真空高铁专题分析报告.docx

1、真空高铁专题分析报告(此文档为word格式，可任意修改编辑！）正文目录聚焦国内：“海底真空高铁”概念引发广泛热议 4一场技术讨论将“海底真空高铁”概念带入公众视线 4关键技术：水下桥隧技术、磁悬浮技术、真空技术 7核心优势：更快速、更安全、更环保、低能耗 9优势之一：更快速 9优势之二：更安全 11优势之三：更环保 12优势之四：低能耗 12前路漫漫尚待求索，“海底真空高铁”仍面临诸多挑战 13放眼海外：Hyperloop，“钢铁侠”倡导下的“黑科技” 14Hyperloop概念的提出：马克隆的奇思妙想 14Hyperloop的设计与特点 17座舱 17管道 19推进系统 21供能方式 22安

2、全性 23低成本 23图表目录图表1：Hyperloop Alpha设计草案 4图表2：西南交通大学真空管道交通相关研究进展回顾 5图表3：西南交通大学真空管道磁悬浮实验场景 5图表4：“海底真空高铁”概念图 6图表5：“海底真空高铁”概念图 6图表6：“海底真空高铁”构想的驱动技术示意图 7图表7：“海底真空高铁”构想的磁悬浮技术示意图 8图表8：“海底真空高铁”构想真空形成示意图 8图表9：“海底真空高铁”构想的充气过程示意图 9图表10：“海底真空高铁”构想的巡航示意图 10图表11：多种交通工具与“海底真空高铁”构想的特征对比 10图表12：“海底真空高铁”构想下的渤海地区交通运输格局

3、 11图表13：“海底真空高铁”构想下的东亚地区交通运输格局 11图表14：“海底真空高铁”构想下的安全性示意图 12图表15：“海底真空高铁”构想下的成本对比 13图表16：Hyperloop假想的洛杉矶和旧金山路线图 14图表17：不同交通工具单乘客能耗比较 15图表18：Hyperloop原理推论 16图表19：世界最快20条高铁 16图表20：“乘客胶囊” 17图表21：座舱概念设计 18图表22：流线性设计 18图表23：座舱进站开启概念图 19图表24：车体运行时座舱概念图 19图表25：Hyperloop管道设计 20图表26：承重模拟 21图表27：Hyperloop通往洛杉矶

4、的时速表 22图表28：直线电机 22图表29：Hyperloop供能方式 23图表30：Hyperloop Cargo概念图 24图表31：Hyperloop成本估计 24聚焦国内：“海底真空高铁”概念引发广泛热议一场技术讨论将“海底真空高铁”概念带入公众视线 世界各国科学家发展真空管道运输的设想由来已久。早在1904年美国学者罗伯特戴维就已经提出“真空管道运输”的设想。20世纪80年代，美国机械工程师达里尔奥斯特开始思考“真空管道运输”的可行性，并于1999年为这一概念申请了专利。20世纪末，时任中国科学院院长的路甬祥院士就提出了建设中国悬浮隧道阿基米德桥的构想。2004年西南交大沈志云院

5、士在关于真空管道超高速交通的思考中提出设想，将我国真空管道超高速交通的发展战略和技术方案发展战略定位于每小时6001000公里超高速地面交通。2010年奥斯特成立了致力于开发真空运输项目的公司ET3。2013年，现实版“钢铁侠”马斯克丰富了“真空运输”这一概念，提出了“超级高铁”的理念，在SpaceX网站上发布了题为Hyperloop Alpha的白皮书，并将超级高铁称作未来的“第五种交通出行方式”。图表1：Hyperloop Alpha设计草案 十余年来西南交通大学对真空管道交通系统进行了持续的研究。2016年1月，由西南交大超导与新能源研究开发中心赵勇教授率领的研发团队对“第二代高速真空管

6、道高温超导侧浮系统”的工程原型进行了第一阶段测试，团队不仅成功将管道真空的极限压强降到了1335帕（正常大气压力的1.3%），还测试出常压下磁浮实验车最高平均速度达到了每小时82.5km。截止到2016年5月，这一系统的实验进展良好，常压下最高平均时速已经提升到100km左右，随着真空技术的改进，速度将得到大幅提升，赵勇教授表示远景设想中这样的列车时速将达6001000km，足以取代飞机。图表2：西南交通大学真空管道交通相关研究进展回顾图表3：西南交通大学真空管道磁悬浮实验场景 “跨海旅游真空巴士”构想的技术研讨再次引发了对“真空高铁”的关注。据多家媒体报道，22日，跨海旅游真空巴士技术研讨会

7、正式在舟山来开帷幕。中国工程院院士顾国彪、中国科学院院士孙钧、中国工程院院士乐嘉陵和众多专家来到舟山普陀就建设世界首条海底真空悬浮隧道这一构想进行了技术研讨。海底真空旅游飞行巴士，也即跨海悬浮隧道真空列车，采用水下桥隧技术，依靠浮力支撑隧道约90%重量，采用真空管道及磁悬浮列车技术，可减少管道内90%的空气阻力，大幅提高列车运行速度，大幅减少空气噪声。理论上，真空管列车的运行速度可以达到2000km/h，但实际实现起来面临着诸多目前难以逾越的困难。因此，会议期间专家提出可先期分别建设时速600多公里超高速和时速80公里的中高速列车，作为试验线进行探索。图表4：“海底真空高铁”概念图图表5：“海

8、底真空高铁”概念图关键技术：水下桥隧技术、磁悬浮技术、真空技术 真空管道运输技术的原理，是在地面或地下建一个密闭的管道，用真空泵抽成真空或部分真空后运行车辆（不一定是磁浮列车），由于行车阻力大大减小，可有效降低能耗，同时气动噪声也可大大降低，符合环保要求。 真空管道交通主要包含三项关键技术：水下桥隧技术、磁悬浮技术和真空技术。在目前我国桥隧技术水平下，完成海底隧道的建设工程并无过大难点。如果不是采用建在海底下面的岩石层里的“海底隧道”，而是选择在海底的海水里“悬浮”，事先在陆地预制完成，然后再沉管安装到海底（海水里），每公里管道有若干根“桥墩”支撑，则无需大规模海底施工作业，建设难度以及破坏程

9、度远小于掘进到海底岩石层，建设成本也会降低。 同时，我国磁悬浮技术也拥有了世界水平的研发能力。对于真空技术，在目前的技术条件下并不需要将隧道中实现完全真空，只要保证部分真空下时速达到600km/h，仍然比高铁具明显的速度优势。 在“跨海旅游真空巴士”的构想中，车辆计划设计制造I型和II型车，其中I型车以轮轨列车为主，II型车主要是磁悬浮列车，可乘坐5060人或10吨货物，采用阶段式驱动方案，在起点及终点的驱动段采用高速磁悬浮的长定子电机驱动技术，实现高效大功率额驱动力用于加减速，该方案的实施将大大降低建设及运行成本。图表6：“海底真空高铁”构想的驱动技术示意图图表7：“海底真空高铁”构想的磁悬

10、浮技术示意图 在构想的运行方式上，首先需要在水下3050米建成的密闭管道被抽成真空，乘客或载重货物进入胶囊状车辆后，在管道中运行。出发前，车厢被送入“隔离舱”，密封起来抽成真空，然后将车厢从“隔离舱”送入真空管道。出发后，列车在海水里的管道中穿行。当列车抵达目的地后，车厢被送入“隔离舱”进行充气。充气完成后，隔离舱的密封圈打开，乘客就可有秩序地下车。图表8：“海底真空高铁”构想真空形成示意图图表9：“海底真空高铁”构想的充气过程示意图核心优势：更快速、更安全、更环保、低能耗优势之一：更快速 由于采用真空磁悬浮技术，运行过程中无机械摩擦阻力，速度可超过1000 km/h，理想时速能达到1200

11、km/h。该技术如果取得突破进展，有望改变人类出行方式及交通理念，或成为人类交通史上的重要变革。例如我国环渤海地区大连到烟台直线距离仅有100多公里，但受海域阻隔船运需要6个小时左右才能抵达，如果绕行渤海湾长达1000多公里，耗费10个小时以上，空运受天气和运输量限制较多。如果未来“海底真空高铁”构想未来能够走向应用，贯通辽东半岛和山东半岛后以理论时速类推从大连到烟台仅需12分钟，环渤海高铁将真正实现闭环，与京津冀一体化融为一体，对中国北部、东北亚经济会有显著促进和提高的作用。与之类似的沿海地区，大连到天津仅需27分钟，福州到台北仅需13分钟，厦门到高雄仅需20分钟，上海至北京仅需30分钟，而

12、上海到日本东京全程1850公里，也只需2小时。图表10：“海底真空高铁”构想的巡航示意图图表11：多种交通工具与“海底真空高铁”构想的特征对比图表12：“海底真空高铁”构想下的渤海地区交通运输格局图表13：“海底真空高铁”构想下的东亚地区交通运输格局优势之二：更安全 相对于轮船、水面桥梁或者是地下盾构隧道，采用悬浮隧道技术能够最好地实现对天气免疫，由于乘客和货物是在密闭常压的胶囊状车厢中，而胶囊又是在30米以上深度的海底管道中运行，因此可以抵御各类海况及天气影响，受台风及地震影响更为间接，实现全天候的安全行驶。优势之三：更环保 由于所有管道均在地面预制完成，无需大规模海底施工作业，不会对海底及

13、周围环境产生破坏，也降低了施工和运行产生的噪音影响，在减少能耗、降低噪音的前提下更加符合绿色出行的概念。优势之四：低能耗 在真空环境下运行，空气阻力极小，与高铁同等速度下可节省70%的能源消耗。研究表明，在1%大气压下，维持真空一年所需成本消耗相当于常压下4天的能耗，总运行成本有望为高铁的十分之一。图表14：“海底真空高铁”构想下的安全性示意图图表15：“海底真空高铁”构想下的成本对比前路漫漫尚待求索，“海底真空高铁”仍面临诸多挑战 现有技术尚不成熟和建设成本过高是“海底真空高铁”构想无法实现的最大障碍。1922年德国工程师赫尔曼肯培尔在提出磁浮列车概念时，同时也提出了真空管道的设想，至今磁浮

14、列车虽做了大量研究，却一直未能真正进入运输市场。“海底真空高铁”构想同磁浮列车一样，技术不成熟、成本过高，与其他运输方式不兼容等问题仍然突出，其高成本还远远不止于造价，虽然在未来远景构想中“海底真空高铁”具有低能耗优势，但在目前技术水平下，要维持极低压的管道本身反而需要持续的高能耗投入，再加上真空管道和特殊的上下客站台，其高昂的造价和维护成本，将使任何商业投资望而却步。 虽然目前不具备商业价值，但真空管道技术仍然具有科研价值。轨道交通专家、西南交大教授沈志云院士认为真空管道技术的实现并不容易，但该技术有一定科研价值和发展前景。 真空管道列车只是“现阶段”没有商业价值而已，其根本问题在于建设和维

15、持系统处于工作状态的能耗惊人，随着能源的不断发展，该技术或将具备商业化的可能。考虑到几十年后的近未来，人类将可能在月面甚至火星上建设前哨站乃至于大型基地，无论是月面还是火星表面，气压相比地球上都几乎可以忽略，开发一种高效率高运力的磁悬浮交通系统显然也是相当必要的。 作为一种大胆的技术构想，“海底真空高铁”对于人类探索下一代交通运输技术有着积极的作用，为轨交技术的远景发展提供了一种思路，但对于当今以高铁为代表的轨道交通成熟技术体系来说，“海底真空高铁”这一概念并不会构成实际的影响。放眼海外：Hyperloop，“钢铁侠”倡导下的“黑科技”Hyperloop概念的提出：马克隆的奇思妙想 当我们说到“真空高铁”这一概念时，大家一定会想起依托“钢铁侠”Elon Musk创意而生的初创企业：Hyperloop One。2013年8月12日，为表达对“造价位居世界前列、速度却排在倒数位置”的加州高铁项目获批的失望，马斯克提出一种连接洛杉矶地区和旧金山湾区的一种名为“Hyperloop”的新型交通概念。 Hyperloop假想的亚音速浮空列车系统建议一个局部真空的管度系统承载胶囊型列车，以大大降低空气阻力。路线由西尔马（洛杉矶北部的一个区）起，连接到海沃德（旧金山以东）。乘客理论