關(guān)于鐵路環(huán)境下燃料電池和氫能使用的研究

在氣候變化和整個(gè)能源和交通系統(tǒng)快速、持續(xù)脫碳的需要下，歐洲正在考慮更換柴油動(dòng)力列車的方案。作為鐵路運(yùn)輸中的一種多功能零排放技術(shù)，燃料電池和氫能（FCH）列車完全具有能力幫助歐洲實(shí)現(xiàn)其溫室氣體、空氣污染和降噪目標(biāo)。從動(dòng)車開始，特別是在遠(yuǎn)距離和高功率要求的用例中，預(yù)計(jì)FCH技術(shù)將在鐵路部門發(fā)揮越來越大的作用。到2030年，歐洲新購買的火車中每5輛就有1輛可以用氫提供動(dòng)力。德國和法國的最新發(fā)展表明這項(xiàng)技術(shù)將補(bǔ)充歐洲的電氣化，并以其為火車運(yùn)營商提供的靈活性，實(shí)現(xiàn)鐵路的完全脫碳改造。

在鐵路環(huán)境下，F(xiàn)CH技術(shù)與現(xiàn)有的駕駛技術(shù)競爭，如柴油和弓網(wǎng)等；同時(shí)也與電池解決方案等新興技術(shù)進(jìn)行競爭。研究表明，F(xiàn)CH列車的性能如柴油技術(shù)一樣，符合鐵路系統(tǒng)的要求。最成熟的FCH應(yīng)用程序，如動(dòng)車程序，特別是在生產(chǎn)氫的能源便宜的情況下（例如在斯堪的那維亞），在短期內(nèi)有可能與柴油動(dòng)力列車競爭成本。在經(jīng)濟(jì)上，它們的性能可以超過弓網(wǎng)電氣化服務(wù)頻率較低的地方，同時(shí)仍然提供電氣化的環(huán)境收益。由于其距離長、添加燃料速度快，F(xiàn)CH技術(shù)克服了電池的技術(shù)約束。

憑借FCH技術(shù)的這種競爭力和給定的框架條件，到2030年，F(xiàn)CH動(dòng)車組可能取代30%的柴油動(dòng)車，成為最適合市場(chǎng)的應(yīng)用。目前市場(chǎng)上和公開招標(biāo)的動(dòng)車組情況表明，可以在技術(shù)前進(jìn)的道路上推出新型動(dòng)車組，也可以增加向非歐洲國家的出口機(jī)會(huì)。調(diào)車機(jī)和正線機(jī)車市場(chǎng)相對(duì)平穩(wěn)，主要原因是延遲的市場(chǎng)開發(fā)—預(yù)計(jì)在2023年之前不會(huì)發(fā)生技術(shù)較快發(fā)展（對(duì)技術(shù)開發(fā)的進(jìn)一步需求較弱）。

在整個(gè)歐洲，F(xiàn)CH列車的需求預(yù)計(jì)將主要由中歐和北歐的領(lǐng)跑者市場(chǎng)推動(dòng)，這些市場(chǎng)已經(jīng)對(duì)動(dòng)車組進(jìn)行了開放和計(jì)劃的招標(biāo)，而部署FCH列車可能性較低的新來者市場(chǎng)則預(yù)計(jì)將為相對(duì)較新的應(yīng)用開發(fā)注入活力，主要是為了取代其成熟的柴油動(dòng)力機(jī)組。

在深入分析整個(gè)歐洲不同案例研究的基礎(chǔ)上，包括以動(dòng)車組為重點(diǎn)的4個(gè)案例研究、以調(diào)車機(jī)為重點(diǎn)的3個(gè)案例研究和以主線機(jī)車為重點(diǎn)的3個(gè)案例研究，以下主要結(jié)論如下可用于FCH列車的使用：

—在較長的非電氣化路線上（100公里以上）使用時(shí)，F(xiàn)CH列車具有經(jīng)濟(jì)意義；

—FCH列車可特別用于最后一英里的送貨路線，也可用于利用率很低的主要線路（每天最多10趟列車）；

—低電力成本（低于50歐元/兆瓦時(shí)），以及基礎(chǔ)設(shè)施（加氫站、電極）的高利用率，有利于FCH技術(shù)的使用；

—FCH列車能夠在不到20分鐘的很短停機(jī)時(shí)間內(nèi)運(yùn)行（由于快速補(bǔ)充燃料），并且還能在不補(bǔ)充燃料的情況下，完成超過18小時(shí)的長運(yùn)行時(shí)間；

—在許多情況下，F(xiàn)CH列車是目前柴油列車的經(jīng)濟(jì)上可行的清潔替代方案；

—在某些情況下，電池驅(qū)動(dòng)的列車可能看起來是一個(gè)更具成本效益的選擇，但由于其高度特定于路線的定制電池配置而受到操作限制。

樂觀情況下的動(dòng)車組所有者總成本分析（TCO）

3種選擇情景下的歐盟FCH列車市場(chǎng)潛力

2028~2030年，F(xiàn)CH列車市場(chǎng)展望

在鐵路環(huán)境下，F(xiàn)CH技術(shù)需要采取系統(tǒng)性方法，同時(shí)在不同的應(yīng)用市場(chǎng)前端加快部署。由于FCH技術(shù)對(duì)經(jīng)濟(jì)效率高度依賴，平均能源價(jià)格的下降或?qū)?duì)FCH列車的部署產(chǎn)生積極影響。因此，系統(tǒng)地利用氫能作為可再生能源的儲(chǔ)能，并更加充分地利用H2基礎(chǔ)設(shè)施，例如通過基礎(chǔ)設(shè)施聯(lián)運(yùn)使用的方式，是特別有趣的。

在公共交通領(lǐng)域，F(xiàn)CH技術(shù)所面臨的障礙與其他新技術(shù)在該領(lǐng)域大規(guī)模部署的風(fēng)口浪尖上遇到的困難沒有什么不同。大多數(shù)障礙與所有FCH列車應(yīng)用有關(guān)。在所有的問題中有3個(gè)問題被認(rèn)為是高度優(yōu)先。對(duì)于這3個(gè)問題采取有針對(duì)性的研發(fā)項(xiàng)目（預(yù)計(jì)總預(yù)算為1.13億歐元），可以在短期內(nèi)完成攻堅(jiān)。這些技術(shù)開發(fā)和示范項(xiàng)目帶來的額外產(chǎn)品可用性將有助于加快和優(yōu)化FCH列車的大規(guī)模應(yīng)用。

要推進(jìn)未來的FCH列車，需要有針對(duì)性的原型，以及技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目的大規(guī)模示范項(xiàng)目。這些項(xiàng)目可以進(jìn)一步制定商業(yè)應(yīng)用的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性能要求，并為標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)管修訂奠定基礎(chǔ)。這將有助于FCH列車在歐洲充分發(fā)揮其巨大的市場(chǎng)潛力，并為更廣泛的市場(chǎng)釋放FCH列車的潛力；同時(shí)幫助歐洲實(shí)現(xiàn)其在鐵路運(yùn)輸方面的排放和降噪目標(biāo)。