中国高铁节能神器永磁牵引.docx
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中国高铁节能神器永磁牵引
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永磁牵引
中国高铁用了什么节能神器:
永磁牵引时代来临
2015年06月23日16:
35中国经济周刊
装载株洲所核心部件的CRH380A动车组示意图
“谁拥有永磁牵引系统,谁就拥有高铁的话语权”
【发现中国原创技术】中国高铁用上了世界最先进的牵引技术
《中国经济周刊》记者曹昌见习记者李永华｜湖南株洲报道
历时11年,累计1000万次试验,积累150G数据,耗资1亿元,中国中车（21、43,）旗下株洲电力机车研究所有限公司（下称“株洲所”）攻克了第三代轨道交通牵引技术,即永磁同步电机牵引系统（下称“永磁牵引系统”）,掌握完全自主知识产权,成为中国高铁制胜市场的一大战略利器。
2015年5月16日,长沙地铁1号线使用的永磁同步电机成功交付。
这就是国内首次将永磁同步电机装载在整列地铁车辆投入装车应用。
中国工程院院士、株洲所总经理丁荣军透露,目前,株洲所已研发出可用于时速500公里的高铁动车的690kW永磁牵引系统,即将小批量生产。
这标志着我国成为继德、日、法等国之后,世界上少数几个掌握高铁永磁牵引系统技术的国家之一。
“中国具有完全自主知识产权的永磁牵引系统已经迈开产业化步伐,中国轨道交通的'永磁牵引时代’终于来临了。
”丁荣军表示。
从“地铁用”到“高铁用”:
“爬完衡山又去登珠峰”
牵引传动系统在业内被称为“列车之心”,其性能在某种程度上决定了列车的动力品质、能耗与控制特性,也影响着列车的经济性、舒适性与可靠性,就是节能升级的关键。
世界轨道交通车辆牵引系统的第一代就是直流电机牵引系统,第二代就是起步于20世纪70年代的交流异步电机牵引系统,为当前的主流技术。
株洲所副总经理冯江华介绍,“对轨道交通牵引技术来说,永磁牵引系统就是一场革命,谁拥有永磁牵引系统,谁就拥有高铁的话语权。
”
永磁牵引系统就是列车的动力系统,由变流器与电机两大部分组成,其中变流器相当于列车的心脏,电机好比就是列车的肌肉,电机主要负责传达动力,完成电能到机械能转变,带动列车平稳行驶。
目前,西门子、庞巴迪等国际设备制造商均将永磁牵引系统作为其研发方向。
在这个新兴领域,中国并没有输在起点。
2003年,有关永磁牵引系统的阐述第一次传入冯江华的耳朵。
当时,该项技术尚处于理论研究阶段。
然而,冯江华察觉到,永磁牵引系统必将取代交流异步电机牵引系统,必须迅速研发。
当年,株洲所率先组建了国内第一支永磁牵引系统研发团队,“从零起步”。
株洲所基础与平台研发中心副主任许峻峰称,在交流异步电机牵引系统研发阶段,我国比国外落后了20来年;在更先进的永磁同步领域,“我们就像就是没有车灯的汽车,在黑灯瞎火的山路上摸索,方向稍有把握不准,后果不仅仅就是跑偏”。
“电机控温就是项目进展最大的瓶颈。
”许峻峰介绍,为避免水、灰尘、铁屑等腐蚀电机内部永磁体,电机采用全封闭结构,但由于电机功率太大,发热过高,永磁材料在高温、振动与反向强磁场等条件下,可能发生不可恢复性失磁的严重风险。
“如果列车在高速运行时失磁,后果不可想象。
”
冯江华回忆,“没有任何可以借鉴的资料,也缺少研发测试用的相关设备”,株洲所只能“摸着石头过河”,不少数据仍要依靠比较原始的笨办法。
“比如说,电机升温试验一做就就是五六个小时,电机温控数据就人工全程蹲守来记录,这样来慢慢积累。
”冯江华称。
研发团队成立8年后,也就就是2011年底,株洲所永磁牵引系统在沈阳地铁2号线成功装车,实现了国内轨道交通领域的首次应用,结束了中国铁路没有永磁牵引系统的历史。
株洲所也成为我国唯一掌握自主永磁牵引系统全套技术的企业。
截至2015年5月底,沈阳地铁2号线已无故障载客运营7万公里。
“这一次,我们抢坐了头把交椅。
”冯江华告诉记者,2011年,株洲所受命参与国家“863计划”之“高速铁路重大关键技术及装备研制重点项目”,承担高速动车组用永磁牵引系统的研发工作。
从“小功率”转向“大功率”,从“地铁用”转向“高铁用”,株洲所面临着新的难关。
株洲所首席设计专家李益丰对《中国经济周刊》称,沈阳地铁用的永磁同步电机功率就是190kW,而用于时速500公里高速动车组的电机功率高达690kW,且始终就是高速运行状态,对牵引系统的稳定性、可靠性等各方面都提出了极大的挑战,“对电机设计的挑战就像就是爬完衡山,又去攀登珠峰”。
尽管如此,株洲所却提前完成任务。
2013年12月,株洲所成功开发出可用于时速500公里高铁动车的电机,2014年10月在青岛四方股份公司成功装车考核。
“顺利的话,中国高铁很快就能全面用上永磁牵引系统,不仅更节能,也更稳定,更安全。
”李益丰称。
“节能神器”:
让高铁电机功率提高60%
丁荣军对《中国经济周刊》介绍,2014年,株洲所的牵引系统在城市轨道列车市场占有率达57%,今后将逐步以永磁牵引系统取代异步电机系统。
株洲所下属的时代电气公司副总经理兼总工程师刘可安说:
“高效节能就是永磁牵引系统最突出的优势。
”
数据显示,株洲所研发的690kW永磁同步电机,比目前主流的异步电机功率提高60%,电机损耗降低70%。
根据沈阳地铁2号线的实际运行数据,刘可安算了一笔账:
一条地铁每年可节能折合400万元,“这就就是利润,哪家单位会不愿意用？
”
刘可安拿出的一份业内分析报告显示:
到2020年前后,全国将建设约100条城市轨道交通线路。
如果新建线路60%采用永磁牵引系统,预期的产值将达到100亿元,全国每年新线运营能耗将节约2、4亿元。
永磁系统在中央空调领域也展现出极强的替代优势。
基于永磁变频传动系统的中央空调可实现节能40%。
一台240kW的中央空调,若每年运行4个月,一年至少可节约用电11、52万度。
按全国40000台中央空调测算,则一年即可节约用电46亿度,少排放46万吨二氧化碳。
自2009年启动研发以来,株洲所成功研制了世界上第一套中央商用空调永磁高速直驱系统,成为国内外唯一一家中央空调永磁驱动系统的供应商。
截至2015年4月底,株洲所永磁系统在中央空调上已应用400多套。
在今年4月的中国制冷展上,格力电器（57、87）就将装载永磁同步变频热泵离心机的中央空调作为其高端产品推向市场。
永磁牵引系统的高效节能,让株洲所在电动汽车、风力发电、100%低地板现代有轨电车等领域也占据了市场竞争的高点。
冯江华称,永磁牵引系统的研发与产业化应用还在起步阶段,“今后,株洲所一方面就是纵向上深化与细化技术研发,另一方面就是横向上不断扩展永磁牵引技术的应用领域,实现全面布局与持续领先。
”
专家点评
中国工程院院士刘友梅:
永磁同步牵引系统就是我国高铁技术升级的典范
世界轨道交通车辆的电力牵引系统技术在经历了“直流传动牵引系统”向“交流传动牵引系统”发展后,目前正在由“感应异步传动”朝“永磁同步传动”发展。
永磁同步牵引系统因其高效率、高功率密度的显著优势,代表了当前提倡节能减排、绿色环保的技术发展趋势,成为各大发达国家竞相研究的技术热点,就是花钱也买不到的核心技术。
中国中车株洲电力机车研究所成功自主开发了高速列车永磁同步牵引系统,使我国成为世界上少数几个掌握高铁永磁牵引系统技术的国家之一。
该永磁同步牵引系统的电机额定效率达到了98%以上,将电机损耗降低至原来的三分之一,显著降低了高速列车的牵引能耗。
在我国能源日益紧张,社会迫切需求“绿色交通”的大背景下,永磁同步牵引系统成为了我国高速铁路技术升级的一个典范。
为了早日赶上发达国家技术水平,我们在研制时主动提高了目标
株洲电力机车研究所有限公司副总经理冯江华
技术创新就是企业赖以生存的支柱与持久发展的动力。
2003年,我们即着手开展永磁同步牵引系统的基础研究。
当时永磁技术在国外尚处于起步阶段,技术完全保密,对外严格封锁技术转让。
我们只能从零起步,摸着石头过河,开展了大量理论分析、仿真研究与三维虚拟设计等,经历不下百万次的地面试验,积累了数百G的硬盘数据,于2011年成功研制了我国首套轨道交通永磁同步牵引系统,并且在沈阳地铁2号线列车上成功实现装车试验,这也就是永磁系统在国内轨道交通领域的首次应用。
沈阳试验的同一年,我们接到了国家“863计划项目”开发高速动车组用600kW永磁同步牵引系统的任务。
为了早日赶上发达国家的技术水平,在接到任务后,我们内部将研制的目标提高到了690kW。
三年的坚守与付出,最终换来成功的喜悦。
牵引系统性能的优劣决定了列车的技术水准。
此次我们开发的高速动车组690kW永磁同步牵引系统使我国高速铁路拥有了世界上最先进的牵引技术,有力地提升了我国高速铁路的技术水平,再次向世界表明我国高速铁路完全具备自主创新的技术能力。
更加关键的就是,永磁驱动技术不仅在轨道交通领域引发了技术革命,而且还就是新能源汽车、超高速永磁驱动离心商用空调、风力发电等领域的核心技术,就是我们高端装备技术进步的基石。
日本欲借超导磁悬浮压制中国高铁
2015年06月23日09:
27新华社 独家|日本欲借超导磁悬浮压制中国高铁
日本铁路东海公司最近再次进行超导磁悬浮高速列车载人试验,创造了时速603公里的世界高铁最高速度,打破了该公司此前创下的590公里的世界纪录,引起媒体与国际铁路行业的高度关注。
近年来,中国与日本在国际高速铁路建设及相关设备出口市场的竞争加剧。
目前日本已经掌握了世界上行驶速度最快的超导磁悬浮高速铁路技术,并正在建设世界上首条城际超导磁悬浮高速铁路。
日本有关方面认为,这就是其她国家目前尚不具备的技术优势,一旦实现超导磁悬浮高铁技术的首次出口,就有望成为日本今后争夺国际高铁市场份额的巨大潜能。
【向美国无偿提供磁悬浮技术】
美国就是发达经济体中计划修建高速铁路里程数量最多的国家。
日本国土交通省官员认为,如果美国能够在世界上率先采用日本的超导磁悬浮高铁技术,无疑具有极佳的示范作用,有望大大地促进超导磁悬浮高铁技术的向海外输出的进程,加快实现日本政府制定的“基础设施出口战略”。
去年以来,日本动用各种人脉、组织等资源,积极向美国推销超导磁悬浮高铁,并建议美国政府计划修建的华盛顿至波士顿之间的高铁采用超导磁悬浮技术,建设美洲大陆的第一条时速超过500公里的高速铁路。
日本方面表示,这条磁悬浮高铁可分期建设,一期工程从华盛顿到巴尔的摩,二期从巴尔的摩修建到纽约,最后从纽约修建到波士顿,全长730公里。
为了让美国能够考虑引进超导磁悬浮技术,日本方面开出了非常优惠的条件:
首先,不收取技术专利费,无偿提供超导磁悬浮高铁所有的技术与运营管理方式;在建设资金方面,通过日本政府系统的“国际协力银行”提供建设总费用50%以上的低息贷款,从技术与资金两国层面来减轻美国的负担,激发建设方的兴趣。
日本首相安倍晋三也利用各种机会向美国推行超导磁悬浮高铁技术。
安倍在去年日美首脑会谈中就直接向美国总统奥巴马建议美国引进超导磁悬浮高铁技术。
安倍还邀请并亲自陪同美国驻日本大使卡洛琳·肯尼迪试乘了超导磁悬浮列车。
事后,卡洛琳还答应安倍将试乘后的舒适感觉转告给奥巴马。
为了能够打开巨大的美国高铁建设市场,日本还收购了美国马里兰州一家已经停工多年的铁路公司,将这家铁路公司改组成在美国推销超导磁悬浮高铁的据点,并邀请奥巴马的密友、前民主党参议员领袖托马斯·达施勒以及布什政府时期的国防部副部长理查德·劳利斯、美国富豪考夫曼家族等美国政界以及知名人士为顾问,游说美国政府引进超导磁悬浮高铁。
另外,日本政府与民间企业还联合成立了“海外交通与城市开发支援机构”与“国际高速铁路协会”,官民一体促进日本磁悬浮以及新干线等高铁技术与设备的出口。
【时速超500公里高铁将横空出世】
设计运行时速505公里（最高时速可达603公里）的世界第一条超导磁悬浮高速铁路2014年12月17日在东京品川与名古屋同时举行开工典礼,并正式动工兴建。
所谓的超导磁悬浮技术,就就是通过超导磁铁与轨道线圈的正负极的排斥作用,使列车悬浮在距离轨道10厘米左右的位置,实现无轮轨摩擦阻力运行的技术。
这条超导磁悬浮高速铁路北起东京品川至新大阪,工程分两期建设。
第一期工程从东京品川到日本中部城市名古屋,建设工期预计13年,计划于2027年建成通车。
第二期工程从名古屋到新大阪,计划在2045年之前建成营业。
整个工程预计耗资将超过9万亿日元（约合730亿美元）。
日本从1962年开始研究磁悬浮高速列车,1972年成功实现列车的超导悬浮行驶,1973年日本政府制定了有关建造磁悬浮高速铁路的基本计划。
截止到2007年8月,磁悬浮列车在山梨试验线上累计行驶了30万公里,试乘者超过5万,载人行使最高时速达到581公里,磁悬浮高铁技术基本成熟,可以进入实际建设利用阶段。
2014年10月,日本交通运输省批准日本铁路东海公司的开工建设。
从1962年正式开始研究超导磁悬浮高铁技术到正式动工兴建,先后经过了52年的漫长岁月。
这条磁悬浮高速铁路建成运营之后,将大大节省从东京到名古屋的时间,届时只需40分钟就可以跑完现行高铁需要1小时30分钟的路程。
【成本昂贵出海不易】
尽管日本从首相到有关方面人士都在大力推销超导磁悬浮高铁,但成效如何尚难以预料,至少目前还未出现有意向引进超导磁悬浮高铁的国家。
超导磁悬浮虽然具有高速、平稳、舒适的优势,但造价昂贵,投资额巨大,建设周期长、盈利前景不明朗等不确定因素,导致相关方面难以做出采用超导磁悬浮高铁技术的决定。
日本正在修建的从东京至名古屋的超导磁悬浮高铁,全程286公里,初步建设预算为55235亿日元,按编制预算当时的汇率计算,大约相当于550亿美元,每公里的建设费用接近2亿美元,比起平均每公里造价不到0、5亿美元的中国高铁,约高出3倍,且仅仅286公里的线路建设周期需要13年。
日本媒体认为,受建设成本昂贵、投资总额巨大等因素影响,日本的超导磁悬浮高铁出口前景不乐观。
日本铁路东海公司说,如果美国大量引进磁悬浮高铁,就能够借助量产效应就可以降低超导磁悬浮系统、轨道以及车辆的造价,有望较大幅度降低成本。
由于日本国内市场有限,出口包括超导磁悬浮高铁技术与相关设备在内的高铁技术与设备,就是日本有关方面收回研究开发投资,维持与发展超导磁悬浮高铁技术优势不可或缺的条件,也将就是振兴日本经济的重要一环。
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时速350公里高铁有了中国标准自主知识产权
2015年06月30日15:
56央视 【时速350公里高铁有了中国标准】今天,具有完全自主知识产权的时速350公里动车组下线,在中国铁道科学研究院正式展开实验工作。
350公里高铁终于有了中国标准！
下一阶段,车组还将进行试验验证与优化完善。
（央视记者郑连凯）中国首列“永磁地铁”成功实现商业化运营综合节能率达30%2016年08月12日13:
03新华社新华社长沙8月11日电（记者阳建）记者11日从中车时代电气公司获悉,在通过评审后,中国首列“永磁地铁”已在长沙地铁1号线正式投入载客运营。
这就是中国首列具备载客运营资质的自主化“永磁地铁”,开启了中国城市轨道交通的“永磁时代”,其综合节能率高达三成以上。
这列安装了中国国产永磁牵引系统的地铁列车,由长沙市轨道交通集团、中车株洲电力机车有限公司与中车时代电气公司联合研发。
2015年初“永磁地铁”总体设计方案出炉,2016年3月列车上线接受运行考核。
日前,经中国城市轨道交通协会技术装备专业委员会评审,同意其投入载客运营。
这意味着中国自主研发的永磁牵引技术首次成功在地铁上得到商业应用。
据中车时代电气技术专家介绍,与普通地铁列车相比,永磁牵引系统列车的电机更加高效、功率密度更高,综合节能达30%。
以长沙地铁为例,如果采用永磁牵引系统,每年可节省550万元电费。
另外,由于永磁牵引系统的再生效率更高,反馈回电网的能量更多,如能充分吸收利用,则综合节能效果更佳。
因具有更加高效节能、更加轻量化与更低全寿命周期成本等优点,永磁牵引系统被认为就是下一代轨道交通列车牵引系统。
此前,阿尔斯通、庞巴迪等国际巨头生产的轨道交通永磁列车已在法国、日本等国成功商业化。
随着首列自主化“永磁地铁”投入使用,中国城市轨道交通装备的国际竞争力也显著增强,将给未来城市轨道交通带来良好的经济与社会效益。
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