Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Дебют водородного пассажирского поезда Alstom Coradia iLint на выставке InnoTrans 2016

Hydrail - это общий (без заглавной буквы) прилагательное, описывающее все виды рельсовых транспортных средств , больших и малых, которые используют бортовое водородное топливо в качестве источника энергии для питания тяговых двигателей или вспомогательного оборудования , либо того и другого. Транспортные средства Hydrail используют химическую энергию водорода для приведения в движение, либо сжигая водород в водородном двигателе внутреннего сгорания , либо реагируя водородом с кислородом в топливном элементе для запуска электродвигателей . Широкое использование водорода для заправки рельсового транспорта является основным элементом предлагаемоговодородная экономика . Этот термин широко используется учеными-исследователями и техническими специалистами по всему миру. [1] [2] [3] [4] [5] [6]

Транспортные средства Hydrail обычно представляют собой гибридные транспортные средства с возобновляемыми источниками энергии , такими как батареи или суперконденсаторы , для рекуперативного торможения , повышения эффективности и уменьшения количества необходимого накопления водорода. Потенциальные области применения гидравлики включают все виды железнодорожного транспорта : пригородный транспорт ; пассажирский рельс ; грузовой рельс ; легкорельсовый транспорт ; скоростной железнодорожный транспорт ; шахтные железные дороги ; промышленные железнодорожные системы; трамваи ; и специальные поездки на поезде в парки и музеи.

Термин «гидравл» впервые был упомянут 22 августа 2003 г. на приглашенной презентации в Центре транспортных систем Volpe Министерства транспорта США в Кембридже, Массачусетс. Там Стэн Томпсон, бывший футуролог и специалист по стратегическому планированию в американской телекоммуникационной компании AT&T, выступил с презентацией, озаглавленной «Инициатива Mooresville Hydrail». [7] Однако, по словам авторов Стэна Томпсона и Джима Боумана, этот термин впервые появился в печати 17 февраля 2004 года в Международном журнале водородной энергии в качестве целевого слова поисковой системы, чтобы позволить ученым и техническим специалистам всего мира, работающим в водородной магистрали. область, чтобы было легче публиковать и размещать всю работу, произведенную в рамках дисциплины. [8]

С 2005 года проводятся ежегодные международные конференции Hydrail. Конференции, организуемые Аппалачским государственным университетом и Торговой палатой Южного Иределла в Мурсвилле совместно с университетами и другими организациями, призваны собрать вместе ученых, инженеров, бизнес-лидеров, промышленных экспертов и операторов, работающих или использующих эту технологию по всему миру. чтобы ускорить внедрение технологии по причинам, связанным с окружающей средой, климатом, энергетической безопасностью и экономическим развитием. Среди докладчиков на этих конференциях были национальные и государственные / провинциальные агентства из США, Австрии, Канады, Китая, Дании, ЕС, Германии, Франции, Италии, Японии, Кореи, России, Турции, Великобритании и ООН (UNIDO -ШЕТ). [ необходима цитата] В первые годы на этих конференциях преобладали академические дисциплины; тем не менее, к 2013 году, как сообщается, на нем присутствовало все большее количество предприятий и промышленных предприятий. [9]

В течение 2010-х годов и топливные элементы, и оборудование для производства водорода использовались несколькими транспортными операторами в разных странах, таких как Китай , Германия , Япония , Тайвань , Великобритания и США . Многие из тех же технологий, которые могут быть применены к гидравлическим транспортным средствам, могут быть применены и к другим видам транспорта, таким как дорожные транспортные средства. [9] [7]

Технология [ править ]

См. Также: водород и топливный элемент.

Водород - распространенный элемент , который легко найти , поскольку каждая молекула воды имеет два атома водорода на каждый присутствующий атом кислорода . [9] Водород можно отделить от воды несколькими способами, включая паровой риформинг (обычно с использованием ископаемого топлива ) и электролиз (который требует большого количества электроэнергии и используется реже). После выделения водород может служить в качестве топлива. [9]Было предложено, чтобы водород для заправки гидравлических транспортных средств мог производиться на индивидуальных ремонтных базах, требующих только постоянного снабжения электроэнергией и водой; затем его можно перекачивать в резервуары под давлением на транспортном средстве. [9]

Разработка более легких и более эффективных топливных элементов повысила жизнеспособность транспортных средств, работающих на водороде. По данным канадской компании Hydrogenics, в 2001 году ее топливный элемент мощностью 25 кВт весил 290 кг и имел КПД от 38 до 45 процентов; однако к 2017 году они производили более мощные и компактные топливные элементы весом 72 кг и с КПД от 48 до 55 процентов, что примерно в пять раз увеличивает удельную мощность. [9] По словам инженера-железнодорожника, использование водородной тяги в некоторых типах поездов, таких как грузовые локомотивы или высокоскоростные поезда, менее привлекательно и более проблематично, чем в приложениях с меньшей мощностью, таких как маневровые локомотивы и составные части. [9]В публикации также отмечается, что давление с целью сокращения выбросов в железнодорожной отрасли, вероятно, сыграет роль в стимулировании спроса на использование гидравлической жидкости. [9]

Ключевой технологией типичной водородной двигательной установки является топливный элемент . Это устройство преобразует химическую энергию, содержащуюся в водороде, для выработки электричества, а также воды и тепла. [9] Таким образом, топливный элемент будет работать способом, который по существу обратен процессу электролиза, используемому для создания топлива; потребление чистого водорода для производства электричества, а не потребление электроэнергии для производства водорода, хотя и с некоторым уровнем потерь энергии при обмене. [9] По сообщениям, эффективность преобразования электроэнергии в водород и обратно составляет чуть менее 30 процентов, что примерно аналогично современным дизельным двигателям, но меньше, чем у традиционной электрической тяги, использующейпровода контактной сети . Электроэнергия, произведенная бортовым топливным элементом, будет подаваться в двигатель, чтобы привести поезд в движение. [9] Затраты на электрификацию воздушных проводов составляют около 2 млн евро / км, поэтому электрификация не является экономически эффективным решением для маршрутов с низкой проходимостью, альтернативой могут быть аккумуляторные и гидравлические решения. [10]

Железнодорожное промышленное издание «Железнодорожный инженер» предположило, что растущее распространение ветровой энергии привело к тому, что некоторые страны имеют излишки электроэнергии в ночное время, и что эта тенденция может предложить средства недорогой и высокодоступной энергии, с помощью которых можно было бы удобно использовать водород. производится электролизом. [9] Таким образом, считается , что производство водорода с использованием Внераб электричество из стран электрических сетей должны , вероятно , будет одним из наиболее экономичных методов , доступных. По состоянию на январь 2017 года водород, полученный путем электролиза, обычно стоит примерно столько же, сколько природный газ.и почти вдвое больше дизельного топлива; однако, в отличие от любого из этих видов ископаемого топлива, водородные двигатели не производят выбросов транспортных средств. [9] В отчете Европейской комиссии за 2018 год говорится, что если водород производится паровой конверсией метана , выбросы гидравлической жидкости на 45% ниже, чем у дизельных поездов. [10]

По данным Rail Engineer и Alstom, ветряная электростанция мощностью 10 МВт способна производить 2,5 тонны водорода в день; Достаточно, чтобы обеспечить движение парка из 14 поездов iLint на расстояние 600 км в день. [9] Сообщается, что по состоянию на январь 2017 года производство водорода во всем мире увеличивалось в количестве и доступности, что увеличивало его привлекательность в качестве топлива. Необходимость создания мощной распределительной сети для водорода, которая, в свою очередь, требует значительных инвестиций, вероятно, сыграет роль в сдерживании роста гидравлики, по крайней мере, в краткосрочной перспективе. [9]

Компания «Железнодорожные технологии» отметила, что железнодорожная отрасль исторически медленно внедряла новые технологии и была относительно консервативной в своих взглядах; тем не менее, успешное крупномасштабное внедрение этой технологии одним из первых ее пользователей может иметь решающее значение для преодоления отрицательного отношения и традиционализма. [7] Кроме того, переход с дизельного двигателя на гидравлический привод может дать значительные преимущества. По результатам исследования, проведенного консорциумом Hitachi Rail Europe , Университет Бирмингемаи Fuel Cell Systems Ltd, гидравлические транспортные средства в виде дизельных многоканальных агрегатов с обновленным двигателем могут обеспечить значительное снижение энергопотребления; как сообщается, их модель показала экономию до 52 процентов на линии Норидж - Шерингем по сравнению с обычным тяговым усилием. [9]

Гидроллейбус [ править ]

Hydrolley термин для трамвая или трамвая (троллейбуса) питается от hydrail технологии. Термин (для гидро поколения Тро lley ) был придуман на четвертой Международной конференции Hydrail, Валенсия, Испания, в 2008 году в научно-упростив поисковой системы целевого слова. Бортовая водородная энергия устраняет необходимость в подвесных тележках и электрификации путей, значительно снижая стоимость строительства, уменьшая визуальное загрязнение и устраняя расходы на техническое обслуживание электрификации путей. Термин «гидроллейбус» предпочтительнее «гидравлического легкорельсового транспорта» или других комбинаций, которые могут обозначать внешнюю электрификацию. [ необходима цитата ]

Безопасность [ править ]

Основная статья: Водородная безопасность

Водород горючий в широком диапазоне (4—74%) смесей с воздухом и взрывоопасен в 18—59%. [11]

Проекты и прототипы [ править ]

  • В 2002 году в Валь-д'Ор , Квебек, был продемонстрирован первый карьерный локомотив мощностью 3,6 тонны и мощностью 17 кВт, оснащенный топливными элементами Nuvera Fuel Cells для Placer Dome . [12]
  • В апреле 2006 года был разработан первый в мире железнодорожный вагон с гидравлическим приводом, разработанный Восточно-Японской железнодорожной компанией . [13] [9]
  • В октябре 2006 года Институт технических исследований железных дорог в Японии провел испытания гидросистемы топливных элементов, 70-тонного междугороднего поезда, работающего на топливных элементах Nuvera. [14]
  • В апреле 2007 года мини-гидросистема из Тайваньского национального музея науки и технологий и Тайваньского партнерства по топливным элементам совершила свою первую образовательную поездку. [15]
  • В 2007 году Институт технических исследований железнодорожного транспорта в Японии построил два 62-тонных пассажирских вагона, каждый с топливным элементом PEM 450 кВт и аккумулятором 150 кВт. [16]
  • В 2008 году Восточно-Японская железнодорожная компания в Японии в течение короткого периода провела в районе Нагано испытания своего экспериментального гибридного поезда NE Train, оснащенного двумя топливными элементами PEM 65 кВт и литий-ионными батареями 19 кВтч. [ необходима цитата ]
  • В 2009 году BNSF Railway представила свой Vehicle Projects HH20B , локомотив с двигателем, работающий на водородных топливных элементах и ​​разработанный совместно с Инженерным корпусом армии США и Vehicle Projects Inc. [17]. Сообщается, что он выполнил свой первый пробег в 2010 году. [9] ]
  • В 2010 году в Индонезии была предложена высокоскоростная гидравлическая линия протяженностью 357 километров (222 миль). [18] Железнодорожное сообщение, которое сейчас находится в стадии технико-экономического обоснования, должно было соединить несколько городов на Яве с помощью водородной магнитолевой системы. [19] [20]
  • В 2011 году FEVE и Университет Вальядолида (CIDAUT) запустили проект FC Tram H2 в Астурии с использованием переделанной серии FABIOLOS 3400 от SNCV . [21] [9] Он может перевозить до 30 пассажиров с максимальной скоростью 20 км / ч.
  • В 2012 году в рамках проекта «Водородный поезд» в Дании были начаты попытки разработать и построить первый в Европе поезд с водородным двигателем, использующий водород в двигателе внутреннего сгорания . [22] [23]
  • В 2012 году был создан мини-гидродвигатель Hydrogen Pioneer Train от Университета Бирмингема , масштабируемый силовой агрегат для тестирования конфигурации. [24] [25]
  • В период с 2012 по 2014 годы в Китае проводились испытания концепции гидравлики . [26] В ноябре 2010 года Юго-западный университет Цзяотун продемонстрировал свой первый прототип гидравлики. [27]
  • В 2012 году Anglo American Platinum (Amplats) в Южной Африке и Vehicle Projects Inc. запустили 5 локомотивов PEMFC Trident новой эры на руднике Дишаба с реверсивным металлогидридным хранилищем для испытаний. [28] [29]
  • В 2014 году немецкие земли Нижняя Саксония , Северный Рейн-Вестфалия , Баден-Вюртемберг и Управление общественного транспорта Гессена подписали письмо о намерениях с Alstom Transport на проведение испытаний двух поездов Alstom Coradia на топливных элементах к 2018 году [30].
  • В 2015 году Уорикский университет начал работу над локомотивом с водородным двигателем. [ необходима цитата ] В том же году в Арубе был введен в эксплуатацию трамвай в центре Ораньестада ; Проект тележки в центре Дубая предназначен для ввода в эксплуатацию вокруг небоскреба Бурдж-Халифа и торгового центра Dubai Mall в Дубае . [31] В 2015 году компания CSR Sifang Co Ltd. показала свой первый трамвай на 380 пассажиров в Циндао , Китай. [32]
  • В сентябре 2016 года Alstom представила свой недавно разработанный поезд iLint, произведенный на их заводе в Зальцгиттере . В ноябре 2017 года местная транспортная администрация Нижней Саксонии заказала первоначальный парк автомобилей iLints из 14 единиц. Испытания и одобрение Федеральной железнодорожной администрацией Германии Eisenbahn-Bundesamt начались в конце 2016 года [33].
  • 2016 - CRRC TRC (Таншань) разработала первый в мире коммерческий гибридный трамвай на топливных элементах и ​​в 2017 году завершила свой первый тестовый запуск на демонстрационной площадке промышленного туризма в Наньху.
  • 2018 - Пара прототипов поездов Ilint будет введена в регулярную коммерческую службу в регионе Букстехуде-Бремерверде-Бремерхафен-Куксхафен. Земля Шлезвиг-Гольштейн намерена электрифицировать всю свою 1100-километровую сеть, используя парк из 60 гидравлических транспортных средств iLint к 2025 году. [7] С января 2018 года все транспортные средства планируется обслуживать на складе в Бремерворде, который станет мировым хранилищем. первая заправочная станция водородных поездов; водород будет производиться на месте с помощью местных ветряных турбин. [9]
  • В сентябре 2017 года Alstom предложила испытать поезд с приводом от водородных топливных элементов на новой линии Ливерпуль - Честер в Англии , открытие которой запланировано на декабрь 2018 года. У Alstom есть новый объект в Хейлбанке на окраине Ливерпуля, рядом с линией. с водородом, доступным на близлежащем НПЗ Стэнлоу . [34]
  • В марте 2018 года правительство штата Саравак в Малайзии предложило, чтобы транзитная система легкорельсового транспорта в Кучинге работала на водородных топливных элементах и, как ожидается, будет завершена к 2024 году. [35] Однако в сентябре 2018 года главный министр Саравака объявил, что проект был приостановлен, сославшись на то, что средства потребовались в другом месте. [36]
  • В сентябре 2018 года первый в мире коммерческий пассажирский поезд, работающий на водороде, начал курсировать в Нижней Саксонии , Германия . В поезде, разработанном Alstom, используется водородный топливный элемент, который не выделяет углекислый газ . [37]
  • В июне 2019 года Восточно-Японская железнодорожная компания объявила, что инвестирует в разработку двухвагонного поезда с использованием технологии водородных топливных элементов от Toyota , надеясь начать испытания к 2021 году и подготовить коммерчески жизнеспособную технологию к 2024 году. Toyota использует топливо. сотовая технология в автомобилях Mirai . [38]
  • В ноябре 2019 года у швейцарского производителя Stadler Rail был заказан первый поезд на водородных топливных элементах в США для обслуживания будущей железнодорожной линии Arrow между Редлендсом, Калифорния , и Сан-Бернардино, Калифорния . [39]

См. Также [ править ]

  • Водородный автомобиль
  • Список автомобилей на топливных элементах
  • Хронология водородных технологий

Ссылки [ править ]

  1. Перейти ↑ Graham-Rowe, D. (2008). «Делай передвижение» . Природа . 454 (7208): 1036–7. DOI : 10.1038 / 4541036a . PMID  18756218 .
  2. ^ Minkel, JR (2006). «Разрушительное плохое время для Соединенных Штатов». IEEE Spectrum . 43 (8): 12–13. DOI : 10.1109 / MSPEC.2006.1665046 .
  3. Перейти ↑ Jones, WD (2009). «Топливные элементы могут привести к возрождению трамвая». IEEE Spectrum . 46 (9): 15–16. DOI : 10.1109 / MSPEC.2009.5210050 .
  4. Перейти ↑ Jones, WD (2006). «Водород в пути». IEEE Spectrum . 43 (8): 10–13. DOI : 10.1109 / MSPEC.2006.1665045 .
  5. ^ Делукки, Массачусетс; Якобсон, MZ (2010). «Обеспечение всей глобальной энергии ветром, водой и солнечной энергией, Часть II: Надежность, стоимость системы и передачи, а также политика». Энергетическая политика . 39 (3): 1170–1190. DOI : 10.1016 / j.enpol.2010.11.045 .
  6. ^ Марин, GD; Натерер, Г.Ф .; Габриэль, К. (2010). «Железнодорожные перевозки водородом против электрификации - Пример для Онтарио, Канада, II: Энергоснабжение и распределение». Международный журнал водородной энергетики . 35 (12): 6097–6107. DOI : 10.1016 / j.ijhydene.2010.03.095 .
  7. ^ a b c d Грей, Ева. «Немецкое государство привлекает внимание к водородной гидросистеме». rail-technology.com , 21 июня 2016 г.
  8. ↑ Стэн Томпсон и Джим Боуман (2004) «Инициатива Mooresville Hydrail», Международный журнал водородной энергии 29 (4): 438, в «News and Views» (раздел, не рецензируемый экспертами)
  9. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t "Гидраил достигает совершеннолетия". Архивировано 10 января 2018 года на сайте Wayback Machine на railengineer.uk , 5 января 2018 года.
  10. ^ a b «Заключительный отчет Группы высокого уровня Европейской инициативы по путям декарбонизации» (PDF) . Европейская комиссия . Ноябрь 2018. с. 57. DOI : 10,2777 / 636 . ISBN  978-92-79-96827-3. Поезда на водородных топливных элементах также дороже дизельных (+30%), потому что их стоимость энергии в настоящее время выше, и они менее эффективны, чем электропоезда. Однако их выбросы парниковых газов на 45% ниже, чем у дизельного топлива, даже если водород производится путем парового риформинга метана. Эти 58 выбросов могут снизиться до почти незначительного уровня при использовании экологически чистого и низкоуглеродного водорода.
  11. ^ Льюис, Бернард; Гюнтер, фон Эльбе (1961). Горение, пламя и взрывы газов (2-е изд.). Нью-Йорк: Academic Press, Inc., стр. 535. ISBN 978-0124467507.
  12. ^ "Шахтный локомотив на топливных элементах". Архивировано 24декабря 2014 года в Национальных лабораториях Wayback Machine в Сандии , 2004 год.
  13. ^ «Разработка первого в мире гибридного железнодорожного вагона на топливных элементах». Восточно-Японская железнодорожная компания , 11 апреля 2006 г. По состоянию на 6 февраля 2011 г.
  14. ^ "Японский рельсовый транспорт на топливных элементах в ходовых испытаниях". Бюллетень по топливным элементам . 2006 (12): 2–3. 2006. DOI : 10.1016 / S1464-2859 (06) 71254-8 . ISSN 1464-2859 . 
  15. ^ «Первый в мире водородный топливный поезд испытан на Тайване». Жэньминь жибао , 13 апреля 2007 г.
  16. ^ Адамсон, Керри-Энн «Обзор транспорта 2007 года». Июль 2007 г. Архивировано 11 июля 2011 г. в Wayback Machine (PDF). Топливный элемент сегодня.
  17. ^ "Железнодорожные и транспортные проекты BNSF демонстрируют экспериментальный локомотив с переключателем на водородных топливных элементах". BNSF Railway , 29 июня 2009 г.
  18. ^ «Hydrail: предварительное предложение». interstatetraveler.us .
  19. ^ "Технико-экономическое обоснование высокоскоростного водородного поезда Индонезии" . Водородный журнал. 13 января 2010 . Проверено 25 марта 2011 года .
  20. ^ Adamrah, Мустаким (8 января 2010). «RI мог бы иметь сверхскоростной поезд уже в 2012 году» . Jakarta Post . Проверено 26 марта 2011 года .
  21. ^ "Водородный трамвай FEVE." vialibre-ffe.com .
  22. ^ "Первый в Европе поезд на водороде". Архивировано 29 октября 2014 года на Wayback Machine The Hydrogen Train Project .
  23. ^ «Дания хочет первый в Европе водородный поезд». trb.org .
  24. ^ Хоффрихтер, Андреас; Фишер, Питер; Татчер, Джонатан; Хиллмансен, Стюарт; Робертс, Клайв (2014). «Эксплуатационная оценка прототипа водородного тепловоза« Водород Пионер » » . Журнал источников энергии . 250 : 120–127. DOI : 10.1016 / j.jpowsour.2013.10.134 . ISSN 0378-7753 . 
  25. ^ "Первый водородный поезд Великобритании возит пассажиров". New Scientist , июль 2012 г.
  26. ^ Пэн, Фэй; Чен, WeiRong; Лю, Чжисян; Ли, Ци; Дай, Чаохуа (2014). «Системная интеграция первого китайского локомотива топливных элементов с протонообменной мембраной». Международный журнал водородной энергетики . 39 (25): 13886–13893. DOI : 10.1016 / j.ijhydene.2014.01.166 . ISSN 0360-3199 . 
  27. ^ «Китай вводит первый легкорельсовый поезд с топливными элементами новой энергии». Жэньминь жибао , 29 ноября 2010 г.
  28. ^ "Amplats испытывает локомотив на топливных элементах на руднике Рустенбург". engineeringnews.co.za , 9 мая 2012 г.
  29. ^ «Партнерство по производству пяти шахтных локомотивов на топливных элементах». fuelcelltoday.com , февраль 2012 г.
  30. ^ «Alstom разработает новый безэмиссионный поезд для пассажиров в Германии». Alstom », сентябрь 2014 г.
  31. ^ "Дубай-трамвай" applrguk.co.uk .
  32. ^ "Энергетическое будущее начинается в трамваях, а не в автомобилях". Bloomberg , 25 марта 2015 г.
  33. ^ Кукла, фон Николаус. "Erster Wasserstoff-Zug der Welt fährt в Германии". welt.de , 20 сентября 2016 г.
  34. ^ https://www.theengineer.co.uk/alstom-liverpool-hydrogen-train-trials/
  35. ^ "LRT Саравака для использования поездов водородных топливных элементов" . Звезда . 30 марта 2018 . Проверено 24 июня 2018 .
  36. ^ Sulok Tawie (1 сентября 2018). «На данный момент нет LRT для Саравака, - подтверждает КМ» . Малайская почта . Проверено 10 июня 2019 .
  37. ^ "Поезд водородных топливных элементов для ввода в эксплуатацию" . NHK World - Япония. 16 сентября 2018. Архивировано из оригинала 18 сентября 2018 года . Проверено 18 сентября 2018 года .
  38. ^ "JR East, чтобы испытать многоканальный блок топливных элементов с двигателем Toyota" . Железнодорожный вестник. 7 июня 2019 . Проверено 10 июня 2019 .
  39. ^ «Stadler доставит водородный поезд для SBCTA» . Железнодорожный век. 15 ноября 2019 . Проверено 24 ноября 2019 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Проект HyRail EU FP 6
  • Hydrail.org Аппалачский государственный университет