氢能源 "清"交通

氢能源有轨电车揭开神秘面纱

　　所谓氢能源有轨电车就是采用氢燃料电池作为动力源，其功能相当于一个"发电机组"，即在车载氢燃料电池堆里，通过氢和氧相结合的化学反应产生电流，源源不断输送电能，驱动有轨电车。

　　据南车青岛四方机车车辆有限公司总工程师梁建英介绍，此次南车青岛四方机车车辆有限公司所研制的氢能源有轨电车开始研制于2013年，并联合了国内的诸多权威科研院所共同研发而成。氢能源有轨电车的车载储氢瓶采用碳纤维材料特制，最高可承受100MPa，相当于1000公斤的气压，满足国际标准。同时，车辆设有智能检测系统，对氢燃料电池系统进行两级保护，安全可靠。车辆的碰撞标准则满足世界上最严格的EN15227碰撞标准。

　　除采用氢燃料作为有轨电车的能源之外，此次下线的有轨电车还应用了同步永磁电机直驱、铰接转向架两项世界领先技术，具有传动效率高、启动加速度快、运营可靠、维护费用低、转弯灵活、曲线通过能力强等技术优势。据了解，此次南车四方机车车辆有限公司新下线的氢能源有轨电车采用3节编组，设座位60多个，总载客量超过380人。车辆还采用世界最先进的100%低地板技术，地板距轨面高度仅37.8厘米，无需站台，乘客抬脚即可搭乘。低地板技术还使得3节车的车门数量达到6对，有效分流了上下车人数。

　　据梁建英介绍，氢燃料电池具有高效、高能量密度的突出优势，车辆加满一次氢只需3分钟，可持续行驶100公里，最高运行时速可达70公里。按照目前国内有轨电车线路平均15公里的里程计算，氢能源有轨电车加注1次氢，至少可以来回跑3趟。而且氢能源有轨电车全线无接触网运营，不影响城市景观，也无需沿途设置充电站，节约了有轨电车系统的整体投资成本。

　　氢能源有轨电车被称为继接触网式有轨电车和储能式有轨电车之后，有轨电车发展史上的一次历史性突破。氢能源有轨电车不仅解决了常规有轨电车需架设接触网、普通储能式有轨电车续航里程短的"瓶颈"问题，而且，车载氢燃料电池的整个反应过程最高温度不超过100℃，不会产生氮氧化合物，唯一产物是水，因而做到了真正意义上的"零"排放，绿色环保。

氢能源—一种可能的能源选择

　　能源是现代社会发展的基础，只要人类文明继续存在，则就会能源有着不可停止的需求。当今世界，石油与煤炭依然是全球能源结构中的主体，但不可忽视的是，石油与煤炭带来能源的同时，也给这个地球带来了环境的污染，与此同时，随着石油和煤炭的进一步消耗，这种能源也终将枯竭。如何在这些能源枯竭之前寻找到一种可替代的新能源，成为当今世界各个国家的重大研究课题。

　　而氢气正是一种可以在常规能源危机的出现之前一种可以开发利用的二次能源。氢位于元素周期表之首，原子序数为1，常温常压下为气态，超低温高压下为液态。作为一种理想的新的合能体能源，它具有以下特点：

　　（1）重量最轻。标准状态下，密度为 0.0899g/l，－252.7℃时，可成为液体，若将压力增大到数百个大气压，液氢可变为金属氢；（2）存量丰富。据估计它构成了宇宙质量的 75%，除空气中含有氢气外，它主要以化合物的形态贮存于水中，而水是地球上最广泛的物质。据推算，如把海水中的氢全部提取出来，它所产生的总热量比地球上所有化石燃料放出的热量还大9000倍。（3）可回收利用。氢能源然后后的废物只是水，所以可以再次分解氢，再次回收利用。（4）理想的发热值。除核燃料外氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，为142,351kJ/kg，是汽油发热值的3倍。（5）燃烧性能好。点燃快，与空气混合时有广泛的可燃范围，而且燃点高，燃烧速度快。（6）无毒。与其他燃料相比氢燃烧时最清洁，除生成水和少量氮化氢外不会产生诸如一氧化。（7）利用形式多。既可以通过燃烧产生热能，在热力发动机中产生机械功，又可以作为能源材料用于燃料电池，或转换成固态氢用作结构材料。（8）多种形态。以气态、液态或固态的金属氢化物出现，能适应贮运及各种应用环境的不同要求。（9）耗损少。可以取消远距离高压输电，代以远近距离管道输氢，安全性相对提高，能源无效损耗减小。（10）利用率高。氢取消了内燃机噪声源和能源污染隐患，利用率高。

　　氢能源被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源，从20世纪70年代以来，世界上许多国家和地区就广泛开展了氢能源研究。而氢燃料电池技术的发展则是氢能源技术的重点研究方向，也被认为是人类解决能源危机的一种理想选择。

　　2002年10月，欧盟委员会已经成立了"氢燃料和燃料电池技术"高级研究小组，并在2003制定了"欧盟氢能和燃料电池发展路线图"。在美国，仅2011财年，氢能开发的预算就超过数亿美元。包括燃料电池系统，氢燃料，氢能技术研发，氢安全、法规、标准等多项与氢能有关的底。

　　中国一直是氢能源领域的领先力量，十八大报告首次提出"推动能源生产和消费革命"。此前十七届五中全会和"十二五"规划纲要的表述是："推动能源生产和利用方式变革、合理控制能源消费总量。"由"变革"到"革命"，从"合理控制"到"控制"，透露出国家能源发展基调的重要变化。可以说，作为一种新型的能源，氢能源作为一种未来的能源选择，时机已经成熟。

如何获取氢能源成为关键

　　氢能源作为一种绿色环保的新能源备受关注，但需要说明的是，目前全世界氢的年生产量约为3600万吨，其中绝大部分是从石油、煤炭和天然气中制取的，这就得消耗本来就很紧缺的矿物燃料；另有4％的氢是用电解水的方法制取的，但消耗的电能太多，无法使之成为常态。氢能源的生产成本昂贵，要想使之真正的成为可供大范围使用的能源，需要克服的关键则是如何通过技术手段来获取低成本的氢能源，而这也成为氢能源能否成功成为未来能源支柱的关键因素。

　　根据专家介绍，世界各国正在研究如何能大量而廉价的生产氢，而利用太阳能来分解水是一个主要研究方向，而这其中寻找到一种合适的催化剂则成为关键。叫了解，目前全世界有50多个实验室正在进行相关的实验工作，其原理是，在水中放入催化剂，并将其放在阳光下照射，催化剂便能激发光化学反应，把水分解成氢和氧。专家们普遍预计，一旦当更有效的催化剂问世时，水中取"火"--制氢就成为可能，到那时，人们只要在汽车、飞机等油箱中装满水，再加入光水解催化剂，那么，在阳光照射下，水便能不断地分解出氢，成为发动机的能源。

　　更有科学家提出了更为大胆的设想：将来建造一些为电解水制取氢气的专用核电站。譬如，建造一些人工海岛，把核电站建在这些海岛上，电解用水和冷却用水均取自海水。由于海岛远离居民区，所以既安全，又经济。制取的氢和氧，用铺设在水下的通气管道输入陆地，以便供人们随时使用。

　　在中国，由中投亿星新能源投资有限公司所研发一种"氢裂解"也引起广泛关注并开始进入市场推广阶段。所谓"氢裂解"技术其原理是：水在反应釜内瞬间产生裂解反应，快速形成等离子体区域，其间的电子、质子、氢原子、氢分子、氢氧自由基和原子等活性粒子与添加的惰性元素同时被激活与这些活性粒子发生多次反应，最后生成合成氢气体燃料，与之同时生成的少量惰性气体，对合成氢燃料起稳定作用。通过这种"氢裂解"技术，合成氢燃气中氢气的含量占52.8%，CO占42.8%，其余部分为惰性气体。

做好战略布局迎接"氢能源时代"的到来

　　近两年，全球氢能源发展加速，美国、日本、德国、丹麦等发达国家不断加大对氢能源研发、产业化的扶持推动力度，日本更是将氢能源开发利用确立为国家未来重要的战略性产业。但受制于技术和成本障碍，氢能源的产业化进程远远落后于太阳能、锂电池等其他新能源技术，短期内改变全球能源版图的可能性较低。

　　但这并不意味着氢能源的发展潜力就低。作为一种自然界中普遍存在的元素，氢构成了宇宙质量的75%，氢更是以化合物的形态存在于水中，这更为氢能源的获取提供了资源保障。虽然目前较为昂贵的生成成本制约了氢能源的发展，但氢能源作为一种理想的能源选择，其必然到来的趋势是不可忽略的。

　　由于氢能源的众多优势，发达国家均积极地布局氢能源产业。例如：美国早在2004年就发布了《氢能源计划》，将氢能和燃料电池确定为维系经济繁荣和国家安全的技术之一，提供大量资金资助科研机构进行氢能研发，计划分四个阶段到2040年全面实现氢能源经济；法国政府于2013年9月启动了包含氢能源发展的"新型工业国家"项目，支持各种与氢能相关的技术发展，包括氢气的生产、储存、相关基础设施的建设以及清洁交通的推广，旨在将法国建设成欧洲氢燃料领域的领导者。但综合分析来看，氢能源产业化推进速度较慢，目前全球的加氢站总数不过一百座，氢能源应用发展仍主要局限在个别区域的应用示范，尚未有国家真正搭建起氢能源应用体系。

　　当前，中国的轨道交通产业正处于发展的黄金时期，中国的城镇化更是需要轨道交通这样的大运量交通工具的支撑。但与此同时，轨道交通也是传统的耗能大户，如果在全国的轨道交通上大量的使用氢能源作为驱动力，则无疑是我们轨道交通产业上的所有参与者应该考量的问题。轨道交通产业如何在"氢能源时代"来临前做好战略准备，使轨道交通真正的成为最清洁，最环保的出行选择，显然南车四方机车车辆股份有限公司走在了时代的前列。