Недавно Национальное управление железных дорог организовало разработку «Административных правил по модернизации силовых систем устаревших железнодорожных дизельных локомотивов» (далее именуемых «Правила») и в настоящее время проводит общественное обсуждение проекта.
В статье 3 Правил четко указано, что модернизация силовых систем устаревших железнодорожных дизельных локомотивов предполагает замену силовых систем устаревших железнодорожных дизельных локомотивов, работающих на ископаемом топливе, на такие силовые системы, как «дизельный двигатель + система силовых аккумуляторов», «система силовых аккумуляторов» и «система водородных топливных элементов + система силовых аккумуляторов», которые обеспечивают более высокий уровень энергоэффективности и снижение выбросов.
С принятием этих Правил железнодорожная система, наконец, начала переход к применению водородной энергии, следуя примеру автомобильного, низковысотного авиационного и водного транспорта! Ключевой элемент транспортной системы на водородной энергии занял свое место, и всеобъемлющий переход к замещению ископаемого топлива водородной энергией становится неизбежной тенденцией.
Неизбежность применения водородной энергии в железнодорожном транспорте
1. Неизбежный выбор для инноваций в области низкоуглеродного/нулевоуглеродного электроснабжения
Устаревшие дизельные локомотивы используют ископаемое топливо для получения энергии, что обеспечивает более 70% от общего объема выбросов углерода в железнодорожной системе. Водородные локомотивы, приводящиеся в движение электричеством, полученным от топливных элементов, производят только воду в качестве побочного продукта и выбросов. При использовании «зеленого» водорода (полученного путем электролиза воды с использованием возобновляемых источников энергии) они могут достичь «нулевоуглеродной эксплуатации» на протяжении всего жизненного цикла. Водородный поезд Mireo Plus H с топливными элементами, уже эксплуатируемый Deutsche Bahn (DB), имеет запас хода более 1000 километров и снижает выбросы более чем на 90% по сравнению с дизельными локомотивами, что служит примером для тяжеловесных грузовых перевозок и модернизации электрификации отдаленных железнодорожных линий в Китае.
2. Преодоление географических ограничений в энергоснабжении железных дорог
Для электрификации железных дорог требуется установка систем контактной сети. Учитывая обширную территорию Китая и сложные географические условия, включая горные районы, пустыни и каменистые пустыни, строительство железнодорожных контактных сетей сопряжено со значительными трудностями. Водородные локомотивы могут питаться от бортовых водородных резервуаров, что исключает необходимость в подключении к фиксированной электросети. Это делает их очень пригодными для регионов на северо-западе и юго-западе Китая, богатых возобновляемой энергией, но слабо развитых в плане электросетей. За счет использования местной возобновляемой энергии для производства водорода можно создать замкнутую систему «местное производство водорода — потребление водорода локомотивом», снижая затраты, связанные с дальней передачей электроэнергии.
Основные преимущества водородных локомотивов
Водородные локомотивы обладают тремя основными преимуществами: большой запас хода и грузоподъемностью, высокой адаптивностью к окружающей среде и высокой эффективностью пополнения энергии.
Большой запас хода и грузоподъемность: Водородные топливные элементы имеют энергетическую плотность 3-5 кВт∙ч/кг и высокий общий КПД. Водородная энергия того же объема может обеспечить локомотивы более длительным питанием и более высокой мощностью, увеличивая их запас хода и грузоподъемность, что делает их пригодными для дальних грузовых перевозок.
Высокая адаптивность к окружающей среде: Конструкция водородных топливных элементов в сочетании с изолированными водородными резервуарами позволяет энергосистеме локомотива работать в широком диапазоне условий, адаптируясь к различным внешним климатическим условиям и географическим средам.
Высокая эффективность пополнения энергии: Водородные локомотивы имеют короткое время заправки, которое может быть завершено за несколько минут. По сравнению с несколькими часами, необходимыми для зарядки, это более подходит для требований «большой пропускной способности и высокой скорости» магистральных железных дорог.
Повышение экономической эффективности водородных заправочных станций
Модернизация водородных локомотивов может привести к глубоким изменениям в существующей системе водородной энергетики. Определенность маршрутов железных дорог и стабильность потребления водорода являются преимуществами, отсутствующими в других сценариях, что позволяет осуществлять единое планирование и строительство. Совместное использование водородных заправочных станций с водородными топливными элементами и водородными системами железнодорожного транспорта позволяет достичь «синхронизированной работы водородной сети», расширить масштабы применения и снизить затраты на строительство инфраструктуры. Это еще больше повысит экономическую эффективность строительства и эксплуатации водородных заправочных станций, помогая им получить больше пространства для развития на энергетическом рынке.
Двойная ценность «революции в транспорте + энергетической безопасности»
1. Снижение выбросов углерода и повышение качества, оптимизация использования энергии
Применение водородных энергетических систем постепенно снизит зависимость железнодорожной системы от ископаемого топлива, ознаменовав трансформацию энергетической структуры железнодорожных локомотивов. С развитием технологий применения водорода и энергетических технологий водородные железнодорожные локомотивы дополнят конечные применения водородной энергии в транспортном секторе, способствуя более широкой национальной революции в области транспортной энергетики.
2. Преобразование структуры энергетического транспорта
Водородные локомотивы могут превратить «Передачу электроэнергии с Запада на Восток» в «Передачу водорода с Запада на Восток», значительно расширив возможности транспортировки водородной энергии по железнодорожной системе. По сравнению с передачей сверхвысокого напряжения, совокупная эффективность преобразования энергии при производстве, хранении и транспортировке водородной энергии выше, и это позволяет избежать потерь энергии, вызванных потерями при передаче электроэнергии на большие расстояния (примерно 6-8% при передаче сверхвысокого напряжения).
Железнодорожная система является суперсценарием для применения водородной энергии. Модернизация старых локомотивных силовых установок путем перевода на водород уже послала положительные сигналы. Как только водородная энергия начнет широко применяться в железнодорожных локомотивах, рыночный спрос на водородную энергию быстро вырастет, что неизбежно приведет к глубоким изменениям во всей отраслевой цепочке производства, хранения, транспортировки и использования водорода.
