常州经开:践行“双碳”责任,为机车装载绿色动力
发布时间: 2022-05-26
2022年3月,中车戚墅堰公司研制的首台3000马力永磁混合动力调车机车上线运用考核。不到2个月的时间里,机车安全运行约2000多公里。
与传统的调车内燃机车相比,这台机车以其出色的节能环保效果赢得了客户的一致好评,这也成为中车戚墅堰公司响应国家“双碳”战略,服务绿色交通发展的重要成果。
随着我国低碳经济、绿色环保发展战略的实施,同时伴随着燃油价格攀升带来的成本压力,运用资源节约、环境友好的新能源机车已成为客户的迫切需求。
中车戚墅堰公司以客户需求为导向,依托成熟的内燃机车研发平台,搭建新能源机车新平台,采用模块化设计,先期重点瞄准3000马力大功率(柴油机+蓄电池)混合动力、2000马力中小功率氢燃料电池混合动力和纯电动技术方向,加速节能环保型新能源产品研发。同时,对内燃机车核心部件280和260柴油机进行节能环保优化升级。
油电混动,既经济又环保

调车机车主要用于调车、编组和小运转作业。机车作业过程中,需要频繁起动、加速、换向和制动,传统调车内燃机车柴油机满负荷工作的时间仅占约1%到2%,多数时间处于惰转待命状态,由此造成油耗高、燃油燃烧不充分,环境污染较重等问题。
2021年7月,公司与淮河能源(集团)股份有限公司淮南铁路运输分公司签订了3000马力永磁混合动力机车运用考核协议。2022年3月,机车正式上线考核。
“3000马力永磁混合动力机车上线运行后,客户每天最多可节省燃油约600升,按照每升8元的价格计算,每天可节省约4800元,经济效益非常可观。”机车总体设计师齐志刚介绍说,“省钱的同时,燃油产生的排放也减少了,污染也减少了,较好地实现了既经济又环保的目标,客户给予了很高评价。”
既经济又环保,这得益于3000马力永磁混合动力机车“柴油机+大容量蓄电池”的双动力“心脏”。面对频繁的启停,两种动力智能切换,纯柴油机运行模式可以保证机车达到较高功率,满足调运需求;纯蓄电池模式,覆盖98%工作占比的功率需求,可充分规避柴油燃烧不充分造成的排放污染。采用混动模式后,柴油机工作时间减少70%以上,减少排放30%~50%,环保成效十分显著。

在能量运用方面,3000马力永磁混合动力机车搭载的其他重要技术也让节能过程“如虎添翼”。其中机车装载的永磁牵引电动机,相较于交流异步电动机,传动效率可提高10%;以电阻制动优先的混合制动模式和制动能量回收技术,则可以将机车减速、制动过程中释放的20%的能量进行回收,并存储于蓄电池中,可使蓄电池日均总耗能降低约14%。
氢电并举,机车实现零排放

除已上线运用考核的3000马力永磁混合动力机车,公司分别于2021年和2022年初,成功下线了国内功率最大的氢燃料电池混合动力调车机车和纯电动运输机车。
氢能作为绿色、高效、可持续的新能源,被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。氢燃料电池作为氢能利用的主要载体,具有发电效率高、环境污染小、比能量高、噪音低等优点。
作为中车集团重大攻关项目“燃料电池混动调车机车动力系统匹配及整车关键技术研究”的牵头单位,公司与同济大学、中车研究院等多家单位探索“产学研用”新路径,成功将氢燃料电池装车运用。
机车下线仪式上,公司副总经理、总工程师仲怀清特意用绿色环保、大功率、自主化、大容量、节能高效等五个关键词概括了氢燃料电池混合动力机车的特点。
其中着重强调的绿色环保体现在机车运行过程的零排放和低噪音。氢燃料电池混合动力机车以“氢燃料电池+动力电池”替代内燃机车传统的柴油机作为整车动力源,运行过程中只产生清洁水,运行噪音相比传统机车降低约20 分贝。
氢燃料电池混合动力机车为平台化设计,可根据用户需求配置不同功率等级的氢燃料电池和不同容量、不同类型的动力电池,广泛适用于冶金行业、石化行业、港口、地方铁路等调车作业的应用场景,完全契合城市及周边区域日益提高的环境要求。
对标国际,柴油机排放持续升级

作为国内内燃机车的重要研发、制造、维修基地,公司始终致力于在柴油机研发领域推进节能减排各项研究。针对260和280两个新老系列柴油机,公司制定了不同的节能减排目标和应用路径。
280柴油机一直是公司的核心产品,最早一代产品在上世纪70年代自主研发成功。在节能减排目标推动下,产品不断迭代更新。
2012年,公司研制成功的R12V280ZJ型柴油机其排放指标已达到EPA TierⅡ排放标准。R12V280ZJ型柴油机为和谐N5B大功率交流传动调车机车带来了既环保又强劲的动力,机车排放明显优于以往车型,且机车功率和速度不仅可以满足调车作业,也可以满足铁路干线应急性客货运需求。
2019年9月,进一步改进优化的R12V280ZJ型柴油机装在了新一代内燃机车——复兴N5C型机车上,在排放优先的模式下其排放已达EPA TierⅢ标准。
作为打造柴油机核心优势的另一条路径,260柴油机的研发可谓是“十年磨一剑”。2021年初,公司研制的12V260ZJ型柴油机顺利通过了EU ⅢA和EPA Tier Ⅲ排放测试,这标志着公司拥有了一款排放和油耗均达国际先进水平的新型柴油机。
同等功率下,12V260ZJ型柴油机可实现热效率提升4.3%,每年可减少CO2排放约17万千克,节省燃油费用68到150万元/台,节省机油720到2700kg/台,高效清洁、环境友好是其最显著的标签。
同时,该型柴油机标定功率3600kW,标定转速1000r/min,采用高压共轨喷射技术、可变涡轮增压技术、米勒循环等先进技术,完全自主研发,具备性能优越、智能环保等优点,可以较好满足铁路市场节能减排需求。对比国内同等级柴油机,12V260ZJ型柴油机以其先进的设计理念和优异的能耗排放指标,成为了国内中速柴油机的佼佼者。
目前,公司又开始了对12V260ZJ型柴油机的进一步升级研发,目标是达到全球节能减排标准最高的EU ⅢB,EU ⅢB相较于EU ⅢA,排放物中氮氧化物、碳氢化合物以及颗粒物含量均要有较大幅度的减少,产品的环保性能将进一步提升。整个升级研发项目预计于2023年完成。