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一直以來，公路貨運排放是交通運輸業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。為了順應新一輪科技革命和產業變革大趨勢，中國中車抓準“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，由中國中車研發的我國首個電氣化公路及礦山運輸系統示范項目在山西大同落成發布。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平臺組成，核心部件全部實現國產化，不僅為我國電氣化公路和礦山運輸高質量發展提供了系統解決方案，同時也叩響了公路運輸綠色變革的時代之門。
立足“中國創造” 領跑綠色變革
目前，高新技術已成為國際戰略博弈的主要戰場。如何搶占這一制高點亦成為物流業低碳發展的關鍵。其中，礦山裝備作為科技創新的重要領域，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產業起步不算早，在進入‘電氣化’時代的過程中面臨諸多挑戰?！敝熊嚧笸娏C車有限公司（以下簡稱“中車大同公司”）相關負責人告訴記者。
一方面，當前世界各國都在積極推進能源轉型。據國際能源署(IEA)統計數據，全球碳排放主要來自能源發電與供熱、交通運輸、制造業與建筑業三個領域，分別占比43%、26%和17%，在“碳達峰”“碳中和”目標引領下也加速了交通運輸領域“以電為主”的能源轉型。
另一方面，公路貨運排放量大且難以減排，已成為交通運輸業碳排放的減排重點。從我國貨運方式來看，公路運輸占據著貨運行業的主導地位，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，公路貨運行業一向面臨嚴峻的減排壓力，盡管傳統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率卻十分驚人。這使得公路貨運行業亟須在技術裝備、能源替代等方面取得突破。
此外，礦山運輸同樣也面臨著節能環保、減排低碳的難題，迫切需要一整套系統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痛點主要源于“運輸效率、效益、環保”之間的矛盾。那么，在實踐過程中該如何調節這三者之間的矛盾？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。
據中車大同公司相關負責人介紹，早在2021年，中國中車就已開始整合軌道交通設計制造等方面的優勢資源，并以“交通運輸一體化融合發展、運輸工具低碳轉型”為指引，致力打造集高效、便捷、清潔于一體的運輸系統。為此，中國中車聚焦物流業低碳發展，立足“中國創造”，從設計、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項目研究這一刻開始，中國中車正式進軍電氣化公路領域。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展提供了系統解決方案，開啟了公路運輸綠色變革之路。”
打造“中國方案” 實現“零的突破”
在距離長、載重高的長途干線物流運輸領域，因難以突破“續航與充電”的技術瓶頸，蓄電池動力重載貨車一直難與傳統燃油貨車抗衡。針對這一難題，中國中車將我國鐵路電氣化運輸的先進技術和科研成果，充分應用于公路貨運和礦山運輸中，不僅實現了“零的突破”，更為系統解決全球公路節能降碳運輸技術難題提供了“中國方案”。
據相關負責人介紹，這套電氣化公路及礦山運輸系統將電氣化鐵路技術的高效能源利用與道路交通的高靈活性相結合，在保留靈活性的前提下，讓公路運輸具備鐵路運輸的高效率、低污染，對傳統貨運汽車重載運輸方式實現系統化綠色變革。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連接獲得電能，實現高時速下的升弓降弓操作，能效約為80%，是傳統柴油卡車運輸效能的2倍?！?/p>
同時，該系統采用動態充電策略，提供了“移動充電”和“充用同步”方式，能有效解決電動重卡“續航”與“充電”兩大技術難題?！安徽撌窃谡嚻椒€運行時，還是在整車爬坡或加速狀態時，可直接利用接觸網電力驅動車輛行駛，并為車載動力電池充電。而當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，在非集電狀態下照常行駛……無論是在供電區還是非供電區，智能電動重卡均實現電力驅動，從源頭上徹底解決傳統燃油汽車尾氣排放污染物的問題，實現‘零碳排放’?！彼M一步告訴記者。
據了解，該系統由基礎設施（道路、變電所、電氣接觸網和綜合運營調度管理中心）和運輸裝備（雙源智能電動重卡）兩部分組成。其中，在基礎設施設計方面，中國中車做了大量嘗試和改變，聯合中鐵電氣化局集團在接觸網、牽引供電系統以及試驗平臺等基礎設施設計方面取得了重要突破。
一方面，接觸網采用結構簡單、技術成熟、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米國內最小，并且接觸網整體具有良好的弓網關系，能夠穩定持續地向車輛提供電能，滿足車輛行駛各項要求。
另一方面，中國中車進一步設計了靈活的接觸網方案，可以依據線路長度、電池組充放電時間，車輛行駛速度匹配接觸網長度、變電站數量；根據具體情況采用分區多段架設模式，滿足多車充電并實現零排放，這一方法也降低了基礎設施的資金投入。
此外，牽引供電系統采用正極接觸網供電、負極接觸網回流方式，作為國內首創獨立回流線設計，兼顧回流與電蝕防護，絕緣型電位器技術先進安全可靠。據介紹，該系統簡潔、高效，無需設置防護裝置，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節方式，可適應多種類型車輛試驗任務。
創新“中國技術” 布局未來產業
使用類似電力機車的牽引系統，卻沒有鐵軌鋪設；擁有重型卡車的外觀，頭頂卻長著形態特別的“小辮子”……首個電氣化公路及礦山運輸系統示范項目將牽引公路和礦山運輸加速駛入“綠色高地”，成功開創了全新的電氣化公路貨運模式，而這其中，更離不開核心技術的研發與支持。
“在電氣化公路及礦山運輸系統中，所有公路和車輛系統的核心部件全部實現了國產化。包括受電弓、DC/DC柜等在內的核心技術實現自主可控，繼承了軌道交通接觸網供電、車地通信、運行調度、多元制式等亮點技術，創造了‘車、網’多項國內第一?！敝熊嚧笸鞠嚓P負責人告訴記者，其主要核心技術可總結為四個方面：一是智能電動重卡技術——移動充電環保高效、續航充電無縫銜接；二是車載智能受電弓技術——智能雙極組合驅動、三大創新國內領先；三是DC/DC柜技術——能量控制化繁為簡、牽引制動雙向管理；四是接觸網供電技術——技術成熟安全可靠、三項技術國內首創。
其中，作為道路與車輛連接的關鍵裝置——車載智能受電弓技術，是由中國高速動車組受電弓核心技術掌握者——北京中車賽德公司（中車大同公司旗下子公司）領銜攻關。該公司自2019年開始持續從事電氣化公路受電弓關鍵核心技術研究，也是國內最早開始從事該專業方向的研發機構，在本項目中，北京中車賽德將受電弓深入融合智能化技術，不僅擁有高品質，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作為國內首次將受電弓與貨運重卡相融合的核心技術，在落地過程中成功攻克了兩大關鍵技術問題。
在卡車偏離行進方向時受電弓如何跟隨接觸網和自適應進行調整？為了實現弓網系統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測和控制技術，智能化監測設備會實時監控弓網相對位置關系，通過智能算法對受電弓桿臂進行左右自適應補償調整?！叭绻霈F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情況下的可靠受流和安全保護?！敝熊嚧笸鞠嚓P負責人進一步補充道。
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定性能的影響？中國中車研發的EHC30的受電弓特別采用了高鐵受電弓的技術理念，通過輕量化設計和多自由度弓頭懸掛系統，提升了受電弓的結構動力學特性。在研發電氣化公路及礦山運輸系統的過程中，為了應對弓網關系、絕緣防護、動力切換這三大技術難點，我們經過無數次試驗驗證，通過結構設計和自適應控制實現了受電弓±400mm的橫向補償功能；采用弓頭/弓臂及基座絕緣設計等措施保證絕緣安全；接觸網供電時牽引充電同步進行，收到降弓指令后整車控制協同，向動力電池發出功率需求，實現動力電池牽引，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展方向”的時代背景下，先進的技術和理念也是融合產業發展大勢的關鍵所在。在新一輪科技革命和產業變革與我國加快轉變經濟發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業，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，形成世界領先的電氣化公路系統設計、制造集群，實現運輸工具的綠色革命。
“我們將以‘產品+’模式不斷探索更適合礦山裝備市場、更符合用戶需要的戰略，努力成為行業內性價比最高、最值得用戶信賴的礦車產品制造商和系統解決方案提供商?！敝熊嚧笸鞠嚓P負責人指出，未來，中國中車也將持續探索綠色運輸新模式的發展方向，融入自動無人駕駛、車-地及車-車通訊等先進的智能化技術和智慧化手段，加速推進電氣化公路及礦山運輸系統產業化發展步伐，用科技鍛造產業，培育發展新動能、增創發展新優勢、搶占下一輪發展制高點。
