Hydrail - Hydrail

Дебют Alstom Coradia iLint, пассажирский поезд на водороде, на ИнноТранс 2016

Hydrail это общий (без заглавной буквы) прилагательное, описывающее все формы железнодорожный транспорт, большие или маленькие, которые используются на борту водородное топливо как источник энергия для питания тяговые двигатели, или вспомогательное оборудование, или оба. Hydrail автомобили использовать химическую энергию водород для движения, либо путем сжигания водорода в водородный двигатель внутреннего сгорания, или путем реакции водорода с кислородом в топливная ячейка бежать электродвигатели. Широкое использование водорода в качестве топлива железнодорожные перевозки является основным элементом предлагаемого водородная экономика. Этот термин широко используется учеными-исследователями и техническими специалистами по всему миру.[1][2][3][4][5][6]

Транспортные средства Hydrail обычно гибридные автомобили с возобновляемыми хранилище энергии, Такие как батареи или же суперконденсаторы, за рекуперативное торможение, повышая эффективность и уменьшая объем необходимого хранения водорода. Потенциальные применения гидравлики включают все типы рельсовый транспорт: пригородная электричка; пассажирский рельс; грузовой рельс; Скоростной трамвай; рельс быстрый транзит; шахта железных дорог; промышленная железная дорога 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 Боумена, этот термин впервые появился в печати 17 февраля 2004 г. Международный журнал водородной энергетики в качестве целевого слова поисковой системы, позволяющего ученым и техническим специалистам всего мира, работающим в области водородных железных дорог, легче публиковать и находить все работы, созданные в рамках данной дисциплины.[8]

С 2005 года проводятся ежегодные международные конференции Hydrail. Организовано Аппалачский государственный университет и Торговой палаты Южного Иределла в Мурсвилле совместно с университетами и другими организациями, конференции имеют целью собрать вместе ученых, инженеров, бизнес-лидеров, промышленных экспертов и операторов, работающих или использующих технологию по всему миру, чтобы ускорить развертывание технология для защиты окружающей среды, климата, энергетической безопасности и экономического развития. 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, Соединенного Королевства и Организации Объединенных Наций (ЮНИДО -ШЕТ).[нужна цитата ] В первые годы на этих конференциях преобладали научные круги; однако к 2013 году, как сообщается, на нем присутствовало все большее количество предприятий и промышленных предприятий.[9]

В течение 2010-х годов как топливные элементы, так и оборудование для производства водорода использовались несколькими транспортными операторами в разных странах, такими как Китай, Германия, Япония, Тайвань, то объединенное Королевство, а Соединенные Штаты. 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]

Технологии

Смотрите также: водород и топливная ячейка

Водород - обычное дело, и его легко найти элемент, поскольку каждая молекула воды имеет два атомы водорода на каждый кислород атом присутствует.[9] Водород можно отделить от воды несколькими способами, включая паровой риформинг (обычно с использованием ископаемое топливо ) и электролизом (который требует большого количества электричество 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 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 единицы.[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 топливная ячейка. Это устройство преобразует химическая энергия содержится в водороде для производства электроэнергии, 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 электроэнергии, а не потребление электроэнергии для производства водорода, хотя при этом возникают некоторые потери энергии при обмене.[9] Сообщается, что 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, использующей провода контактной сети. Электроэнергия, произведенная бортовым топливным элементом, будет подаваться в мотор чтобы продвинуть поезд.[9] Затраты на электрификацию воздушных проводов составляют около 2 млн евро / км, поэтому электрификация не является экономически эффективным решением для маршрутов с низкой проходимостью, и альтернативой могут быть решения с аккумулятором и гидравликой.[10]

Железнодорожное промышленное издание «Железнодорожный инженер» предположило, что растущее распространение энергии ветра 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 внепиковый электричество доступно из стран электрические сети вероятно, будет одной из наиболее экономичных доступных практик. По состоянию на январь 2017 года водород, полученный путем электролиза, обычно стоит примерно столько же, сколько натуральный газ и почти вдвое больше дизельного топлива; однако, в отличие от любого из этих ископаемых видов топлива, водородные двигатели не производят выбросов транспортных средств.[9] 2018 г. Европейская комиссия в отчете говорится, что если водород производится паровой риформинг метана, выбросы гидравлики 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 повысило 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 Railway Technology отметила, что железнодорожная отрасль исторически медленно внедряла новые технологии и была относительно консервативной в своих взглядах; тем не менее, успешное крупномасштабное развертывание этой технологии одним из первых ее пользователей может иметь решающее значение в преодолении отрицательного отношения и традиционализма.[7] Кроме того, переход с дизельного двигателя на гидравлический может дать значительные преимущества. По результатам исследования, проведенного консорциумом Hitachi Rail Europe, то Бирмингемский университет и Fuel Cell Systems Ltd, гидравлические транспортные средства в виде дизельных многоканальных агрегатов с обновленным двигателем могут обеспечить значительное сокращение потребления энергии; как сообщается, их модель показала экономию до 52 процентов на Норвич к Шерингем линия по сравнению с обычной тягой.[9]

Гидроллейбус

А гидроллейбус это термин для трамвай или трамвай (троллейбус) с гидравлическим приводом. Срок (для гидроgen troЛлей) был придуман на Четвертой Международной конференции Hydrail, Валенсия, Испания, в 2008 году в качестве целевого слова для поисковых систем, упрощающего исследования. Электроэнергия на борту водородного двигателя устраняет необходимость в подвесных тележках и электрификации путей, что значительно снижает стоимость строительства и снижает визуальное загрязнение и устранение затрат на обслуживание электрификации путей. Термин «гидроллейбус» предпочтительнее «гидравлического легкорельсового транспорта» или других комбинаций, которые могут обозначать внешнюю электрификацию.[нужна цитата ]

Безопасность

Основная статья: Водородная безопасность

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

Проекты и прототипы

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Грэм-Роу, Д. (2008). "Двигайся". Природа. 454 (7208): 1036–7. Дои:10.1038 / 4541036a. PMID  18756218.
  2. ^ Минкель, Дж. Р. (2006). «Разрушительное плохое время для Соединенных Штатов». IEEE Spectrum. 43 (8): 12–13. Дои:10.1109 / MSPEC.2006.1665046.
  3. ^ Джонс, В. Д. (2009). «Топливные элементы могут привести к возрождению трамвая». IEEE Spectrum. 46 (9): 15–16. Дои:10.1109 / MSPEC.2009.5210050.
  4. ^ Джонс, В. Д. (2006). «Водород в пути». IEEE Spectrum. 43 (8): 10–13. Дои:10.1109 / MSPEC.2006.1665045.
  5. ^ Delucchi, M. A .; Якобсон, М. З. (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. Дои:10.1016 / j.enpol.2010.11.045.
  6. ^ Марин, Г. Д .; 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. Дои:10.1016 / j.ijhydene.2010.03.095.
  7. ^ а б 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 энергетики 29(4): 438, в «Новости и просмотры» (раздел, не прошедший рецензирование)
  9. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п q р s т «Гидраил достигает совершеннолетия». В архиве 2018-01-10 в Wayback Machine railengineer.uk, 5 января 2018 г.
  10. ^ а б «Заключительный отчет Группы высокого уровня Европейской инициативы по пути декарбонизации» (PDF). Европейская комиссия. Ноябрь 2018. с. 57. Дои: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 зеленого и низкоуглеродного водорода.
  11. ^ Льюис, Бернард; Гюнтер, фон Эльбе (1961). Возгорание, пламя и взрывы газов (2-е изд.). Нью-Йорк: Academic Press, Inc., стр. 535. ISBN  978-0124467507.
  12. ^ "Шахтный локомотив на топливных элементах". В архиве 2014-12-24 на Wayback Machine Сандийские национальные лаборатории, 2004.
  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 автомобиль на топливных элементах в ходовых испытаниях». Бюллетень по топливным элементам. 2006 (12): 2–3. 2006. Дои: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 нишевого транспорта 2007 года». Июль 2007 г. В архиве 11 июля 2011 г. Wayback Machine (PDF). Топливный элемент сегодня.
  17. ^ «Железнодорожные и автомобильные проекты BNSF демонстрируют экспериментальный локомотив с переключателем на водородных топливных элементах». BNSF Железная дорога, 29 июня 2009 г.
  18. ^ «Гидраил: предварительное предложение». interstatetraveler.us.
  19. ^ «Технико-экономическое обоснование высокоскоростного водородного поезда в Индонезии». Водородный журнал. 13 января 2010 г.. Получено 25 марта 2011.
  20. ^ Адамра, Мустаким (8 января 2010 г.). «RI мог бы иметь сверхскоростной поезд уже в 2012 году». Почта Джакарты. Получено 26 марта 2011.
  21. ^ «Водородный трамвай FEVE». vialibre-ffe.com.
  22. ^ «Первый в Европе поезд на водороде». В архиве 2014-10-29 на Wayback Machine Проект водородного поезда.
  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« Hydrogen Pioneer ».'". Журнал источников энергии. 250: 120–127. Дои:10.1016 / j.jpowsour.2013.10.134. ISSN  0378-7753.
  25. ^ «Первый водородный поезд в Великобритании возит пассажиров». Новый ученый, 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. Дои:10.1016 / j.ijhydene.2014.01.166. ISSN  0360-3199.
  27. ^ «Китай вводит первый легкорельсовый поезд с топливными элементами на новых источниках энергии». Жэньминь жибао, 29 ноября 2010 г.
  28. ^ «Амплатс тестирует локомотив на топливных элементах на шахте 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 с трамваев, а не автомобилей». 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 будет использовать поезда на водородных топливных элементах». Звезда. 30 марта 2018 г.. Получено 24 июн 2018.
  36. ^ Сулок Тави (1 сентября 2018 г.). «На данный момент нет LRT для Саравака, - подтверждает КМ». Малайская почта. Получено 10 июн 2019.
  37. ^ «Поезд на водородных топливных элементах вводится в эксплуатацию». NHK World - Япония. 16 сентября 2018. Архивировано с оригинал 18 сентября 2018 г.. Получено 18 сентября 2018.
  38. ^ «JR East проведет испытания многоблочного агрегата на топливных элементах с двигателем Toyota». Железнодорожный вестник. 7 июн 2019. Получено 10 июн 2019.
  39. ^ «Stadler доставит водородный поезд для SBCTA». Железнодорожный век. 15 ноября 2019 г.. Получено 24 ноября 2019.

внешняя ссылка