氢能燃料电池技术在现代有轨电车中的应用与展望

摘 要 本文针对氢能燃料电池技术在现代有轨电车中的应用问题进行研究，首先阐述氢能燃料电池技术的概念与优势，其次介绍氢能燃料电池技术在现代有轨电车中的应用情况，再次指出氢能燃料电车应用中存在的问题，最后根据问题制定相应的优化措施，希望对相关研究人员提供一定的参考与借鉴。

关键词 氢能燃料电池;有轨电车;应用;优化措施

近年来，氢能燃料电池技术的相关研究成果趋于成熟，在多领域中都取得良好的应用效果。氢能燃料电池是一种将燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的装置，只要保证足够的氧化剂与氢燃料，便可以为电池提供源源不断的能量。同时，由于氢能燃料电池具备无污染、转换率高、噪音低等优势，可以在低温环境下快速启动，因此氢能燃料电池技术也在有轨电车领域取得良好的应用成果。

1 氢能燃料电池技术的概念与优势

氢能燃料电池技术可高效清洁的把化学能直接转化为电能，比常规热机的应用效率更加良好。燃料电池技术的快速发展，可以为能源动力的变革带来重大契机，而且在国家可持续发展战略的持续推动下，未来的氢能燃料电池技术在我国终端能源体系占比还会逐渐提升，并且成为我国能源战略的重要组成部分，与电力协同互补，共同成为我国能源体系的消费主体。

2 氢能燃料电池技术在现代有轨电车中的应用现状

近年来，随着我国城市轨道交通发展迅猛，具备工程造价低、审批程序相对简单等优势的现代有轨电车得到井喷式发展。据统计，目前全国已有现代有轨电车线路，运营里程已经增至377.99公里，占据线路总长度的6.86%。这不仅为现代有轨电车提供了良好的发展环境，同时意味着氢能燃料电池在今后的有轨电车与城市快轨中将大有作为。由于传统铁路电气化系统运行成本较高，这也进一步促进了燃料电池技术的发展空间。

由于传统有轨电车技术采用架空接触网供电技术，不仅在供电环节存在诸多缺陷，而且影响其他车辆的正常通行，对城市整体文化面貌也会造成一定的影响。因此，氢能燃料电池技术的有轨电车可以大幅度减少牵引变电所、输电网以及牵引网的建设数量与规模。

氢能燃料有轨电车在我国的应用情况具体如下：

我国首辆燃料电池机车于2013在西南交通大学研制成功，整车重量为45吨，设计时速为65km/h，由两台120kW永磁同步牵引电机组成，储氢压力为35MPa，燃料电池系统功率为150kW，具体情况如表1所示;2015年3月19日，首列氢能燃料有轨电车于青岛四方公司下线;2016年4月27日，氢能燃料电池与超级电容混合模式有轨电车在唐车公司下线;2017年10月26日，氢能燃料有轨电车在唐山开展示范运营;2019年12月1日，氢能燃料有轨电车在高明正是开始商业运营。

3 氢能燃料电池技术在现代有轨电车中应用存在的问题

氢能燃料有轨电车虽然具备众多优势，而且在一定程度上对区域产业结构具有调整与示范作用，但是在实际应用中也存在部分问题，具体如下：

首先是关于氢能源有轨电车的政策不明朗，相应法规与技术标准尚不完备。当前国内氢能源有轨电车尚处初期推广阶段，工程案例较少，涉及氢安全的环节比较多，这便需政府牵头组织设计、施工、监理和验收等工作，而目前的实际情况为行政审批约束较大，导致工程建设周期加长[1]。

其次是氢气易泄漏问题，氢气能源在空气中的燃烧极限较宽，火灾危险性等级较高，小概率事件发生后的社会影响较大，氢能源有轨电车是否归类为危化品车辆目前尚无标准可依。考虑到长大隧道、地下区间和高架区间为主有轨电车路段，线路情况复杂，工程氢气易集聚处以及涉氢安全风险点较多，导致防火危险性较高，因此也导致审批难度加大，消防验收困难[2]。

最后是配套基建方面，由于氢能源有轨电车的库房通常被界定为甲类库房，无法进行上盖物业开发，造成土地集约利用率降低，资源浪费。而且氢能源有轨电车需要配套加氢站设计，加氢线不能与车辆段内其他股道共用，导致占地规模加大。

4 提升氢能燃料电池技术应用质量的优化措施

鉴于氢能燃料电池技术的应用优势与问题，在今后的技术研发与应用环节应该主要从以下方面展开工作：

首先，完善相关法规，并且优化技术深度，这样才能打破当前规章制度对氢能燃料电池技术的应用限制，使其能够得到更加广泛的应用。

其次，根据有轨电车工程的实际特点与需求，采取分阶段有轨电车运行制式，其中第一阶段暂时不采用氢能燃料有轨电车制式车辆，优先选择当前技术比较成熟且应用率较高的储能制式有轨电车;第二阶段为等待氢能源政策相关法规完备后，这时候再将综合技术趋于完善的氢能燃料有轨电车投入使用，可以科学提升氢能燃料电车的应用效率。

最后，在执行分阶段投入氢能有轨电车的过程中还可以根据实际运行情况调整组合模式，也就是实现不同区段中氢能电车与储能电能的混合模式，这样也可以最大限度发挥运营组织灵活性，实现资源综合利用与效益最大化。最后，针对氢气站的运行模式进行调整优化，通过减少加气流程时间来提升氢能电车的运行效率，这样也能够合理降低工作人员的工作量与压力。总而言之，随着氢能燃料电池技术的日渐成熟，氢能电车取代传统储能式有轨电车必然是今后的发展趋势。

5 结束语

综上所述，现代科学技术的蓬勃发展，使氢能燃料电池技术的应用效率大幅度提升，通过将氢能燃料电池与有轨电车相结合，不仅具备高效与清洁的技术优势，而且能够合理降低初期投入成本。但是，现阶段氢能燃料电车在应用中也存在一些问题，因此只有针对问题制定科学合理的应对策略，才能进一步完促进氢能燃料电车的发展前景，使轨道交通行业可以为国家可持续发展战略方針提供稳定助力。

参考文献

[1] 张春文，曾旻辉，杨波，等.氢能技术在电力行业的应用前景研究[J].科技视界，2015，（36）：91-92.

[2] 新华.氢燃料电池有轨电车全球首次商业运营[J].军民两用技术与产品，2017，（21）：22.

作者简介

吉燕华（1984-），男，山西省临汾市翼城县人;学历：硕士，工程师，现就职单位：中铁第五勘察设计院集团有限公司，研究方向：车辆工程。