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(chē)正式在北京亮相。
由中國中車(chē)股份有限公司生產(chǎn)的系列化新能源機車(chē)。受訪(fǎng)單位供圖
這些機車(chē)由中國中車(chē)股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“中國中車(chē)”)面向全球首次發(fā)布。與傳統燃油機車(chē)相比，其環(huán)保性能優(yōu)異，有效解決了既有老舊內燃機車(chē)油耗大、排放高、噪音大、舒適性差等問(wèn)題。
2023年12月，國家鐵路局發(fā)布《老舊型鐵路內燃機車(chē)淘汰更新管理辦法(征求意見(jiàn)稿)》，提出從2035年始，老舊型鐵路內燃機車(chē)應當全面退出鐵路運輸市場(chǎng)。此次成功研制的系列化新能源機車(chē)，對于進(jìn)一步推動(dòng)交通領(lǐng)域老舊設備更新迭代，推進(jìn)高能耗高排放機車(chē)實(shí)現綠色低碳轉型具有重要意義。
減排降碳很“給力”
隨著(zhù)全球環(huán)境問(wèn)題日益突出，綠色發(fā)展理念逐漸成為當今社會(huì )發(fā)展的主流趨勢之一。原有老舊內燃機車(chē)污染重、能耗高、噪音大，已不能滿(mǎn)足鐵路綠色低碳發(fā)展的需要。為此，近年來(lái)，機車(chē)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(chē)、混合動(dòng)力機車(chē)等多種新能源機車(chē)。
此次中國中車(chē)發(fā)布的系列化新能源機車(chē)正是在這一背景下應運而生。
這些機車(chē)采用了內燃發(fā)動(dòng)機+動(dòng)力電池、動(dòng)力電池、氫燃料電池三種動(dòng)力配置，涵蓋1000千瓦到2000千瓦多種功率，可全面滿(mǎn)足國內外鋼鐵冶金、礦產(chǎn)、電力、煤炭、港口等企業(yè)鐵路運輸場(chǎng)景的需要。
相較于傳統內燃機車(chē)，這些系列化新能源機車(chē)在減碳方面擁有獨特優(yōu)勢。“內燃發(fā)動(dòng)機+動(dòng)力電池機車(chē)具備動(dòng)力電池、柴油機和柴電混合三種動(dòng)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(chē)大連公司副總經(jīng)理、總工程師趙剛說(shuō)，動(dòng)力電池和氫燃料電池機車(chē)則可實(shí)現污染物零排放。
從具體指標來(lái)看，與傳統內燃機車(chē)相比，內燃發(fā)動(dòng)機+動(dòng)力電池機車(chē)可實(shí)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(chē)每年可少排放4噸有害物質(zhì)，減少碳排放374噸，相當于植樹(shù)34000棵。
同時(shí)，由于具備不同的動(dòng)力配置，系列化新能源機車(chē)還可通過(guò)切換動(dòng)力源，減少柴油機的工作時(shí)間，達到降噪的目的。趙剛介紹，在動(dòng)力電池牽引的工況下，機車(chē)噪聲時(shí)間可減少80%以上。司機室內噪聲可降低到70分貝以下，車(chē)外輻射噪聲低至58分貝，相當于咖啡館內的音樂(lè )分貝水平。
操作使用很智能
當前，我國老舊內燃機車(chē)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(chē)進(jìn)行了多項數智化改造，提升機車(chē)智能化水平。
“系列化新能源機車(chē)搭載了高清視頻設備和激光雷達，可360度采集環(huán)境視覺(jué)數據，實(shí)時(shí)監控運用場(chǎng)景狀態(tài)。自動(dòng)感知、智能決策、智慧運行等功能全方位保障了機車(chē)安全穩定運行。”中車(chē)資陽(yáng)公司副總經(jīng)理、總工程師李希寧說(shuō)。
人機交互系統也大幅提升了機車(chē)的操作便捷性。通過(guò)人機交互界面，司機可實(shí)時(shí)觀(guān)測列車(chē)的運行狀態(tài)。僅需通過(guò)簡(jiǎn)單的語(yǔ)音指令，司機就可以輕松控制空調、遮陽(yáng)簾、刮雨器等設備，讓駕駛過(guò)程更加高效、舒適。
在系列化新能源機車(chē)故障監測方面，團隊還開(kāi)發(fā)了故障預測與健康管理(PHM)技術(shù)系統。“系統可對新能源機車(chē)進(jìn)行全壽命周期管理。”李希寧說(shuō)。針對已經(jīng)出現的故障，系統可及時(shí)反饋故障點(diǎn)，并進(jìn)行檢修作業(yè)指導。同時(shí)，該系統還能依據收集的數據，對機車(chē)狀況進(jìn)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(fā)團隊針對動(dòng)力電池和氫燃料系統設置了數字化安全防護措施。“機車(chē)動(dòng)力源的監測數據會(huì )實(shí)時(shí)傳送到車(chē)載微機控制系統上，一旦動(dòng)力源數據出現異常情況，系統就會(huì )預警并采取相應措施。”李希寧說(shuō)。
節能降耗很劃算
減碳之外，經(jīng)濟性最受用戶(hù)關(guān)注。老舊內燃機車(chē)在使用過(guò)程中經(jīng)常會(huì )出現起停和惰轉狀況。“通過(guò)采用混合動(dòng)力最優(yōu)控制技術(shù)，內燃發(fā)動(dòng)機+動(dòng)力電池機車(chē)可以確保內燃發(fā)動(dòng)機始終保持在最佳經(jīng)濟轉速下工作。”中車(chē)戚墅堰公司副總經(jīng)理、總工程師仲懷清說(shuō)。
舉例而言，加滿(mǎn)同樣體積的油，在平直道牽引3000噸貨物的情況下，內燃發(fā)動(dòng)機+動(dòng)力電池機車(chē)續航里程超過(guò)1100公里，是普通內燃機車(chē)的1.7倍，節油率超過(guò)45%。
此外，系列化新能源機車(chē)還采用高效牽引變流系統、永磁電機、混合動(dòng)力能力管理、制動(dòng)能量回收等新技術(shù)提高傳動(dòng)效率、降低能耗，有效解決傳統機車(chē)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(chē)選裝永磁牽引電機時(shí)，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(chē)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(chē)也更加實(shí)惠。以鋼鐵、冶金等行業(yè)的老舊內燃機車(chē)為例，其年消耗柴油量約155噸，燃油費約為140萬(wàn)元。如果按照完成同等工作量計算，動(dòng)力電池機車(chē)所消耗電量約為53萬(wàn)多度。以工業(yè)用電每度1元均價(jià)對標，對應的費用為53萬(wàn)余元。“這將給企業(yè)每年節約費用87萬(wàn)余元，每天節約成本約2300余元。”仲懷清說(shuō)。
“不僅如此，簡(jiǎn)統化設計也可降低這些機車(chē)的維護成本。”仲懷清介紹，“簡(jiǎn)統”可有效減少備品數量，比如機車(chē)都采用同一種空調，那備品則只需要一種。這種設計會(huì )讓關(guān)鍵部件簡(jiǎn)統率超80%，實(shí)現多種車(chē)型之間的零部件互換通用，方便用戶(hù)屬地化檢修，有效降低機車(chē)維護成本。
目前，我國現存老舊內燃機車(chē)約9700臺，更新?lián)Q代老舊機車(chē)，推動(dòng)智能轉化升級已經(jīng)迫在眉睫。仲懷清說(shuō)，系列化新能源機車(chē)將帶來(lái)規?；?、多樣化的新能源產(chǎn)品需求，帶動(dòng)電池、電氣、電機等相關(guān)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。
來(lái)源：科技日報 作者：薛巖 矯陽(yáng)
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