用，推動交通等用能終端的能源消費轉(zhuǎn)型和高耗能、高排放行業(yè)綠色發(fā)展;結(jié)合道路運輸行業(yè)發(fā)展特點，重點推進氫燃料電池中重型車輛應(yīng)用。

 

此外，北京、唐山、長治、大連、濟南、濟寧、廣州、佛山、成都、內(nèi)江、青島等省市制定政策積極推進氫能在軌道交通領(lǐng)域的裝備研究及示范應(yīng)用。其中大連明確到2023、2025、2035年氫燃料電池軌道交通車輛保有量分別達到5、10、30輛以上;青島鼓勵在新建軌道交通項目中試點燃料電池軌道列車，青島西海岸新區(qū)明確到2030年建成1條氫能軌道交通示范線;佛山提出在高明區(qū)建成全國領(lǐng)先的氫燃料電池有軌電車生產(chǎn)基地，預(yù)計到2021年、2025年和2030年，有軌電車數(shù)量分別達到5輛、10輛和15輛。

 

在具體應(yīng)用方面，中國的氫動力列車幾乎與世界同時“發(fā)車”。2016年4月，世界首列商用型燃料電池/超級電容混合動力100%低地板現(xiàn)代有軌電車在中車唐山公司下線。2019年，佛山高明氫燃料電池有軌電車就已正式投用。

 

今年4月，由國家能源集團國華投資(氫能公司)蒙西公司建設(shè)的我國首個重載鐵路加氫科研示范站正式完工并具備加氫條件。該站將為國內(nèi)首臺大功率氫能源動力調(diào)車機車和國內(nèi)首臺以“氫燃料電池+鋰電動力電池”為動力的“零排放”接觸網(wǎng)作業(yè)車保障氫能供應(yīng)。

 

5月，由中國中車集團有限公司自主研制的氫燃料電池混合動力機車在內(nèi)蒙古赤峰市大板東機務(wù)段運行考核公里數(shù)突破1萬公里。

 

9月16日，江蘇興邦能源科技有限公司與中車集團旗下江蘇中城交通裝備有限公司共同簽署了《戰(zhàn)略合作協(xié)議》，計劃攜手打造江蘇第一列氫燃料電池超級虛擬軌道列車。

 

全國首臺氫能機車在國家電投錦白鐵路試運行，圖源新華社

 

10月29日，由國家電力投資集團公司內(nèi)蒙古公司、中國中車集團有限公司大同公司、國家電力投資集團公司氫能公司以戰(zhàn)略合作的形式共同推動的完全國產(chǎn)化氫燃料電池混合動力機車從國家電投錦州—白音華鐵路大板東站成功駛出，實現(xiàn)上線試運行，標志著我國軌道交通裝備在新能源領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了由產(chǎn)品開發(fā)到實踐應(yīng)用的重大跨越。

 

12月初，中車大同公司研制的全國首臺氫燃料電池混合動力機車安全運行突破20000公里，為“雙碳”目標下軌道交通領(lǐng)域的綠色變革提供了有益探索和成功范例。這也是我國氫能源動力裝備市場化運用的又一階段性成果。

 

在氫能列車發(fā)展的背后，是全球能源變革的縮影。 氫能及燃料電池技術(shù)作為柴油的替代，以減緩溫室效應(yīng)、提高能源利用率、削減列車運行能耗為目的，逐步在鐵路運輸中嶄露頭角。氫能列車的研發(fā)和商運的軌跡背后，是能源變革的縮影。未來，氫燃料電池列車項目將致力于克服成本、融資、氫的監(jiān)管和跨部門協(xié)作等挑戰(zhàn)，并進一步降低成本，延長運營里程，完善基礎(chǔ)設(shè)施和法律問題。