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力列車的方案。作為鐵路運輸中的一種多功能零排放技術，燃料電池和氫能（FCH）列車完全具有能力幫助歐洲實現(xiàn)其溫室氣體、空氣污染和降噪目標。從動車開始，特別是在遠距離和高功率要求的用例中，預計FCH技術將在鐵路部門發(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輛可以用氫提供動力。德國和法國的最新發(fā)展表明這項技術將補充歐洲的電氣化，并以其為火車運營商提供的靈活性，實現(xiàn)鐵路的完全脫碳改造。

在鐵路環(huán)境下，F(xiàn)CH技術與現(xiàn)有的駕駛技術競爭，如柴油和弓網(wǎng)等；同時也與電池解決方案等新興技術進行競爭。研究表明，F(xiàn)CH列車的性能如柴油技術一樣，符合鐵路系統(tǒng)的要求。最成熟的FCH應用程序，如動車程序，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)有可能與柴油動力列車競爭成本。在經(jīng)濟上，它們的性能可以超過弓網(wǎng)電氣化服務頻率較低的地方，同時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技術克服了電池的技術約束。

憑借FCH技術的這種競爭力和給定的框架條件，到2030年，F(xiàn)CH動車組可能取代30%的柴油動車，成為最適合市場的應用。目前市場上和公開招標的動車組情況表明，可以在技術前進的道路上推出新型動車組，也可以增加向非歐洲國家的出口機會。調車機和正線機車市場相對平穩(wěn)，主要原因是延遲的市場開發(fā)——預計在2023年之前不會發(fā)生技術較快發(fā)展（對技術開發(fā)的進一步需求較弱）。

在整個歐洲，F(xiàn)CH列車的需求預計將主要由中歐和北歐的領跑者市場推動，這些市場已經(jīng)對動車組進行了開放和計劃的招標，而部署FCH列車可能性較低的新來者市場則預計將為相對較新的應用開發(fā)注入活力，主要是為了取代其成熟的柴油動力機組。

在深入分析整個歐洲不同案例研究的基礎上，包括以動車組為重點的4個案例研究、以調車機為重點的3個案例研究和以主線機車為重點的3個案例研究，以下主要結論如下可用于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，F(xiàn)CH列車具有經(jīng)濟意義；

——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），以及基礎設施（加氫站、電極）的高利用率，有利于FCH技術的使用；

——FCH列車能夠在不到20分鐘的很短停機時間內(nèi)運行（由于快速補充燃料），并且還能在不補充燃料的情況下，完成超過18小時的長運行時間；

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

——在某些情況下，電池驅動的列車可能看起來是一個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列車市場潛力

2028~2030年，F(xiàn)CH列車市場展望

在鐵路環(huán)境下，F(xiàn)CH技術需要采取系統(tǒng)性方法，同時在不同的應用市場前端加快部署。由于FCH技術對經(jīng)濟效率高度依賴，平均能源價格的下降或將對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能，并更加充分地利用H2基礎設施，例如通過基礎設施聯(lián)運使用的方式，是特別有趣的。

在公共交通領域，F(xiàn)CH技術所面臨的障礙與其他新技術在該領域大規(guī)模部署的風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列車應用有關。在所有的問題中有3個問題被認為是高度優(yōu)先。對于這3個問題采取有針對性的研發(fā)項目（預計總預算為1.13億歐元），可以在短期內(nèi)完成攻堅。這些技術開發(fā)和示范項目帶來的額外產(chǎn)品可用性將有助于加快和優(yōu)化FCH列車的大規(guī)模應用。

要推進未來的FCH列車，需要有針對性的原型，以及技術開發(fā)項目的大規(guī)模示范項目。這些項目可以進一步制定商業(yè)應用的技術和經(jīng)濟性能要求，并為標準和監(jiān)管修訂奠定基礎。這將有助于FCH列車在歐洲充分發(fā)揮其巨大的市場潛力，并為更廣泛的市場釋放FCH列車的潛力；同時幫助歐洲實現(xiàn)其在鐵路運輸方面的排放和降噪目標。

動車組案例研究情況概述,，包括經(jīng)濟和環(huán)境結果

調車機案例研究情況概述,，包括經(jīng)濟和環(huán)境結果

主線機車案例研究情況概述,包括經(jīng)濟和環(huán)境結果

FCH列車生態(tài)系統(tǒng)的原理圖

鐵路環(huán)境下FCH技術的障礙

短期研發(fā)項目概述