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

潛能無限

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

   一方面，燃料電池是氫能利用的最有效手段，已成為世界各國能源綠色發(fā)展的關鍵。燃料電池利用氫氣和空氣通過電化學反應發(fā)電，能量轉換效率高，其產物只有水，無環(huán)境污染。尤其是質子交換膜燃料電池（PEMFC）具有工作溫度低、響應速度快、積木性強等突出優(yōu)點，已成為新能源交通應用的研究熱點。

   另一方面，大力發(fā)展地鐵、輕軌、有軌電車以及市域動車組等城市軌道交通成為推動城市化進程、改善城市交通現狀關鍵所在。然而，作為能耗大戶，軌道交通同樣帶來了能源消耗和環(huán)境污染等問題。比如，鐵路還有大量檢修車、調車、工程作業(yè)車等軌道車輛仍采用柴油內燃牽引機車，存在噪音大、廢氣排放污染等問題，尤其在隧道內進行作業(yè)時，空氣污染情況更嚴重，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力系統(tǒng)具有顯著優(yōu)勢：氫燃料電池有軌電車、城市輕軌、市際動車組等新型供電制式軌道車輛，具有清潔環(huán)保、續(xù)航里程長、建設周期短、不依賴于復雜的地面供電系統(tǒng)和弓網系統(tǒng)等優(yōu)點，是促進我國軌道交通可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

競賽高地

   氫燃料電池技術在軌道交通領域的應用研究已經顯示出了極強的技術優(yōu)勢和產業(yè)競爭力，國際上，美國、俄羅斯、德國、日本等均布局了氫能軌道交通相關項目，目前主要聚焦于調車機車以及城軌車輛兩個應用方向。

   在調車機車方向，2002年，美國Vehicle Projects公司開發(fā)了世界上第一輛功率為17千瓦的純燃料電池礦用拖運機車，并與伯靈頓北方圣達菲鐵路公司（BNSF）合作研發(fā)了第一代燃料電池混合動力站場調車。2009年，俄羅斯列車科學研究院研制了一輛基于堿性燃料電池的維修機車，主要用于隧道施工、檢修等工作。

   在城軌車輛方面，東日本鐵路公司于2005年成功研制一輛100千瓦燃料電池驅動輕軌車。2016年，法國阿爾斯通基于柴油列車Coradia Lint 54研發(fā)成功氫能列車Coradia iLint，時速140公里/ 每小時，單次加氫續(xù)航600～800公里，2018年在德國正式投入商業(yè)運營。不久前，東日本鐵路公司、日立公司、豐田汽車決定聯合開發(fā)配備氫燃料電池和蓄電池供電的混合動力系統(tǒng)列車，旨在通過相互合作開發(fā)測試車輛，進一步提高鐵路交通的環(huán)境友好優(yōu)勢，實現可持續(xù)發(fā)展。

“交大智造”啟新篇

   目前，就國內來說，氫能軌道交通在佛山、湖北、成都等地均有相關項目。其中，以西南交通大學、中國中車為代表的高校、科研機構與企業(yè)已經積累了較多的優(yōu)秀成果。

   自2008年起，西南交大就于國內率先開始氫燃料電池在軌道交通中的應用研究,開拓了氫能軌道交通研究方向。2013年，西南交大研究團隊成功研制國內首輛燃料電池調車機車“藍天號”，其采用150千瓦燃料電池作為牽引動力，設計時速每小時65公里、持續(xù)牽引力為20千牛、牽引重量200噸，裝滿氫氣可輕載連續(xù)運行24小時。2016年，西南交大聯合中車唐山公司，研制成功世界首列燃料電池混合動力有軌電車并實現世界首次載客示范運行。

   就在2021年初，西南交大團隊與中車大同聯合研制的我國首臺氫燃料電池混合動力機車，在中車大同電力機車有限公司成功下線。該車采用團隊研發(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域的首次應用。團隊突破了軌道交通用大功率PEMFC混合動力系統(tǒng)協調穩(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產權的理論成果與核心技術，打破了世界發(fā)達國家在氫能軌道交通領域的技術壟斷。

   隨著我國城鎮(zhèn)化建設的推進，城市軌道交通以及市域市郊鐵路呈現了快速的發(fā)展形勢，氫燃料電池城市有軌電車、市域鐵路、山地旅游軌道車、站場調車等軌道交通車輛具有廣泛的適用性和巨大的推廣應用前景，具有顯著的經濟效益和社會效益。我們也希望通過不斷的深耕，將我國氫能軌道交通的核心技術帶到更為廣闊的市場，展現“交大智造”的風采�！�

（作者系西南交通大學教授、國家軌道交通電氣化與自動化工程技術研究中心副主任）