氫能具有綠色、高效、可持續(xù)的優(yōu)點(diǎn)，被視為21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ那鍧嵞茉�。以此為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的氫能軌道交通具有十分廣闊的發(fā)展前景，已經(jīng)成為新能源軌道車(chē)輛的發(fā)展趨勢(shì)。

潛能無(wú)限

   目前，世界各國(guó)高度重視氫能和燃料電池發(fā)展，美國(guó)、日本、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家已將其上升為國(guó)家能源發(fā)展戰(zhàn)略，我國(guó)也將氫能納入國(guó)家能源范疇。

   一方面，燃料電池是氫能利用的最有效手段，已成為世界各國(guó)能源綠色發(fā)展的關(guān)鍵。燃料電池利用氫氣和空氣通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)發(fā)電，能量轉(zhuǎn)換效率高，其產(chǎn)物只有水，無(wú)環(huán)境污染。尤其是質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）具有工作溫度低、響應(yīng)速度快、積木性強(qiáng)等突出優(yōu)點(diǎn)，已成為新能源交通應(yīng)用的研究熱點(diǎn)。

   另一方面，大力發(fā)展地鐵、輕軌、有軌電車(chē)以及市域動(dòng)車(chē)組等城市軌道交通成為推動(dòng)城市化進(jìn)程、改善城市交通現(xiàn)狀關(guān)鍵所在。然而，作為能耗大戶(hù)，軌道交通同樣帶來(lái)了能源消耗和環(huán)境污染等問(wèn)題。比如，鐵路還有大量檢修車(chē)、調(diào)車(chē)、工程作業(yè)車(chē)等軌道車(chē)輛仍采用柴油內(nèi)燃牽引機(jī)車(chē)，存在噪音大、廢氣排放污染等問(wèn)題，尤其在隧道內(nèi)進(jìn)行作業(yè)時(shí)，空氣污染情況更嚴(yán)重，影響作業(yè)人員的健康，也急需清潔能源化。

   而采用氫燃料電池動(dòng)力系統(tǒng)具有顯著優(yōu)勢(shì)：氫燃料電池有軌電車(chē)、城市輕軌、市際動(dòng)車(chē)組等新型供電制式軌道車(chē)輛，具有清潔環(huán)保、續(xù)航里程長(zhǎng)、建設(shè)周期短、不依賴(lài)于復(fù)雜的地面供電系統(tǒng)和弓網(wǎng)系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)，是促進(jìn)我國(guó)軌道交通可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

競(jìng)賽高地

   氫燃料電池技術(shù)在軌道交通領(lǐng)域的應(yīng)用研究已經(jīng)顯示出了極強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，國(guó)際上，美國(guó)、俄羅斯、德國(guó)、日本等均布局了氫能軌道交通相關(guān)項(xiàng)目，目前主要聚焦于調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)以及城軌車(chē)輛兩個(gè)應(yīng)用方向。

   在調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)方向，2002年，美國(guó)Vehicle Projects公司開(kāi)發(fā)了世界上第一輛功率為17千瓦的純?nèi)剂想姵氐V用拖運(yùn)機(jī)車(chē)，并與伯靈頓北方圣達(dá)菲鐵路公司（BNSF）合作研發(fā)了第一代燃料電池混合動(dòng)力站場(chǎng)調(diào)車(chē)。2009年，俄羅斯列車(chē)科學(xué)研究院研制了一輛基于堿性燃料電池的維修機(jī)車(chē)，主要用于隧道施工、檢修等工作。

   在城軌車(chē)輛方面，東日本鐵路公司于2005年成功研制一輛100千瓦燃料電池驅(qū)動(dòng)輕軌車(chē)。2016年，法國(guó)阿爾斯通基于柴油列車(chē)Coradia Lint 54研發(fā)成功氫能列車(chē)Coradia iLint，時(shí)速140公里/ 每小時(shí)，單次加氫續(xù)航600～800公里，2018年在德國(guó)正式投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。不久前，東日本鐵路公司、日立公司、豐田汽車(chē)決定聯(lián)合開(kāi)發(fā)配備氫燃料電池和蓄電池供電的混合動(dòng)力系統(tǒng)列車(chē)，旨在通過(guò)相互合作開(kāi)發(fā)測(cè)試車(chē)輛，進(jìn)一步提高鐵路交通的環(huán)境友好優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

“交大智造”啟新篇

   目前，就國(guó)內(nèi)來(lái)說(shuō)，氫能軌道交通在佛山、湖北、成都等地均有相關(guān)項(xiàng)目。其中，以西南交通大學(xué)、中國(guó)中車(chē)為代表的高校、科研機(jī)構(gòu)與企業(yè)已經(jīng)積累了較多的優(yōu)秀成果。

   自2008年起，西南交大就于國(guó)內(nèi)率先開(kāi)始?xì)淙剂想姵卦谲壍澜煌ㄖ械膽?yīng)用研究,開(kāi)拓了氫能軌道交通研究方向。2013年，西南交大研究團(tuán)隊(duì)成功研制國(guó)內(nèi)首輛燃料電池調(diào)車(chē)機(jī)車(chē)“藍(lán)天號(hào)”，其采用150千瓦燃料電池作為牽引動(dòng)力，設(shè)計(jì)時(shí)速每小時(shí)65公里、持續(xù)牽引力為20千牛、牽引重量200噸，裝滿(mǎn)氫氣可輕載連續(xù)運(yùn)行24小時(shí)。2016年，西南交大聯(lián)合中車(chē)唐山公司，研制成功世界首列燃料電池混合動(dòng)力有軌電車(chē)并實(shí)現(xiàn)世界首次載客示范運(yùn)行。

   就在2021年初，西南交大團(tuán)隊(duì)與中車(chē)大同聯(lián)合研制的我國(guó)首臺(tái)氫燃料電池混合動(dòng)力機(jī)車(chē)，在中車(chē)大同電力機(jī)車(chē)有限公司成功下線(xiàn)。該車(chē)采用團(tuán)隊(duì)研發(fā)的軌道交通大功率燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，這也是燃料電池金屬電堆在軌道交通領(lǐng)域的首次應(yīng)用。團(tuán)隊(duì)突破了軌道交通用大功率PEMFC混合動(dòng)力系統(tǒng)協(xié)調(diào)穩(wěn)定控制、服役性能優(yōu)化、能效提升、故障診斷等系列世界難題，形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的理論成果與核心技術(shù)，打破了世界發(fā)達(dá)國(guó)家在氫能軌道交通領(lǐng)域的技術(shù)壟斷。

   隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)的推進(jìn)，城市軌道交通以及市域市郊鐵路呈現(xiàn)了快速的發(fā)展形勢(shì)，氫燃料電池城市有軌電車(chē)、市域鐵路、山地旅游軌道車(chē)、站場(chǎng)調(diào)車(chē)等軌道交通車(chē)輛具有廣泛的適用性和巨大的推廣應(yīng)用前景，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。我們也希望通過(guò)不斷的深耕，將我國(guó)氫能軌道交通的核心技術(shù)帶到更為廣闊的市場(chǎng)，展現(xiàn)“交大智造”的風(fēng)采。■

（作者系西南交通大學(xué)教授、國(guó)家軌道交通電氣化與自動(dòng)化工程技術(shù)研究中心副主任）