追着太阳跑的火车

刘娉婷

在澳大利亚新南威尔士州的北部海岸，坐落着澳大利亚最东边的小镇拜伦湾。这里拥有大片茂密的热带雨林、黑夜里闪烁的灯塔、绵延的冲浪海岸线、星罗棋布分散在小镇中心的500多家酒店，以及全球第一辆太阳能火车。

2017年12月16日，完全靠太阳能驱动的拜伦湾火车（Byron Bay Train）正式开通。这辆红色有轨火车重约70吨，它每天往返于北滩（North Beach）火车站和拜伦湾海滩（Byron Beach）之间运送游客，两节车厢大约可提供50张坐票和50张站票，共配有一名司机和两名火车管理员。

短短3公里的路程连接了豪华度假村和小镇中心，全程耗时约7分钟。火车每天10：00发车，17：00休息，每小时往返一次。票价也很亲民，14周岁以下儿童每人约10元人民币，成人只需多付5元。

听起来，“太阳能火车”的标签给拜伦湾火车增加了不少现代工业社会的技术感，实际上，它的前身是一辆70多岁“高龄”的柴油火车。

故事可追溯至1949年，当时正值二战结束，为了给城市和偏远地区提供交通支线服务，悉尼铁路工厂决定制造一批火车投入使用。为了提高车身的性能下，设计者用飞机机身上使用的轻型铝合金代替了传统火车的铁皮。直至2004年，拜伦湾火车才因为老化而退役。

2013年，澳大利亚的煤炭大亨Brian Flannery斥资约2000万元人民币启动了对老旧柴油火车的改造，由他旗下的拜伦湾铁路公司全权负责。

“原计划是使用柴油机组火车的，但受到沿线居民的抵制，就想尝试用太阳能火车运行系统，”拜伦湾铁路公司研发总监Jeremy Holmes告诉《第一财经周刊》，“没想到，改造成功了。”

这不仅是为了促进当地的旅游业—作为目前全球唯一一辆只依靠太阳能提供全部动力的火车，其更大的意义在于为太阳能在交通运输行业的使用提供了新的样本和借鉴。

作为可再生的清洁能源，太阳能之前已经多次运用到火车中了。2011年，比利时在安特卫普附近就修建了一条长达3.6公里的太阳能隧道，主要用于照明、信号等铁路基础设施以及电源供给。2017年7月，印度铁路公司也推出了安装太阳能电池板的火车，但它只能为车厢内的照明、风扇以及信息播报系统提供电力，引擎依旧要靠柴油发动。

拜伦湾火车能够全程依靠太阳能驱动，源于它得天独厚的环境优势。拜伦湾属于亚热带湿润季风气候，全年晴天的日子平均在200天以上。

“虽然只有3公里这一条短短的轨道，但这是一条相对平坦的直线，只有一个弯道，没有高低起伏的山坡。”Holmes 说。

“地利”条件具备后，就是对火车全方位的改造。根据Holmes的介绍，其改造灵感来源于太阳能赛车。简单地说，就是在火车车顶铺设太阳能发电板，将原先的柴油引擎由电池和电动马达代替，为牵引电源、照明、控制电路等全部系统提供动力。

火车车顶上安置的太阳能电池板是特别定制的弧形，发电功率为30千瓦。当阳光照射在太阳能电池板上时，材料中的电子发生跃迁从而输出一定的功率，并传递到车载电池系统上。

车载电池系统是供电的核心，其所占据的位置原先用于安装柴油发动机。它的内部只能存储直流电，为了满足发动机使用交流电的需求，车载电池系统输出的电流还需要经过一台双向牵引逆变器，将电流转换。且牵引逆变器也具备再生制动功能，火车在每次施加制动时能够收回约25%的能量消耗，用于加速。每当电池充满电后，能够在起始点之间往返12至15次。

当然，为了保持火车每天都能正常工作，要将所有可能出现的意外情况都考虑在内。比如长时间缺乏阳光时，火车就无法汲取足够的太阳能。这时，它需要驶到北滩火车站，这也是一个将太阳能转化成电能的装置，车站棚顶由功率为30千瓦的太阳能电池矩阵制成。火车上的三相充电器通过外接电源，可以给电池组充电。当矩阵电池的电量耗尽后，机载电池还能够使用当地社区能源零售商Enova Energy提供的100%的绿色能源电网提供的电量。

为了应对电力系统故障，改造团队只拆除了其中一台柴油发动机，还保留了另一台能够燃烧燃料的柴油引擎，且这台发动机在使用期间升级过多次，目前安装的是新型康明斯NT855-R2发动机，使用这种压力更大的涡轮机，意味着将有充足的氧气输送到发动机中，不断提高燃料燃烧的效率，确保不会有未燃烧尽的燃料以黑烟的形式排出。在柴油提供动力期间，火车往返6公里只需要使用3.2升汽油，这比一辆可以容纳50名乘客的巴士还要少。

拜伦湾铁路公司认为，只做到使用清洁能源远远不够，在它的官网上，还用了一个页面来介绍整列火车的环保能力。

比如，在控制噪音方面，团队特别在火车上安装了低声分贝的哨笛，且使用太阳能发动机后，配以低速运行，有效减少了噪音。

而火车的照明有时候也会给周围的居民带来困扰。团队给火车换置上封闭式光束前大灯，这种灯光一般用于汽车照明，雖然成本较高，但能防止火车司机产生眩光，同时降低对附近住宅区域的干扰。

在人们的印象里，有火车铁轨经过的地方往往杂草丛生，很难生长出绿色健康的植被。但在改造火车之前，拜伦湾铁路公司首先修复了一条曾经列入自然遗产的“铁路走廊”，也就是火车的轨道及附近区域。这条走廊宽40米，道路两边设有自行车道，公司会派维护人员定期维护和清理周边植被。

尽管拜伦湾火车的改造环节看起来都很顺利，但太阳能火车在现有的技术水平下，还存在一些待改进之处。由于太阳能密度较低，要大面积收集太阳能，需要更庞大的设备和较大的投入成本。另一个现实是，由于只能在白天接收到阳光，所以太阳能火车必须安装储能装置。

而太阳能汽车也有了一些实践。比如诞生于德国慕尼黑的初创公司SonoMotor，该公司研发了一款太阳能汽车，车身长约4米，从车顶、引擎盖、车身到车尾覆盖了330片太阳能电池板，据称充电一个白天可以行驶约29公里。不过目前还属于众筹产品，能否在2019年顺利交付量产依旧是未知数。

相比火车，体积较小的汽车应用太阳能的难度反而更大。一方面，目前汽车的质量较重且体积偏小，能安装太阳能电池板的面积不足，难以产生足够多的电力，而火车的面积足够大，能够排列很多的太阳能电池板。另一方面，目前太阳能的转化率没有取得突破性的进展。对于在固定道路上行驶的火车而言，即便电池没有电，也能够在停靠站更换太阳能电池，达到长久续 航。

目前Holmes已经收到不少来自澳大利亚其他地区的项目需求，他正在完善这辆火车的服务，试图将太阳能火车推广出去。拜伦湾火车不仅是一种交通设施，在沿海地区还具备可复制 性。这正是拜伦湾铁路公司的野心所在。