米兰-他们让火车“驭光而行”—新闻—科学网

现今时期，火车已成为人们平常出行和货运的主要体例，但良多人其实不知道，那些在铁轨上奔跑的高速列车，其壮大的动力常常来自在数千千米外的某个发电厂，那边发出的电能经由过程输电线，“千里迢迢”地输入铁路系统，如许的铁路被称为“电气化铁路”。

据统计，截至2023年末，我国铁路营业里程已到达15.9万千米，其电气化率高到达73.8%。但是，这些输往铁路的电能首要以传统能源、特殊是火电为主，新能源占比很小。

“如斯多的能源耗损不克不及利用新能源，这明显晦气在我国‘双碳’方针的告竣。”北京交通年夜学电气学院传授吴命利说。

不久前，由北京交通年夜学与国能团体新朔铁路公司实行的“轨道交通‘网—源—储—车’协同供能利用手艺研究”项目示范工程顺遂经由过程并网验收，这成了国内首个、世界容量最年夜的散布式光伏接入铁路牵引供电系统工程。

两重不不变反对光电“入局”

对将光伏接入铁路的意义，作为该项目负责人的吴命利有着苏醒的熟悉。

“在我国整体的用电量中，电气化铁路（包罗城市轨道交通）所占的份额其实不算年夜，年夜致为1.2%摆布。但假如乘以重大的基数，就是一个十分庞大的数字。”吴命利告知《中国科学报》，今朝全国铁路的耗电量在1000亿度以上。

据统计，1000亿度年夜致相当在5000万户家庭一年的用电量，假如全数采取火电，需要耗损4000万吨煤，其发生的能源耗损和对情况的影响可想而知。

“相较在老式的蒸汽机车，电气化机车已算得上环保了，但假如能将光电、风电等新能源引入，无疑将发生更年夜的环保价值。”吴命利说，在传统的电网供电外增添一种新供电体例，这也有助在改良铁路系统对高压电网的强依靠。

更主要的是，铁路系统具有着太阳能、风能等新能源发电的自然优势。

吴命利暗示，一条铁线路动辄数百千米，露天开放区段线路绵长，铁路周边空位也较多，特殊是位在西北荒凉等地域年夜量铁路，火食希少、电网亏弱、光照足够，特殊合适光伏发电。其发生的电能无需进入高压电网，而是直接进入铁路系统，从而直接消纳可再生能源，并削减了年夜量电能消耗。

既然如斯，为什么时至本日，光伏仍然被挡在铁路牵引供电系统的“年夜门”以外？

“一个主要缘由是光伏发电和列车用电同时具有不不变性。”吴命利注释说，火车只有在行驶时才需要电能，列车间隙和列车停运时是不需要电能的，这就会给电网发生冲击性负荷；同时，光伏、风电等新能源的供给也存在间歇性，也难以如传统电厂支持的高压电网般不变。

另外，国内电网的电能输送体例以三订交流电为主，今朝光伏、风电等可再生能源发电也首要并入三相电力系统，而驱动列车情势的铁路牵引供电系统则是采取单相高压电，这也致使了以光电为代表的新能源难觉得铁路系统所采取。

铁路光伏利用的分歧场景

2021年，吴命利团队与国能团体合作，正式最先摸索将光伏引入铁路系统。

吴命利地点的北京交通年夜学电气学院是我国最早从事新能源研究的机构之一，他本人从事铁路供电研究已有30年。虽然有着深挚的学术堆集，但要霸占这一困难，对项目团队来讲也并不是易事。

“在这个项目上，光做理论是不可的。”吴命利说，项目必需要落地，与铁路沿线的现实环境相连系，这要求科研团队必需频仍来往在尝试室和天然前提卑劣的铁路沿线现场。

颠末3年的不懈尽力，该项目终究在国能新朔铁路公司巴准线海勒斯豪南牵引变电所成功实行。

据介绍，此次落地的项目充实操纵铁路沿线足够的光伏资本天赋，配备了5兆瓦（MWp）散布式光伏和5兆瓦时（MWh）储能，可在铁路27.5千伏（kV）和10千伏（kV）两个电压品级实现光伏发电协同消纳，从而实现了轨道交通的“网—源—储—车”协同供能。

“这一项目投运后，估计光伏年发电量可以到达近700万千瓦时（kWh），每一年削减二氧化碳排放5700吨，具有杰出经济效益和情况效益，在打造高程度绿色铁路、提高铁路洁净能源渗入率等方面阐扬示范引领感化。”吴命利说。

值得一提的是，在该项目中，研究团队共设计了三种分歧的光伏利用场景。

吴命利注释说，第一个场景下，光伏供电具有解脱电网供电，零丁支持列车自力运行的能力，其意义在在针对电网亏弱的偏僻地域，可以不需要接引110kV和以上外部高压电网便可供列车运行；第二个场景则是以电网供电为主，光伏等新能源作为弥补，实现分歧能源情势间的搭配；第三个场景则是光伏不直接为列车供给能量，而是作为铁路相干配套装备的动力来历。

“铁路光伏的开辟利用，必须要斟酌利用场景，要算经济账，经由过程分歧情势的公道搭配，实现能源的最公道化操纵。”吴命利说。

给传统供电系统“上保险”

相较在已开辟多年，成熟且不变的传统能源，光伏供电仍属在“新闹事物”，将其利用到铁路这类与人平易近的生命财富平安互相关注的范畴，是不是能包管足够的平安？

这些年，不止一小我曾向吴命利提出过这个问题，乃至包罗一些业内助士。

对此，吴命利有着一份本身的理解。

“人们有此种担忧其实不希奇，但即使是这些人，也认可陪伴着我国能源布局的调剂和进级，新能源引入铁路系统是年夜势所趋。”吴命利说，将来传统能源的占比必然会愈来愈少，我们不克不及对此置若罔闻，而是应当早做预备。

至在平安性自己，吴命利暗示，在这一手艺足够成熟之前，光伏发电会首要以弥补能源供给和应急能源供给的情势存在。换句话说，铁路光伏的首要感化并不是代替传统电网供电，而是在传统能源以外，增添一份‘保险’，并在传统能源呈现问题时，起到“救济队”的感化。

“从这个角度看，光伏发电不单不会下降铁路供电收集的平安性，反而为其上了一份‘保险’。”吴命利说。

假如这项手艺成熟了呢？

“那很有可能重塑全部铁路供电的布局。”事实上，吴命利团队在继续摸索原有赛道的同时，已在斟酌光伏在铁路系统利用的另外一条赛道——光伏制氢。

他告知《中国科学报》，今朝氢能源列车已成为国际规模内，列车的主要成长标的目的，本年3月，我国首列氢能源市域列车进行了运行实验，并成功实现了时速160千米满载运行；也是在本年3月，瑞士科研人员已实现列车一次加氢后行驶2800千米。

“氢燃料的便携供给无疑是氢能源列车可以或许推行的主要条件，而假如我们可以经由过程铁路沿线的光伏装备取得足够电能，即可以当场展开光伏制氢，年夜年夜节流氢能的运输和存储本钱，这也将是一条布满挑战，但前景广漠的‘新疆场’。”吴命利说。

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