新能源機車引領交通領域綠色轉型

　　寬敞的司機駕駛室、智能化的司機操縱臺、明亮的瞭望窗……近日，7款身披“綠衣”的系列化新能源機車正式在北京亮相。

由中國中車股份有限公司生產的系列化新能源機車。受訪單位供圖

　　這些機車由中國中車股份有限公司(以下簡稱“中國中車”)面向全球首次發布。與傳統燃油機車相比，其環保性能優異，有效解決了既有老舊內燃機車油耗大、排放高、噪音大、舒適性差等問題。

　　2023年12月，國家鐵路局發布《老舊型鐵路內燃機車淘汰更新管理辦法(征求意見稿)》，提出從2035年始，老舊型鐵路內燃機車應當全面退出鐵路運輸市場。此次成功研制的系列化新能源機車，對于進一步推動交通領域老舊設備更新迭代，推進高能耗高排放機車實現綠色低碳轉型具有重要意義。

　　減排降碳很“給力”

　　隨著全球環境問題日益突出，綠色發展理念逐漸成為當今社會發展的主流趨勢之一。原有老舊內燃機車污染重、能耗高、噪音大，已不能滿足鐵路綠色低碳發展的需要。為此，近年來，機車領域一直在尋找清潔的解決方案，并相繼生產出了氫燃料電池機車、混合動力機車等多種新能源機車。

　　此次中國中車發布的系列化新能源機車正是在這一背景下應運而生。

　　這些機車采用了內燃發動機+動力電池、動力電池、氫燃料電池三種動力配置，涵蓋1000千瓦到2000千瓦多種功率，可全面滿足國內外鋼鐵冶金、礦產、電力、煤炭、港口等企業鐵路運輸場景的需要。

　　相較于傳統內燃機車，這些系列化新能源機車在減碳方面擁有獨特優勢。“內燃發動機+動力電池機車具備動力電池、柴油機和柴電混合三種動力模式。在工礦企業需要頻繁啟停的作業環境中，這三種模式可智能切換，減少燃油燃燒不充分造成的排放污染。”中車大連公司副總經理、總工程師趙剛說，動力電池和氫燃料電池機車則可實現污染物零排放。

　　從具體指標來看，與傳統內燃機車相比，內燃發動機+動力電池機車可實現氮氧化物減排45%、碳氫化物減排73%、一氧化碳減排83%。按照污染物排放降低45%計算，1臺機車每年可少排放4噸有害物質，減少碳排放374噸，相當于植樹34000棵。

　　同時，由于具備不同的動力配置，系列化新能源機車還可通過切換動力源，減少柴油機的工作時間，達到降噪的目的。趙剛介紹，在動力電池牽引的工況下，機車噪聲時間可減少80%以上。司機室內噪聲可降低到70分貝以下，車外輻射噪聲低至58分貝，相當于咖啡館內的音樂分貝水平。

　　操作使用很智能

　　當前，我國老舊內燃機車因研制年代較早，智能化水平普遍較低。在這一背景下，系列化新能源機車進行了多項數智化改造，提升機車智能化水平。

　　“系列化新能源機車搭載了高清視頻設備和激光雷達，可360度采集環境視覺數據，實時監控運用場景狀態。自動感知、智能決策、智慧運行等功能全方位保障了機車安全穩定運行。”中車資陽公司副總經理、總工程師李希寧說。

　　人機交互系統也大幅提升了機車的操作便捷性。通過人機交互界面，司機可實時觀測列車的運行狀態。僅需通過簡單的語音指令，司機就可以輕松控制空調、遮陽簾、刮雨器等設備，讓駕駛過程更加高效、舒適。

　　在系列化新能源機車故障監測方面，團隊還開發了故障預測與健康管理(PHM)技術系統。“系統可對新能源機車進行全壽命周期管理。”李希寧說。針對已經出現的故障，系統可及時反饋故障點，并進行檢修作業指導。同時，該系統還能依據收集的數據，對機車狀況進行預測，判斷變化趨勢，給出維護建議。

　　此外，為最大限度保障司乘人員安全，研發團隊針對動力電池和氫燃料系統設置了數字化安全防護措施。“機車動力源的監測數據會實時傳送到車載微機控制系統上，一旦動力源數據出現異常情況，系統就會預警并采取相應措施。”李希寧說。

　　節能降耗很劃算

　　減碳之外，經濟性最受用戶關注。老舊內燃機車在使用過程中經常會出現起停和惰轉狀況。“通過采用混合動力最優控制技術，內燃發動機+動力電池機車可以確保內燃發動機始終保持在最佳經濟轉速下工作。”中車戚墅堰公司副總經理、總工程師仲懷清說。

　　舉例而言，加滿同樣體積的油，在平直道牽引3000噸貨物的情況下，內燃發動機+動力電池機車續航里程超過1100公里，是普通內燃機車的1.7倍，節油率超過45%。

　　此外，系列化新能源機車還采用高效牽引變流系統、永磁電機、混合動力能力管理、制動能量回收等新技術提高傳動效率、降低能耗，有效解決傳統機車由于惰轉造成的能源浪費，提高能源使用效率。

　　仲懷清告訴記者，當這些新能源機車選裝永磁牽引電機時，電機效率可達97%，與選裝異步電機相比可提升5%。在一般工況下，單臺機車每年可節約電能18000度。

　　在日常使用成本方面，系列化新能源機車也更加實惠。以鋼鐵、冶金等行業的老舊內燃機車為例，其年消耗柴油量約155噸，燃油費約為140萬元。如果按照完成同等工作量計算，動力電池機車所消耗電量約為53萬多度。以工業用電每度1元均價對標，對應的費用為53萬余元。“這將給企業每年節約費用87萬余元，每天節約成本約2300余元。”仲懷清說。

　　“不僅如此，簡統化設計也可降低這些機車的維護成本。”仲懷清介紹，“簡統”可有效減少備品數量，比如機車都采用同一種空調，那備品則只需要一種。這種設計會讓關鍵部件簡統率超80%，實現多種車型之間的零部件互換通用，方便用戶屬地化檢修，有效降低機車維護成本。

　　目前，我國現存老舊內燃機車約9700臺，更新換代老舊機車，推動智能轉化升級已經迫在眉睫。仲懷清說，系列化新能源機車將帶來規模化、多樣化的新能源產品需求，帶動電池、電氣、電機等相關產業蓬勃發展。

　　來源：科技日報 作者：薛巖 矯陽