一直以來，公路貨運排放是交通運輸業(yè)碳排放絕對的主體和減排重點，同時礦山運輸也存在著如何踐行減碳低碳的難題。為了順應(yīng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革大趨勢，中國中車抓準(zhǔn)“電氣化公路”新機遇，一鍵開啟公路及礦山運輸“電氣化”時代。

近日，由中國中車研發(fā)的我國首個電氣化公路及礦山運輸系統(tǒng)示范項目在山西大同落成發(fā)布。值得一提的是，該項目由電氣化公路和雙源智能電動重卡兩大技術(shù)平臺組成，核心部件全部實現(xiàn)國產(chǎn)化，不僅為我國電氣化公路和礦山運輸高質(zhì)量發(fā)展提供了系統(tǒng)解決方案，同時也叩響了公路運輸綠色變革的時代之門。

立足“中國創(chuàng)造” 領(lǐng)跑綠色變革

目前，高新技術(shù)已成為國際戰(zhàn)略博弈的主要戰(zhàn)場。如何搶占這一制高點亦成為物流業(yè)低碳發(fā)展的關(guān)鍵。其中，礦山裝備作為科技創(chuàng)新的重要領(lǐng)域，正在賦能公路及礦山運輸加快進入“電氣化”時代。

“與國外相比，我國在礦山裝備相關(guān)產(chǎn)業(yè)起步不算早，在進入‘電氣化’時代的過程中面臨諸多挑戰(zhàn)?！敝熊嚧笸娏C車有限公司（以下簡稱“中車大同公司”）相關(guān)負(fù)責(zé)人告訴記者。

一方面，當(dāng)前世界各國都在積極推進能源轉(zhuǎn)型。據(jù)國際能源署(IEA)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，全球碳排放主要來自能源發(fā)電與供熱、交通運輸、制造業(yè)與建筑業(yè)三個領(lǐng)域，分別占比43%、26%和17%，在“碳達峰”“碳中和”目標(biāo)引領(lǐng)下也加速了交通運輸領(lǐng)域“以電為主”的能源轉(zhuǎn)型。

另一方面，公路貨運排放量大且難以減排，已成為交通運輸業(yè)碳排放的減排重點。從我國貨運方式來看，公路運輸占據(jù)著貨運行業(yè)的主導(dǎo)地位，2022年全國公路貨運量為371.2億噸，占總貨物運輸量的76.3%。同時，公路貨運行業(yè)一向面臨嚴(yán)峻的減排壓力，盡管傳統(tǒng)燃油貨運車輛只占機動車保有量的3.1%，但其污染物排放分擔(dān)率卻十分驚人。這使得公路貨運行業(yè)亟須在技術(shù)裝備、能源替代等方面取得突破。

此外，礦山運輸同樣也面臨著節(jié)能環(huán)保、減排低碳的難題，迫切需要一整套系統(tǒng)化的綠色運輸解決方案。

一直以來，我國公路貨運以及礦山運輸存在的行業(yè)痛點主要源于“運輸效率、效益、環(huán)?！敝g的矛盾。那么，在實踐過程中該如何調(diào)節(jié)這三者之間的矛盾？在中國中車看來，“電氣化公路”選擇“高效、便捷、清潔”的電能作為動力源，可有效破解這一困局。

據(jù)中車大同公司相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，早在2021年，中國中車就已開始整合軌道交通設(shè)計制造等方面的優(yōu)勢資源，并以“交通運輸一體化融合發(fā)展、運輸工具低碳轉(zhuǎn)型”為指引，致力打造集高效、便捷、清潔于一體的運輸系統(tǒng)。為此，中國中車聚焦物流業(yè)低碳發(fā)展，立足“中國創(chuàng)造”，從設(shè)計、制造、運用多個維度搭建起綠色低碳運輸體系，積極推動運輸方式綠色變革。他說：“從啟動電氣化公路及礦山運輸系統(tǒng)項目研究這一刻開始，中國中車正式進軍電氣化公路領(lǐng)域。此次該項目的落成，也為我國電氣化公路和礦山運輸綠色低碳發(fā)展提供了系統(tǒng)解決方案，開啟了公路運輸綠色變革之路。”

打造“中國方案” 實現(xiàn)“零的突破”

在距離長、載重高的長途干線物流運輸領(lǐng)域，因難以突破“續(xù)航與充電”的技術(shù)瓶頸，蓄電池動力重載貨車一直難與傳統(tǒng)燃油貨車抗衡。針對這一難題，中國中車將我國鐵路電氣化運輸?shù)南冗M技術(shù)和科研成果，充分應(yīng)用于公路貨運和礦山運輸中，不僅實現(xiàn)了“零的突破”，更為系統(tǒng)解決全球公路節(jié)能降碳運輸技術(shù)難題提供了“中國方案”。

據(jù)相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，這套電氣化公路及礦山運輸系統(tǒng)將電氣化鐵路技術(shù)的高效能源利用與道路交通的高靈活性相結(jié)合，在保留靈活性的前提下，讓公路運輸具備鐵路運輸?shù)母咝?、低污染，對傳統(tǒng)貨運汽車重載運輸方式實現(xiàn)系統(tǒng)化綠色變革。他進一步說道：

“適配電氣化公路的雙源智能電動重卡通過車載受電弓與接觸網(wǎng)連接獲得電能，實現(xiàn)高時速下的升弓降弓操作，能效約為80%，是傳統(tǒng)柴油卡車運輸效能的2倍。”

同時，該系統(tǒng)采用動態(tài)充電策略，提供了“移動充電”和“充用同步”方式，能有效解決電動重卡“續(xù)航”與“充電”兩大技術(shù)難題。“不論是在整車平穩(wěn)運行時，還是在整車爬坡或加速狀態(tài)時，可直接利用接觸網(wǎng)電力驅(qū)動車輛行駛，并為車載動力電池充電。而當(dāng)智能電動重卡超車或離開電氣化公路時，車載蓄電池就可以為整車提供動力，在非集電狀態(tài)下照常行駛……無論是在供電區(qū)還是非供電區(qū)，智能電動重卡均實現(xiàn)電力驅(qū)動，從源頭上徹底解決傳統(tǒng)燃油汽車尾氣排放污染物的問題，實現(xiàn)‘零碳排放’。”他進一步告訴記者。

據(jù)了解，該系統(tǒng)由基礎(chǔ)設(shè)施（道路、變電所、電氣接觸網(wǎng)和綜合運營調(diào)度管理中心）和運輸裝備（雙源智能電動重卡）兩部分組成。其中，在基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計方面，中國中車做了大量嘗試和改變，聯(lián)合中鐵電氣化局集團在接觸網(wǎng)、牽引供電系統(tǒng)以及試驗平臺等基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計方面取得了重要突破。

一方面，接觸網(wǎng)采用結(jié)構(gòu)簡單、技術(shù)成熟、可靠性高、施工及維護方便的全補償簡單鏈型懸掛，銀銅合金接觸線曲線半徑49.5米國內(nèi)最小，并且接觸網(wǎng)整體具有良好的弓網(wǎng)關(guān)系，能夠穩(wěn)定持續(xù)地向車輛提供電能，滿足車輛行駛各項要求。

另一方面，中國中車進一步設(shè)計了靈活的接觸網(wǎng)方案，可以依據(jù)線路長度、電池組充放電時間，車輛行駛速度匹配接觸網(wǎng)長度、變電站數(shù)量；根據(jù)具體情況采用分區(qū)多段架設(shè)模式，滿足多車充電并實現(xiàn)零排放，這一方法也降低了基礎(chǔ)設(shè)施的資金投入。

此外，牽引供電系統(tǒng)采用正極接觸網(wǎng)供電、負(fù)極接觸網(wǎng)回流方式，作為國內(nèi)首創(chuàng)獨立回流線設(shè)計，兼顧回流與電蝕防護，絕緣型電位器技術(shù)先進安全可靠。據(jù)介紹，該系統(tǒng)簡潔、高效，無需設(shè)置防護裝置，可兼容直流750伏、1500伏兩種牽引供電制式，同時采用高度可靈活調(diào)節(jié)方式，可適應(yīng)多種類型車輛試驗任務(wù)。

創(chuàng)新“中國技術(shù)” 布局未來產(chǎn)業(yè)

使用類似電力機車的牽引系統(tǒng)，卻沒有鐵軌鋪設(shè)；擁有重型卡車的外觀，頭頂卻長著形態(tài)特別的“小辮子”……首個電氣化公路及礦山運輸系統(tǒng)示范項目將牽引公路和礦山運輸加速駛?cè)搿熬G色高地”，成功開創(chuàng)了全新的電氣化公路貨運模式，而這其中，更離不開核心技術(shù)的研發(fā)與支持。

“在電氣化公路及礦山運輸系統(tǒng)中，所有公路和車輛系統(tǒng)的核心部件全部實現(xiàn)了國產(chǎn)化。包括受電弓、DC/DC柜等在內(nèi)的核心技術(shù)實現(xiàn)自主可控，繼承了軌道交通接觸網(wǎng)供電、車地通信、運行調(diào)度、多元制式等亮點技術(shù)，創(chuàng)造了‘車、網(wǎng)’多項國內(nèi)第一。”中車大同公司相關(guān)負(fù)責(zé)人告訴記者，其主要核心技術(shù)可總結(jié)為四個方面：一是智能電動重卡技術(shù)——移動充電環(huán)保高效、續(xù)航充電無縫銜接；二是車載智能受電弓技術(shù)——智能雙極組合驅(qū)動、三大創(chuàng)新國內(nèi)領(lǐng)先；三是DC/DC柜技術(shù)——能量控制化繁為簡、牽引制動雙向管理；四是接觸網(wǎng)供電技術(shù)——技術(shù)成熟安全可靠、三項技術(shù)國內(nèi)首創(chuàng)。

其中，作為道路與車輛連接的關(guān)鍵裝置——車載智能受電弓技術(shù)，是由中國高速動車組受電弓核心技術(shù)掌握者——北京中車賽德公司（中車大同公司旗下子公司）領(lǐng)銜攻關(guān)。該公司自2019年開始持續(xù)從事電氣化公路受電弓關(guān)鍵核心技術(shù)研究，也是國內(nèi)最早開始從事該專業(yè)方向的研發(fā)機構(gòu)，在本項目中，北京中車賽德將受電弓深入融合智能化技術(shù)，不僅擁有高品質(zhì)，同時也更加符合中國公路和礦山運輸路情路況。

值得一提的是，車載智能受電弓技術(shù)作為國內(nèi)首次將受電弓與貨運重卡相融合的核心技術(shù)，在落地過程中成功攻克了兩大關(guān)鍵技術(shù)問題。

在卡車偏離行進方向時受電弓如何跟隨接觸網(wǎng)和自適應(yīng)進行調(diào)整？為了實現(xiàn)弓網(wǎng)系統(tǒng)始終可靠和安全的接觸，中國中車將所采用的EHC30型受電弓深度融入了智能化監(jiān)測和控制技術(shù)，智能化監(jiān)測設(shè)備會實時監(jiān)控弓網(wǎng)相對位置關(guān)系，通過智能算法對受電弓桿臂進行左右自適應(yīng)補償調(diào)整。“如果出現(xiàn)車輛緊急偏離時，接觸線一旦滑到弓頭安全極限位置時，受電弓緊急降弓保護，可以確保車輛在正常和突發(fā)情況下的可靠受流和安全保護?！敝熊嚧笸鞠嚓P(guān)負(fù)責(zé)人進一步補充道。

公路路面不同于軌道平面，可能會存在顛簸的情況，如何解決顛簸對受電弓的受流穩(wěn)定性能的影響？中國中車研發(fā)的EHC30的受電弓特別采用了高鐵受電弓的技術(shù)理念，通過輕量化設(shè)計和多自由度弓頭懸掛系統(tǒng)，提升了受電弓的結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性。在研發(fā)電氣化公路及礦山運輸系統(tǒng)的過程中，為了應(yīng)對弓網(wǎng)關(guān)系、絕緣防護、動力切換這三大技術(shù)難點，我們經(jīng)過無數(shù)次試驗驗證，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計和自適應(yīng)控制實現(xiàn)了受電弓±400mm的橫向補償功能；采用弓頭/弓臂及基座絕緣設(shè)計等措施保證絕緣安全；接觸網(wǎng)供電時牽引充電同步進行，收到降弓指令后整車控制協(xié)同，向動力電池發(fā)出功率需求，實現(xiàn)動力電池牽引，兩種動力無縫切換。

此外，在國際能源署（IEA）提出“公路電氣化將會成為未來的發(fā)展方向”的時代背景下，先進的技術(shù)和理念也是融合產(chǎn)業(yè)發(fā)展大勢的關(guān)鍵所在。在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革與我國加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式正在形成歷史性交匯點上，中國中車前瞻布局未來產(chǎn)業(yè)，將“智慧交通、綠色運輸”作為電氣化公路未來布局的支點，通過“公路與非公路”兩條路徑，形成世界領(lǐng)先的電氣化公路系統(tǒng)設(shè)計、制造集群，實現(xiàn)運輸工具的綠色革命。

“我們將以‘產(chǎn)品+’模式不斷探索更適合礦山裝備市場、更符合用戶需要的戰(zhàn)略，努力成為行業(yè)內(nèi)性價比最高、最值得用戶信賴的礦車產(chǎn)品制造商和系統(tǒng)解決方案提供商?！敝熊嚧笸鞠嚓P(guān)負(fù)責(zé)人指出，未來，中國中車也將持續(xù)探索綠色運輸新模式的發(fā)展方向，融入自動無人駕駛、車-地及車-車通訊等先進的智能化技術(shù)和智慧化手段，加速推進電氣化公路及礦山運輸系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展步伐，用科技鍛造產(chǎn)業(yè)，培育發(fā)展新動能、增創(chuàng)發(fā)展新優(yōu)勢、搶占下一輪發(fā)展制高點。