采用多元动力配置，减少污染物排放
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新能源机车引领交通领域绿色转型
宽敞的司机驾驶室、智能化的司机操纵台、明亮的瞭望窗……近日，7款身披“绿衣”的系列化新能源机车正式在北京亮相。
这些机车由中国中车股份有限公司(以下简称“中国中车”)面向全球首次发布。与传统燃油机车相比，其环保性能优异，有效解决了既有老旧内燃机车油耗大、排放高、噪音大、舒适性差等问题。
2023年12月，国家铁路局发布《老旧型铁路内燃机车淘汰更新管理办法(征求意见稿)》，提出从2035年始，老旧型铁路内燃机车应当全面退出铁路运输市场。此次成功研制的系列化新能源机车，对于进一步推动交通领域老旧设备更新迭代，推进高能耗高排放机车实现绿色低碳转型具有重要意义。
减排降碳很“给力”
随着全球环境问题日益突出，绿色发展理念逐渐成为当今社会发展的主流趋势之一。原有老旧内燃机车污染重、能耗高、噪音大，已不能满足铁路绿色低碳发展的需要。为此，近年来，机车领域一直在寻找清洁的解决方案，并相继生产出了氢燃料电池机车、混合动力机车等多种新能源机车。
此次中国中车发布的系列化新能源机车正是在这一背景下应运而生。
这些机车采用了内燃发动机+动力电池、动力电池、氢燃料电池三种动力配置，涵盖1000千瓦到2000千瓦多种功率，可全面满足国内外钢铁冶金、矿产、电力、煤炭、港口等企业铁路运输场景的需要。
相较于传统内燃机车，这些系列化新能源机车在减碳方面拥有独特优势。“内燃发动机+动力电池机车具备动力电池、柴油机和柴电混合三种动力模式。在工矿企业需要频繁启停的作业环境中，这三种模式可智能切换，减少燃油燃烧不充分造成的排放污染。”中车大连公司副总经理、总工程师赵刚说，动力电池和氢燃料电池机车则可实现污染物零排放。
从具体指标来看，与传统内燃机车相比，内燃发动机+动力电池机车可实现氮氧化物减排45%、碳氢化物减排73%、一氧化碳减排83%。按照污染物排放降低45%计算，1台机车每年可少排放4吨有害物质，减少碳排放374吨，相当于植树34000棵。
同时，由于具备不同的动力配置，系列化新能源机车还可通过切换动力源，减少柴油机的工作时间，达到降噪的目的。赵刚介绍，在动力电池牵引的工况下，机车噪声时间可减少80%以上。司机室内噪声可降低到70分贝以下，车外辐射噪声低至58分贝，相当于咖啡馆内的音乐分贝水平。
操作使用很智能
当前，我国老旧内燃机车因研制年代较早，智能化水平普遍较低。在这一背景下，系列化新能源机车进行了多项数智化改造，提升机车智能化水平。
“系列化新能源机车搭载了高清视频设备和激光雷达，可360度采集环境视觉数据，实时监控运用场景状态。自动感知、智能决策、智慧运行等功能全方位保障了机车安全稳定运行。”中车资阳公司副总经理、总工程师李希宁说。
人机交互系统也大幅提升了机车的操作便捷性。通过人机交互界面，司机可实时观测列车的运行状态。仅需通过简单的语音指令，司机就可以轻松控制空调、遮阳帘、刮雨器等设备，让驾驶过程更加高效、舒适。
在系列化新能源机车故障监测方面，团队还开发了故障预测与健康管理(PHM)技术系统。“系统可对新能源机车进行全寿命周期管理。”李希宁说。针对已经出现的故障，系统可及时反馈故障点，并进行检修作业指导。同时，该系统还能依据收集的数据，对机车状况进行预测，判断变化趋势，给出维护建议。
此外，为最大限度保障司乘人员安全，研发团队针对动力电池和氢燃料系统设置了数字化安全防护措施。“机车动力源的监测数据会实时传送到车载微机控制系统上，一旦动力源数据出现异常情况，系统就会预警并采取相应措施。”李希宁说。
节能降耗很划算
减碳之外，经济性最受用户关注。老旧内燃机车在使用过程中经常会出现起停和惰转状况。“通过采用混合动力最优控制技术，内燃发动机+动力电池机车可以确保内燃发动机始终保持在最佳经济转速下工作。”中车戚墅堰公司副总经理、总工程师仲怀清说。
举例而言，加满同样体积的油，在平直道牵引3000吨货物的情况下，内燃发动机+动力电池机车续航里程超过1100公里，是普通内燃机车的1.7倍，节油率超过45%。
此外，系列化新能源机车还采用高效牵引变流系统、永磁电机、混合动力能力管理、制动能量回收等新技术提高传动效率、降低能耗，有效解决传统机车由于惰转造成的能源浪费，提高能源使用效率。
仲怀清告诉记者，当这些新能源机车选装永磁牵引电机时，电机效率可达97%，与选装异步电机相比可提升5%。在一般工况下，单台机车每年可节约电能18000度。
在日常使用成本方面，系列化新能源机车也更加实惠。以钢铁、冶金等行业的老旧内燃机车为例，其年消耗柴油量约155吨，燃油费约为140万元。如果按照完成同等工作量计算，动力电池机车所消耗电量约为53万多度。以工业用电每度1元均价对标，对应的费用为53万余元。“这将给企业每年节约费用87万余元，每天节约成本约2300余元。”仲怀清说。
“不仅如此，简统化设计也可降低这些机车的维护成本。”仲怀清介绍，“简统”可有效减少备品数量，比如机车都采用同一种空调，那备品则只需要一种。这种设计会让关键部件简统率超80%，实现多种车型之间的零部件互换通用，方便用户属地化检修，有效降低机车维护成本。
目前，我国现存老旧内燃机车约9700台，更新换代老旧机车，推动智能转化升级已经迫在眉睫。仲怀清说，系列化新能源机车将带来规模化、多样化的新能源产品需求，带动电池、电气、电机等相关产业蓬勃发展。
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