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轨道交通再添世界级
发表时间:2016-05-19 15:34来源:《装备制造》 字体:[][][] [打印] [关闭]

——世界首列氢燃料混合动力有轨电车在唐山下线

在人们的思维定格中,拖着几根“大辫子”满街跑的有轨电车上空,永远布满了密密麻麻的电线。中国中车唐山公司生产的一款“新贵”有轨电车的下线,将使此现象成为永久的“城市记忆”。

记者 韦仁 特邀通讯员 吴可超

4月27日,国家“十二五”科技支撑计划的重要成果,世界首列商用型燃料电池/超级电容混合动力100%低地板现代有轨电车,在中车唐山公司下线。这是继国内首列70%低地板有轨电车、国内首列储能式混合动力100%低地板有轨电车、国内首列出口欧洲100%低地板有轨电车之后,中车唐山公司在有轨电车领域又一项重大创新,代表了该领域的世界最高水平。

“零排放”和全程无接触网运行

氢燃料是全球新型清洁能源开发利用的主流方向之一。氢燃料电池通过氢与氧的直接电化学反应发电,是电解水的逆过程,发电后的反应终产物只有水和余热,环境友好。低地板有轨电车在缓解城市交通压力方面具有先天的技术优势,中车唐山公司很早就投入低地板车的研究开发,2005年至今,已经开发形成了三代低地板有轨电车谱系化产品。

中车唐山公司总经理周军年介绍,以氢燃料电池为动力的城市轨道交通车辆,以其特有的零排放、无污染、低噪声、能源可再生、转化效率高等优势成为新时代城市交通发展的亮点。

据介绍,2012年开始,中车唐山公司与西南交通大学等科研院所组成联合研发团队,历时四年多攻关,首次突破了燃料电池/超级电容混合动力有轨电车牵引和控制的一系列关键技术,完全取消受电弓,在全球首次采用氢燃料电池/超级电容混合动力系统牵引驱动,填补了该领域的空白,真正实现了二氧化碳与污染物的“零排放”和全程无接触网运行。

车辆下线不仅解决了常规有轨电车需架设接触网、普通储能式有轨电车续航里程短等“瓶颈”问题,而且车载氢燃料电池能量密度高,整个反应过程最高温度不超过100,不产生氮氧化合物,唯一产物是水,做到了真正意义上的“无污染、零排放”环保标准,体现了科技与创新的高度统一。

在燃料电池/超级电容混合动力有轨电车的联合开发过程中,中车唐山公司与西南交通大学按照实用型接触网有轨电车要求,对动力系统和整车进行了全新设计,动力、储能、制动、轮轴、风挡铰接等大部分设备和车体均为国产,完全掌握了燃料电池控制、多源燃料电池混合动力系统能量管理、牵引网络控制等核心技术。首创了动力电池箱综合冷却、燃料电池系统余热利用等国际领先技术,完全满足轴重、加速度、平稳度、最高速度、载客量等指标。燃料电池有轨电车采用防爆型储氢装置、泄露传感器、温度控制器和泄露释放阀,设有智能检测系统进行两级保护。在车辆控制、节能和安全技术等方面达到世界最高水平,已申报中国发明专利50余项。

周军年表示,该项技术产品有望把中国许多荒废的铁路线利用起来,稍加修缮就可以让氢燃料电池车顺畅运营,原来那些风能、潮汐能等不稳定的发电系统可以作为制氢的能源,众多作为工业副产品的氢气也可以聚集起来发挥作用。

燃料电池混合动力有轨电车采用2动1拖3辆编组,设乘客座位66个,残疾人轮椅区2个,最大载客量336人,可根据用户需求灵活调整编组和载客量。车辆采用世界最先进的100%低地板技术,车厢地板距轨面高度仅0.35米,无需站台,乘客抬脚即可轻松搭乘。车辆曲线通过能力强,最小转弯半径仅19米,可沿现有城市道路直接铺设轨道,在地面行驶和停靠。车辆设置有无线wifi网络系统,方便乘客了解出行信息或者提供互联网接入服务。车辆配置的无线数据传输系统,可以实现列车网络控制系统和地面服务器之间无线数据上传和下载,便于进行车辆状态监控和维护。

这列商用型有轨电车采用多套燃料电池、多套储能系统设计,动力系统冗余度高,启动加速快,安全可靠。一次快速加氢只需15分钟,可持续行驶40公里以上,最高运行时速70公里。车辆利用超级电容的大功率充放电特性,配合燃料电池起动加速,由高储能密度的燃料电池作为牵引电源,可以最高时速持续运行。车辆制动、停站时,由燃料电池和制动能量回收系统为超级电容和蓄电池充电,制动能量回收率可达30%以上。车辆入库时,由蓄电池提供车辆控制、照明和通讯所需电能。

“我希望,不久的将来,中国的冬奥会主办城市之一的张家口能率先用上这列新车。”周军年表示,燃料电池混合动力有轨电车全线无接触网运营,不影响城市景观,也无需沿途设置充电站,工期短、无污染、零排放,线路整体建设成本比第三轨和储能式有轨电车节省3000万元/公里以上。这种有轨电车交通系统,具有经济可靠、维护费用低等特点,优于现有的快速公交系统,兼备城市观光功能,是未来城市轨道交通的新选择。

低地板有轨电车技术的领军者

随着我国城市化进程的加快,绿色低碳、节能环保、智能便捷将是未来城市功能定位的主要特色,必然带动以提升城市承载能力为核心的城市建设综合水平的提高。大力发展城市轨道交通,特别是发展低地板轻轨车,已成为国内众多城市完善城市功能、解决交通问题的发展趋势。

目前,世界范围内对低地板轻轨车的需求呈上升趋势,必然催生新的市场需求。据调研,我国北京、上海、天津、广东、江苏、浙江、辽宁、山东、安徽、海南等省市,已经规划了约70条城市轻轨车线路,需要车辆约2000余列。未来10至20年,开行低地板轻轨车,将是国内诸多城市发展交通运输的智慧选择,中国城市轨道交通市场下一轮的发展焦点,将是符合现代城市功能定位的低地板轻轨车。

低地板有轨电车是古老的有轨电车家族的新成员,车辆地板距轨道面低于40厘米,在解决中小城市的交通压力方面有其它交通工具无法比拟的优点。按照车辆低地板面积占客室乘客站立区域的百分比,低地板车辆分为多种类型,其中100%低地板车型技术难度最大,此前只有欧洲巨头掌握这项技术。

为突破技术垄断,中车唐山公司很早就投入低地板车的研究开发工作,2005年至今,唐山公司低地板现代有轨电车已经开发了三代,形成了系列化产品。

2005年,唐山公司成功研发了国内首列接触网受流的70%低地板有轨电车,至今已经在长春安全运营10年,至今运营状况良好,实践证明该车绿色、环保、安全、可靠。

2011-2012年,唐山公司不断加大研发投入,先后攻克了独立轮转向架、轻量化车体、牵引及制动控制系统、整车系统集成、无弓受流、超级电容等关键技术,自主研制了国内第一列100%低地板有轨电车,该车也是国内首列采用储能式混合动力系统的现代有轨电车。

2012年底,唐山公司获得了国内首个100%低地板有轨电车的欧洲出口合同,为土耳其萨姆松市提供一批100%低地板有轨电车。

100%低地板现代有轨电车,是中车唐山公司引领城市轨道交通时尚潮流的新产品,车辆地板距轨面仅有35厘米,转向架区域地板比国外同类车辆低15毫米,无需站台。采取3辆或4辆编组,亦可按需增减为2至8辆编组,从容应对乘车高峰。

2008年,中车唐山公司联合西南交通大学陈维荣教授的研发团队,在国内率先开展了燃料电池技术在轨道交通中的应用研究,搭建了国内第一套150kW大功率燃料电池机车研发平台,掌握并突破了大功率燃料电池机车的系列关键技术,并于2013年1月研制成功国内第一辆燃料电池电动样车。

陈维荣教授、中车唐山公司孙帮成总工程师,分别做为国家科技支撑计划项目负责人和课题负责人,率领联合研发团队,攻克了有轨电车用大功率燃料电池混合动力系统关键技术,联合研制完成了世界首列商用型燃料电池/超级电容混合动力100%低地板现代有轨电车。

中车唐山公司专门开发了新型转向架,采用新型传动方式和悬挂装置,车体重心都位于车辆模块纵向中心,最小转弯半径19米,可通过70‰坡道,在国内同类产品中,首次运用EN 13452标准设计了微机控制电液制动系统,安全、可靠、先进。采用智能动力管理、直流变频空调和照度自动调节的LED照明,绿色环保。提供了全线无触网一体化解决方案,配有混合动力系统。车体、内装、设备件由不同模块拼接而成,接口统一,互换安装和改型升级便捷经济。

100%低地板现代有轨电车制造过程中,中车唐山公司沿用了高速动车组制造平台的加工、焊接、涂装等先进的工艺体系;改进了车顶设备高平台作业技术、焊接变形控制技术、模块化装配技术等;创新使用了低地板车辆落车技术、单转向架车辆称重技术、独立轮对转向架构架成型组焊技术、电液制动系统安装调试技术、磁轨制动系统安装调试技术、超级电容调试技术等高端装备技术,先进、成熟、可靠。成功打造了解决城市交通问题的大运量、低成本、零排放的国际领先装备。 

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责任编辑: 赵丹