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。
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(fā)布。與傳統(tǒng)燃油機車相比，其環(huán)保性能優(yōu)異，有效解決了既有老舊內(nèi)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(fā)布《老舊型鐵路內(nèi)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(nèi)燃機車應(yīng)當(dāng)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(lǐng)域老舊設(shè)備更新迭代，推進高能耗高排放機車實現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型具有重要意義。
減排降碳很“給力”
隨著全球環(huán)境問題日益突出，綠色發(fā)展理念逐漸成為當(dāng)今社會發(fā)展的主流趨勢之一。原有老舊內(nèi)燃機車污染重、能耗高、噪音大，已不能滿足鐵路綠色低碳發(fā)展的需要。為此，近年來，機車領(lǐng)域一直在尋找清潔的解決方案，并相繼生產(chǎn)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(fā)布的系列化新能源機車正是在這一背景下應(yīng)運而生。
這些機車采用了內(nèi)燃發(fā)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(nèi)外鋼鐵冶金、礦產(chǎn)、電力、煤炭、港口等企業(yè)鐵路運輸場景的需要。
相較于傳統(tǒng)內(nèi)燃機車，這些系列化新能源機車在減碳方面擁有獨特優(yōu)勢。“內(nèi)燃發(fā)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(yè)需要頻繁啟停的作業(yè)環(huán)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(jīng)理、總工程師趙剛說，動力電池和氫燃料電池機車則可實現(xiàn)污染物零排放。
從具體指標(biāo)來看，與傳統(tǒng)內(nèi)燃機車相比，內(nèi)燃發(fā)動機+動力電池機車可實現(xiàn)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(zhì)，減少碳排放374噸，相當(dāng)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(nèi)噪聲可降低到70分貝以下，車外輻射噪聲低至58分貝，相當(dāng)于咖啡館內(nèi)的音樂分貝水平。
操作使用很智能
當(dāng)前，我國老舊內(nèi)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(shù)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(shè)備和激光雷達，可360度采集環(huán)境視覺數(shù)據(jù)，實時監(jiān)控運用場景狀態(tài)。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(wěn)定運行。”中車資陽公司副總經(jīng)理、總工程師李希寧說。
人機交互系統(tǒng)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(tài)。僅需通過簡單的語音指令，司機就可以輕松控制空調(diào)、遮陽簾、刮雨器等設(shè)備，讓駕駛過程更加高效、舒適。
在系列化新能源機車故障監(jiān)測方面，團隊還開發(fā)了故障預(yù)測與健康管理(PHM)技術(shù)系統(tǒng)。“系統(tǒng)可對新能源機車進行全壽命周期管理。”李希寧說。針對已經(jīng)出現(xiàn)的故障，系統(tǒng)可及時反饋故障點，并進行檢修作業(yè)指導(dǎo)。同時，該系統(tǒng)還能依據(jù)收集的數(shù)據(jù)，對機車狀況進行預(yù)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(fā)團隊針對動力電池和氫燃料系統(tǒng)設(shè)置了數(shù)字化安全防護措施。“機車動力源的監(jiān)測數(shù)據(jù)會實時傳送到車載微機控制系統(tǒng)上，一旦動力源數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常情況，系統(tǒng)就會預(yù)警并采取相應(yīng)措施。”李希寧說。
節(jié)能降耗很劃算
減碳之外，經(jīng)濟性最受用戶關(guān)注。老舊內(nèi)燃機車在使用過程中經(jīng)常會出現(xiàn)起停和惰轉(zhuǎn)狀況。“通過采用混合動力最優(yōu)控制技術(shù)，內(nèi)燃發(fā)動機+動力電池機車可以確保內(nèi)燃發(fā)動機始終保持在最佳經(jīng)濟轉(zhuǎn)速下工作。”中車戚墅堰公司副總經(jīng)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(nèi)燃發(fā)動機+動力電池機車?yán)m(xù)航里程超過1100公里，是普通內(nèi)燃機車的1.7倍，節(jié)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(tǒng)、永磁電機、混合動力能力管理、制動能量回收等新技術(shù)提高傳動效率、降低能耗，有效解決傳統(tǒng)機車由于惰轉(zhuǎn)造成的能源浪費，提高能源使用效率。
仲懷清告訴記者，當(dāng)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(jié)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(yè)的老舊內(nèi)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(yè)用電每度1元均價對標(biāo)，對應(yīng)的費用為53萬余元。“這將給企業(yè)每年節(jié)約費用87萬余元，每天節(jié)約成本約2300余元。”仲懷清說。
“不僅如此，簡統(tǒng)化設(shè)計也可降低這些機車的維護成本。”仲懷清介紹，“簡統(tǒng)”可有效減少備品數(shù)量，比如機車都采用同一種空調(diào)，那備品則只需要一種。這種設(shè)計會讓關(guān)鍵部件簡統(tǒng)率超80%，實現(xiàn)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(xiàn)存老舊內(nèi)燃機車約9700臺，更新?lián)Q代老舊機車，推動智能轉(zhuǎn)化升級已經(jīng)迫在眉睫。仲懷清說，系列化新能源機車將帶來規(guī)模化、多樣化的新能源產(chǎn)品需求，帶動電池、電氣、電機等相關(guān)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。
來源：科技日報 記者 薛 巖、矯 陽
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