|
|
一直以来，公路货运排放是交通运输业碳排放绝对的主体和减排重点，同时矿山运输也存在着如何践行减碳低碳的难题。为了顺应新一轮科技革命和产业变革大趋势，中国中车抓准“电气化公路”新机遇，一键开启公路及矿山运输“电气化”时代。
近日，由中国中车研发的我国首个电气化公路及矿山运输系统示范项目在山西大同落成发布。值得一提的是，该项目由电气化公路和双源智能电动重卡两大技术平台组成，核心部件全部实现国产化，不仅为我国电气化公路和矿山运输高质量发展提供了系统解决方案，同时也叩响了公路运输绿色变革的时代之门。
立足“中国创造” 领跑绿色变革
目前，高新技术已成为国际战略博弈的主要战场。如何抢占这一制高点亦成为物流业低碳发展的关键。其中，矿山装备作为科技创新的重要领域，正在赋能公路及矿山运输加快进入“电气化”时代。
“与国外相比，我国在矿山装备相关产业起步不算早，在进入‘电气化’时代的过程中面临诸多挑战。”中车大同电力机车有限公司（以下简称“中车大同公司”）相关负责人告诉记者。
一方面，当前世界各国都在积极推进能源转型。据国际能源署(IEA)统计数据，全球碳排放主要来自能源发电与供热、交通运输、制造业与建筑业三个领域，分别占比43%、26%和17%，在“碳达峰”“碳中和”目标引领下也加速了交通运输领域“以电为主”的能源转型。
另一方面，公路货运排放量大且难以减排，已成为交通运输业碳排放的减排重点。从我国货运方式来看，公路运输占据着货运行业的主导地位，2022年全国公路货运量为371.2亿吨，占总货物运输量的76.3%。同时，公路货运行业一向面临严峻的减排压力，尽管传统燃油货运车辆只占机动车保有量的3.1%，但其污染物排放分担率却十分惊人。这使得公路货运行业亟须在技术装备、能源替代等方面取得突破。
此外，矿山运输同样也面临着节能环保、减排低碳的难题，迫切需要一整套系统化的绿色运输解决方案。
一直以来，我国公路货运以及矿山运输存在的行业痛点主要源于“运输效率、效益、环保”之间的矛盾。那么，在实践过程中该如何调节这三者之间的矛盾？在中国中车看来，“电气化公路”选择“高效、便捷、清洁”的电能作为动力源，可有效破解这一困局。
据中车大同公司相关负责人介绍，早在2021年，中国中车就已开始整合轨道交通设计制造等方面的优势资源，并以“交通运输一体化融合发展、运输工具低碳转型”为指引，致力打造集高效、便捷、清洁于一体的运输系统。为此，中国中车聚焦物流业低碳发展，立足“中国创造”，从设计、制造、运用多个维度搭建起绿色低碳运输体系，积极推动运输方式绿色变革。他说：“从启动电气化公路及矿山运输系统项目研究这一刻开始，中国中车正式进军电气化公路领域。此次该项目的落成，也为我国电气化公路和矿山运输绿色低碳发展提供了系统解决方案，开启了公路运输绿色变革之路。”
打造“中国方案” 实现“零的突破”
在距离长、载重高的长途干线物流运输领域，因难以突破“续航与充电”的技术瓶颈，蓄电池动力重载货车一直难与传统燃油货车抗衡。针对这一难题，中国中车将我国铁路电气化运输的先进技术和科研成果，充分应用于公路货运和矿山运输中，不仅实现了“零的突破”，更为系统解决全球公路节能降碳运输技术难题提供了“中国方案”。
据相关负责人介绍，这套电气化公路及矿山运输系统将电气化铁路技术的高效能源利用与道路交通的高灵活性相结合，在保留灵活性的前提下，让公路运输具备铁路运输的高效率、低污染，对传统货运汽车重载运输方式实现系统化绿色变革。他进一步说道：
“适配电气化公路的双源智能电动重卡通过车载受电弓与接触网连接获得电能，实现高时速下的升弓降弓操作，能效约为80%，是传统柴油卡车运输效能的2倍。”
同时，该系统采用动态充电策略，提供了“移动充电”和“充用同步”方式，能有效解决电动重卡“续航”与“充电”两大技术难题。“不论是在整车平稳运行时，还是在整车爬坡或加速状态时，可直接利用接触网电力驱动车辆行驶，并为车载动力电池充电。而当智能电动重卡超车或离开电气化公路时，车载蓄电池就可以为整车提供动力，在非集电状态下照常行驶……无论是在供电区还是非供电区，智能电动重卡均实现电力驱动，从源头上彻底解决传统燃油汽车尾气排放污染物的问题，实现‘零碳排放’。”他进一步告诉记者。
据了解，该系统由基础设施（道路、变电所、电气接触网和综合运营调度管理中心）和运输装备（双源智能电动重卡）两部分组成。其中，在基础设施设计方面，中国中车做了大量尝试和改变，联合中铁电气化局集团在接触网、牵引供电系统以及试验平台等基础设施设计方面取得了重要突破。
一方面，接触网采用结构简单、技术成熟、可靠性高、施工及维护方便的全补偿简单链型悬挂，银铜合金接触线曲线半径49.5米国内最小，并且接触网整体具有良好的弓网关系，能够稳定持续地向车辆提供电能，满足车辆行驶各项要求。
另一方面，中国中车进一步设计了灵活的接触网方案，可以依据线路长度、电池组充放电时间，车辆行驶速度匹配接触网长度、变电站数量；根据具体情况采用分区多段架设模式，满足多车充电并实现零排放，这一方法也降低了基础设施的资金投入。
此外，牵引供电系统采用正极接触网供电、负极接触网回流方式，作为国内首创独立回流线设计，兼顾回流与电蚀防护，绝缘型电位器技术先进安全可靠。据介绍，该系统简洁、高效，无需设置防护装置，可兼容直流750伏、1500伏两种牵引供电制式，同时采用高度可灵活调节方式，可适应多种类型车辆试验任务。
创新“中国技术” 布局未来产业
使用类似电力机车的牵引系统，却没有铁轨铺设；拥有重型卡车的外观，头顶却长着形态特别的“小辫子”……首个电气化公路及矿山运输系统示范项目将牵引公路和矿山运输加速驶入“绿色高地”，成功开创了全新的电气化公路货运模式，而这其中，更离不开核心技术的研发与支持。
“在电气化公路及矿山运输系统中，所有公路和车辆系统的核心部件全部实现了国产化。包括受电弓、DC/DC柜等在内的核心技术实现自主可控，继承了轨道交通接触网供电、车地通信、运行调度、多元制式等亮点技术，创造了‘车、网’多项国内第一。”中车大同公司相关负责人告诉记者，其主要核心技术可总结为四个方面：一是智能电动重卡技术——移动充电环保高效、续航充电无缝衔接；二是车载智能受电弓技术——智能双极组合驱动、三大创新国内领先；三是DC/DC柜技术——能量控制化繁为简、牵引制动双向管理；四是接触网供电技术——技术成熟安全可靠、三项技术国内首创。
其中，作为道路与车辆连接的关键装置——车载智能受电弓技术，是由中国高速动车组受电弓核心技术掌握者——北京中车赛德公司（中车大同公司旗下子公司）领衔攻关。该公司自2019年开始持续从事电气化公路受电弓关键核心技术研究，也是国内最早开始从事该专业方向的研发机构，在本项目中，北京中车赛德将受电弓深入融合智能化技术，不仅拥有高品质，同时也更加符合中国公路和矿山运输路情路况。
值得一提的是，车载智能受电弓技术作为国内首次将受电弓与货运重卡相融合的核心技术，在落地过程中成功攻克了两大关键技术问题。
在卡车偏离行进方向时受电弓如何跟随接触网和自适应进行调整？为了实现弓网系统始终可靠和安全的接触，中国中车将所采用的EHC30型受电弓深度融入了智能化监测和控制技术，智能化监测设备会实时监控弓网相对位置关系，通过智能算法对受电弓杆臂进行左右自适应补偿调整。“如果出现车辆紧急偏离时，接触线一旦滑到弓头安全极限位置时，受电弓紧急降弓保护，可以确保车辆在正常和突发情况下的可靠受流和安全保护。”中车大同公司相关负责人进一步补充道。
公路路面不同于轨道平面，可能会存在颠簸的情况，如何解决颠簸对受电弓的受流稳定性能的影响？中国中车研发的EHC30的受电弓特别采用了高铁受电弓的技术理念，通过轻量化设计和多自由度弓头悬挂系统，提升了受电弓的结构动力学特性。在研发电气化公路及矿山运输系统的过程中，为了应对弓网关系、绝缘防护、动力切换这三大技术难点，我们经过无数次试验验证，通过结构设计和自适应控制实现了受电弓±400mm的横向补偿功能；采用弓头/弓臂及基座绝缘设计等措施保证绝缘安全；接触网供电时牵引充电同步进行，收到降弓指令后整车控制协同，向动力电池发出功率需求，实现动力电池牵引，两种动力无缝切换。
此外，在国际能源署（IEA）提出“公路电气化将会成为未来的发展方向”的时代背景下，先进的技术和理念也是融合产业发展大势的关键所在。在新一轮科技革命和产业变革与我国加快转变经济发展方式正在形成历史性交汇点上，中国中车前瞻布局未来产业，将“智慧交通、绿色运输”作为电气化公路未来布局的支点，通过“公路与非公路”两条路径，形成世界领先的电气化公路系统设计、制造集群，实现运输工具的绿色革命。
“我们将以‘产品+’模式不断探索更适合矿山装备市场、更符合用户需要的战略，努力成为行业内性价比最高、最值得用户信赖的矿车产品制造商和系统解决方案提供商。”中车大同公司相关负责人指出，未来，中国中车也将持续探索绿色运输新模式的发展方向，融入自动无人驾驶、车-地及车-车通讯等先进的智能化技术和智慧化手段，加速推进电气化公路及矿山运输系统产业化发展步伐，用科技锻造产业，培育发展新动能、增创发展新优势、抢占下一轮发展制高点。
