近日,国家铁路局组织编制《老旧型铁路内燃机车动力源系统改造管理规定》(以下简称《规定》),其中提到,老旧型铁路内燃机车动力源系统改造,是将老旧型铁路内燃机车的化石燃料动力系统替换为“柴油机+动力蓄电池系统”“动力蓄电池系统”“氢燃料电池系统+动力蓄电池系统”等动力系统,具有更优的能效和排放水平。

“这一政策不仅标志着我国铁路装备绿色转型进入实操阶段,更释放出强烈信号:氢能机车正从试点示范迈向规模化应用,数十亿级市场蓝海将加速开启。”西南交通大学氢能及储能技术研究院院长、国家轨道交通电气化与自动化工程技术研究中心常务副主任陈维荣在接受《中国能源报》记者采访时说。

支持政策频出

“绿氢”驱动可减排千万吨二氧化碳

“截至2024年底,全国铁路机车拥有量为2.25万台,其中内燃机车0.78万台,占比为34.67%。”国铁集团发布的《2024年统计公报》显示。这意味着,目前超1/3的机车仍在烧柴油。

“这些内燃机车目前仍承担大量调车作业、建设施工、应急救援以及非电气化铁路的运输作业等重要任务。但由于采用柴油内燃动力,会产生严重尾气排放。”陈维荣说,在“双碳”目标下,对老旧型铁路内燃机车动力源系统进行改造或新能源替代,已迫在眉睫。

从政策层面看,国家对铁路行业绿色发展给予强有力支持。2024年6月,交通运输部等十二部门发布《交通运输大规模设备更新行动方案》,提出推动老旧内燃机车更新升级,采用氢动力系统等技术;同年9月,国家铁路局印发《老旧型铁路内燃机车淘汰更新监督管理办法》,要求至2027年底,重点区域的老旧型铁路内燃机车全部退出铁路运输市场,至2035年底基本退出。

中国中车相关负责人近日表示,内燃调车机车经动力源系统改造、扩展配置后,可替代目前90%以上的机车,大大延长现有内燃机车的服务周期。同时,氢动力机车可以实现无弓网运行,节约用户电气化改造成本。

除降本外,减排效果也很可观。“目前,全国内燃机车大概超1万辆,其产生的二氧化碳、氮氧化物等尾气排放不容小觑。”陈维荣给记者算了一笔账,若这些内燃机车都采用清洁环保的“绿氢”驱动,预计每年将减少千万吨二氧化碳排放。

技术与产品都已成熟

亟需解决与之配套的加氢站难题

经过近20年的科技攻关,目前我国氢能机车动力系统在技术上已很成熟,产品也已经系列化、模块化、标准化,各种类型的氢能机车以及氢能客运列车相继推出,如氢能有轨电车、氢能市域动车、氢能智轨列车等,其牵引力、速度加速度等动力性能,已达到甚至超过传统内燃机车水平,而能量转换效率,内燃机车一般为35%—40%,但氢能机车可以达到45%—65%。

在众多企业努力下,氢能轨道交通项目建设持续推进,并已从产品研发进入商业化运行。

尽管如此,在陈维荣看来,从全寿命周期看,目前氢能机车的采购成本比内燃机车高,约为内燃机车的2倍,而燃油成本基本相当。“因此,目前氢能机车的全寿命周期成本略高于内燃机车。但随着氢能产业的发展、氢动力系统以及氢气价格的不断降低,以及碳交易市场的逐渐完善,氢能机车的全寿命周期成本将以较快速度缩小与内燃机车的差距。”

记者了解到,目前,我国铁路沿线的加氢设施还严重缺乏,难于满足氢能机车的运行需求。具体表现在:一是缺乏针对氢能机车加氢站的相关技术标准、规范,包括土地使用、安全标准等,目前仅是参考汽车加氢站相关标准;二是缺乏氢能机车专用的大容量、快速加氢装备;三是氢气价格贵、加氢站建设初期投资收益不佳,投资回报周期长。

据初步统计,为氢能机车配套的专用加氢站,目前全国仅有国家能源集团在内蒙古巴图塔建设的1座重载机车专用加氢站,以及在宁夏宁东基地的2座可支持氢能机车的多场景加氢站。

“因此,在实施老旧型铁路内燃机车动力系统改造过程中,除了需要政策、资金的大力支持外,还需尽快完善相关标准、规范等。”陈维荣建议。

两种应用方式前景看好

初步估计市场规模可达数十亿元

有分析人士认为,老旧型铁路内燃机车动力源系统改造将为氢燃料电池在轨道交通领域的应用带来巨大市场空间。尤其是随着清洁电力和氢能基础设施的不断完善,未来机车能源结构将逐步摆脱化石燃料依赖,加速向多元化清洁能源方向演进。

据香橙会氢能数据库统计,目前全国已公开下线氢能轨道车超20列,预计未来氢能轨道交通将朝着高速化和重载化方向发展。

那么,未来氢能用于机车,主要有哪些方式?陈维荣向记者介绍,一是采用电化学反应发电的氢燃料电池系统,二是采用氢燃烧方式的氢内燃机。“前者是当前氢能应用的主流技术,已经很成熟,也是目前氢能应用能效最高的技术,而后者技术尚不成熟,且能效较低,但也是氢能应用的一个发展方向,一旦成熟,有望大大降低动力系统成本。”

 “结合目前的技术发展,尤其是氢能产业链的配套情况,很难预计今后5年的氢能机车市场空间。”据陈维荣判断,初步估计市场规模可达数十亿元。

多位业内人士表示,随着政策的持续推进和技术的不断成熟,氢燃料电池机车在替代老旧内燃机车的过程中有望发挥越来越重要的作用,产业链相关企业将逐步受益。