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關于鐵路環境下燃料電池和氫能使用的研究

放大字體??縮小字體 發布日期:2019-05-22 11:02:56 ??來源:新能源網??編輯:全球新能源網??瀏覽次數:755
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在氣候變化和整個能源和交通系統快速、持續脫碳的需要下,歐洲正在考慮更換柴油動力列車的方案。作為鐵路運輸中的一種多功能零排放技術,燃料電池和氫能(FCH)列車完全具有能力幫助歐洲實現其溫室氣體、空氣污染和降噪目標。從動車開始,特別是在遠距離和高功率要求的用例中,預計FCH技術將在鐵路部門發揮越來越大的作用。到2030年,歐洲新購買的火車中每5輛就有1輛可以用氫提供動力。德國和法國的最新發展表明這項技術將補充歐洲的電氣化,并以其為火車運營商提供的靈活性,實現鐵路的完全脫碳改造。

在鐵路環境下,FCH技術與現有的駕駛技術競爭,如柴油和弓網等;同時也與電池解決方案等新興技術進行競爭。研究表明,FCH列車的性能如柴油技術一樣,符合鐵路系統的要求。最成熟的FCH應用程序,如動車程序,特別是在生產氫的能源便宜的情況下(例如在斯堪的那維亞),在短期內有可能與柴油動力列車競爭成本。在經濟上,它們的性能可以超過弓網電氣化服務頻率較低的地方,同時仍然提供電氣化的環境收益。由于其距離長、添加燃料速度快,FCH技術克服了電池的技術約束。

憑借FCH技術的這種競爭力和給定的框架條件,到2030年,FCH動車組可能取代30%的柴油動車,成為最適合市場的應用。目前市場上和公開招標的動車組情況表明,可以在技術前進的道路上推出新型動車組,也可以增加向非歐洲國家的出口機會。調車機和正線機車市場相對平穩,主要原因是延遲的市場開發—預計在2023年之前不會發生技術較快發展(對技術開發的進一步需求較弱)。

在整個歐洲,FCH列車的需求預計將主要由中歐和北歐的領跑者市場推動,這些市場已經對動車組進行了開放和計劃的招標,而部署FCH列車可能性較低的新來者市場則預計將為相對較新的應用開發注入活力,主要是為了取代其成熟的柴油動力機組。

在深入分析整個歐洲不同案例研究的基礎上,包括以動車組為重點的4個案例研究、以調車機為重點的3個案例研究和以主線機車為重點的3個案例研究,以下主要結論如下可用于FCH列車的使用:

—在較長的非電氣化路線上(100公里以上)使用時,FCH列車具有經濟意義;

—FCH列車可特別用于最后一英里的送貨路線,也可用于利用率很低的主要線路(每天最多10趟列車);

—低電力成本(低于50歐元/兆瓦時),以及基礎設施(加氫站、電極)的高利用率,有利于FCH技術的使用;

—FCH列車能夠在不到20分鐘的很短停機時間內運行(由于快速補充燃料),并且還能在不補充燃料的情況下,完成超過18小時的長運行時間;

—在許多情況下,FCH列車是目前柴油列車的經濟上可行的清潔替代方案;

—在某些情況下,電池驅動的列車可能看起來是一個更具成本效益的選擇,但由于其高度特定于路線的定制電池配置而受到操作限制。

樂觀情況下的動車組所有者總成本分析(TCO)

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在鐵路環境下,FCH技術需要采取系統性方法,同時在不同的應用市場前端加快部署。由于FCH技術對經濟效率高度依賴,平均能源價格的下降或將對FCH列車的部署產生積極影響。因此,系統地利用氫能作為可再生能源儲能,并更加充分地利用H2基礎設施,例如通過基礎設施聯運使用的方式,是特別有趣的。

在公共交通領域,FCH技術所面臨的障礙與其他新技術在該領域大規模部署的風口浪尖上遇到的困難沒有什么不同。大多數障礙與所有FCH列車應用有關。在所有的問題中有3個問題被認為是高度優先。對于這3個問題采取有針對性的研發項目(預計總預算為1.13億歐元),可以在短期內完成攻堅。這些技術開發和示范項目帶來的額外產品可用性將有助于加快和優化FCH列車的大規模應用。

要推進未來的FCH列車,需要有針對性的原型,以及技術開發項目的大規模示范項目。這些項目可以進一步制定商業應用的技術和經濟性能要求,并為標準和監管修訂奠定基礎。這將有助于FCH列車在歐洲充分發揮其巨大的市場潛力,并為更廣泛的市場釋放FCH列車的潛力;同時幫助歐洲實現其在鐵路運輸方面的排放和降噪目標。

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關鍵詞: 環境 列車 研究

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