近日，在吉林長春，一條“鋼鐵巨獸”呼嘯著從中車長客試驗線上駛過。
由中車長客股份公司自主研制的全球首列氫能源市域列車，全球首次實現(xiàn)了時速160公里氫能列車全系統(tǒng)、全場景、多層級性能驗證。
這一成果來之不易，背后飽含著科研工作者夜以繼日的努力，匯聚了諸多創(chuàng)新成果，更是中車長客這家老牌制造企業(yè)依靠科技轉(zhuǎn)型升級、發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的生動實踐。
每公里僅消耗5度電
走進(jìn)氫能源市域列車車廂內(nèi)部，藍(lán)色的氛圍燈光襯托得車廂里科技感十足，各類智能化設(shè)施應(yīng)有盡有。列車車窗采用了先進(jìn)的顯示技術(shù)，乘客可以實現(xiàn)觀看視頻直播、查詢出行信息等。列車照明系統(tǒng)也可以根據(jù)車外環(huán)境自動調(diào)節(jié)亮度及色溫，提升乘坐體驗。
當(dāng)然，列車最大的特點是內(nèi)置了“氫能動力”系統(tǒng)，最高續(xù)航里程可達(dá)1000公里以上。
作為一種大眾熟知的清潔能源，氫能具有能量密度大、獲取方式多樣、制取和使用過程清潔等特點，是國家推進(jìn)“雙碳”目標(biāo)落地的重要新型能源選擇。
氫能市域列車采用氫燃料電池和超級電容相結(jié)合的能源供應(yīng)方式，替代原有接觸網(wǎng)供電方案，具備環(huán)保、零碳的特征。
“與傳統(tǒng)內(nèi)燃動力市域車輛相比，每列氫能源市域列車平均每公里只消耗5度電，全壽命周期可實現(xiàn)5萬噸二氧化碳減排，相當(dāng)于5萬輛汽車各開5000公里所造成的碳排放量。”中車長客國家軌道客車工程研究中心新技術(shù)研究部新型能源設(shè)計師石磊告訴記者。
此外，由于擺脫了接觸網(wǎng)運行條件的束縛，車輛可以廣泛應(yīng)用于現(xiàn)存的非電氣化線路區(qū)段，大幅提升市域車輛的應(yīng)用范圍，同時避免了進(jìn)行電氣化改造帶來的龐大基建投入和維護(hù)成本。
交通運輸向“新”奔馳
氫能源市域列車是全新的軌道交通車輛產(chǎn)品類型，車輛研發(fā)設(shè)計團(tuán)隊沒有可直接借鑒的平臺。
“我們采用了‘賽馬’的辦法，分小組，用3周的時間同步制定了3套不同的車輛架構(gòu)、氫能設(shè)備選型和布置方案。”中車長客國家軌道客車工程研究中心新技術(shù)研究部副部長王健說。
之后，仿真分析團(tuán)隊對每套方案的車輛重量分布、動力性能、模態(tài)等關(guān)鍵特性進(jìn)行分析;車輛設(shè)計經(jīng)理從動力參數(shù)、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等多個角度對3套方案進(jìn)行了綜合性的比對和評估，最終采用分布式集群混合動力車輛總體技術(shù)架構(gòu)，為車輛的最終性能達(dá)標(biāo)提供了保證。
研發(fā)團(tuán)隊遇到的另一個難題是，分布式集群混合動力架構(gòu)需要開發(fā)混合動力系統(tǒng)的能量管理控制策略。
“傳統(tǒng)的辦法管理復(fù)雜度高，且不具備及時性和預(yù)見性，也不能滿足車輛降低能耗的目標(biāo)。”王健說，攻堅團(tuán)隊基于人工智能電網(wǎng)實時調(diào)度優(yōu)化策略，結(jié)合車輛動力源和負(fù)荷特性進(jìn)行調(diào)整，形成了自主開發(fā)的在線能量管理控制策略。
仿真結(jié)果顯示，在各類工況下，應(yīng)用該策略在滿足車輛動力需求的同時，能耗至少下降10%，實現(xiàn)了軌道交通領(lǐng)域多源混合動力集群功率調(diào)度策略開發(fā)的新突破。
王健介紹，中車長客搭建了氫能“儲—加—用”一體化試驗平臺，建成了氫能源列車多場景試驗線，配備了撬裝式加氫站。
“我們最終實現(xiàn)了車輛試驗過程中的氫氣快速加注，滿足車輛試驗運行的加氫需求，提高了試驗效率和便捷性。”王健說，此次氫能源市域列車試驗工作的高質(zhì)量完成，將進(jìn)一步助推實現(xiàn)高端交通載運裝備關(guān)鍵技術(shù)自主可控，加速形成交通載運裝備新質(zhì)生產(chǎn)力，為落實“雙碳”目標(biāo)、加快建設(shè)交通強(qiáng)國提供科技支撐。
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