在正确的轨道上开发双峰燃料电池列车

欧盟几乎一半的铁路线都是电气化的,可以实现本地无排放的铁路运输。在生产线的其余部分,使用柴油动力火车。在欧盟项目 FCH2RAIL(用于铁路应用的燃料电池混合动力组)中,一个由比利时,德国,西班牙和葡萄牙的合作伙伴组成的财团正在开发和测试新的零排放火车原型。该项目的核心是混合动力,双模式驱动系统,该系统将架空线的电力供应与独立于架空的 “燃料电池混合动力组”(由氢燃料电池和蓄电池组成)组合在一起线。

FCH2RAIL 项目已于 1 月份启动,现在已将原型的参考路线和操作场景定义为第一个结果。

架空线和混合动力系统:双模式,无排放行驶

如果可以从架空线获得能量,则火车从架空线中获取能量。当没有架空线时,能量将来自燃料电池和电池系统,称为 “燃料电池混合动力组”。

“我们希望证明这种双模列车是柴油列车的一种竞争性和环保替代方案,” 德国航空航天中心车辆概念研究所(DLR)的项目负责人和研究员 Holger Dittus 说道。

如今,欧洲许多铁路线都配备了架空线,这是一项非常昂贵且长期的项目,具体取决于当地的地理条件。一种替代方法是由电池供电的火车,但它们的运行范围有限(30 至 70 公里),具体取决于路线概况和外界温度。与由架空线的电动机驱动的车辆相比,当前的柴油机在最高速度和加速度方面的性能较低。

“我们的双峰混合燃料电池系统结合了两种技术的优势:来自架空线或船上的能量。这使我们使铁路运输更加可持续和更加节能。” Construcciones y Auxiliar de Ferrocarriles(CAF)的技术项目经理 Sergio Gascon 总结了该项目的主要目标。

能源供应系统的设计方式应可根据模块化原理扩展功率和范围:燃料电池和电池模块的数量会影响驱动功率;燃料电池和电池模块的数量会影响驱动功率。氢气罐的数量决定了非电气线路上的工作范围。因此,可以将驱动单元设计为既可用于客运,也可用于货运。

该项目预算为 1400 万欧元,旨在在未来四年内开发,演示和批准这种系统。该项目由燃料电池和氢 2 联合事业(FCH 2 JU)提供 1000 万欧元的资金。

“我们对铁路环境中的氢和燃料电池的研究表明,铁路环境中 FCH 技术具有巨大潜力,而氢动力火车将成为建立可持续的欧洲交通运输系统的重要组成部分。” 声明 FCH JU 的执行董事 Bart Biebuyck 7 月 2 日。“欧洲委员会已在其氢战略中明确指出,在电气化更加困难的地方,例如铁路网络的特定部分,氢是一种有前途的选择。FCH2RAIL 项目将证明该技术提供了一种灵活的零排放解决方案,以取代这些地区的柴油火车,我期待看到他们的结果。”

步入正轨:转换后的通勤列车进行功能测试

为了了解这种系统从生产到使用到使用到处置的环境影响,并评估实际条件下的性能,计划改装 CIVIA 电动通勤列车(由西班牙制造商 CAF 制造)和在该列车上集成燃料电池混合动力组。西班牙国家铁路运营商 Renfe 正在提供火车。车载能源系统的核心组件之一是丰田汽车欧洲公司(TME)封装的燃料电池系统模块,而电池和功率转换器将由 CAF 提供。初步的功能测试和试运行将在西班牙和葡萄牙的轨道上进行,并得到基础设施管理者 Administrador de Infrastructuras Ferroviarias(ADIF)和 Infraestruturas de Portugal(IP)的支持。

我们接受这个在联盟中工作的机会,将我们的燃料电池技术引入另一种类型的氢气应用中。丰田汽车欧洲燃料电池业务部总监 Thiebault Paquet 表示,氢在帮助欧洲铁路脱碳方面发挥着重要作用,我们很高兴将丰田燃料电池模块整合到 “燃料电池混合动力包” 中。

设计和控制系统,能源管理和认证

在首次试运行之前,国际项目团队仍然面临许多技术难题要解决:在设计中,燃料电池和电池模块的组合和控制必须以使系统满足所有要求并可以实现成本的方式进行,有效地同时。另外,应该有可能以有效的方式利用来自燃料电池模块的废热来加热和空调火车。作为该项目的一部分,空调制造商 Faiveley / Stemmann Technik(STT)和 DLR 正在研究创新的解决方案,以减少供暖,通风和空调(HVAC)的能源需求。

该项目还研究了氢气和铁路运输领域的规范和标准,并试图将两者结合在一起,以确保氢气技术和架空链条之间始终保持安全的相互作用。基于此,项目团队正在为负责机构制定提案,以便在不久的将来使整个欧盟范围内的此类列车的审批变得更加容易。