Hydrail - Hydrail

Hydrail je obecný (ne kapitalizovaný) adjektivní termín popisující všechny formy kolejová vozidla, velké nebo malé, které používají palubní vodíkové palivo jako zdroj energie napájet trakční motory, nebo pomocné látky, nebo oboje. Hydrail vozidla použít chemickou energii z vodík pro pohon, buď spalováním vodíku v a vodíkový spalovací motor nebo reakcí vodíku s kyslíkem v a palivový článek běžet elektromotory. Rozšířené používání vodíku jako paliva železniční doprava je základním prvkem navrhovaného vodíkové hospodářství. Tento termín je hojně používán výzkumnými vědci a techniky z celého světa.[1][2][3][4][5][6]
Hydrail vozidla jsou obvykle hybridní vozidla s obnovitelným zdrojem zásobárna energie, jako baterie nebo super kondenzátory, pro rekuperační brzdění, zlepšení účinnosti a snížení požadovaného množství vodíku. Potenciální aplikace hydrail zahrnují všechny typy železniční doprava: dojíždějící železnice; osobní železnice; nákladní železnice; lehká příčka; železnice rychlá přeprava; důlní železnice; průmyslová železnice systémy; tramvaje; a speciální jízdy na železnici v parcích a muzeích.
Termín hydrail byl poprvé zmíněn 22. srpna 2003 v pozvané prezentaci na Volpe Transportations Systems Center amerického ministerstva dopravy v Cambridge, MA. Zde Stan Thompson, bývalý futurista a strategický plánovač v americké telekomunikační společnosti AT&T přednesl prezentaci nazvanou Mooresville Hydrail Initiative.[7] Podle autorů Stan Thompsona a Jima Bowmana se však tento termín poprvé objevil v tisku dne 17. Února 2004 International Journal of Hydrogen Energy jako cílové slovo vyhledávače, které umožní vědcům a technikům z celého světa pracujícím v oblasti vodíkové kolejnice snadněji publikovat a lokalizovat veškerou práci vytvořenou v dané disciplíně.[8]
Od roku 2005 se konají každoroční mezinárodní konference o hydrailech. Pořadatel Appalachian State University a obchodní komora Mooresville South Iredell ve spolupráci s univerzitami a dalšími subjekty mají konference za cíl sdružovat vědce, inženýry, obchodní vedoucí, průmyslové odborníky a provozovatele pracující nebo využívající technologii po celém světě za účelem urychlení nasazení technologie z důvodů ochrany životního prostředí, klimatu, energetické bezpečnosti a hospodářského rozvoje. Mezi přednášejícími na těchto konferencích byli národní a státní / provinční agentury z USA, Rakouska, Kanady, Číny, Dánska, EU, Německa, Francie, Itálie, Japonska, Koreje, Ruska, Turecka, Velké Británie a OSN (UNIDO -ICHET).[Citace je zapotřebí ] V prvních letech těchto konferencí převážně dominovaly akademické obory; do roku 2013 se však údajně zúčastnil rostoucí počet podniků a průmyslových osob.[9]
Během 2010s, jak palivové články, tak zařízení na výrobu vodíku byly přijaty několika dopravci v různých zemích, jako je Čína, Německo, Japonsko, Tchaj-wan, Spojené království a Spojené státy. Mnoho ze stejných technologií, které lze použít u hydrailových vozidel, lze použít také u jiných forem dopravy, například u silničních vozidel.[9][7]
Technologie
Vodík je běžný a snadno k nalezení živel, přičemž každá molekula voda má dva atomy vodíku pro každého kyslík atom je přítomen.[9] Vodík lze oddělit od vody několika způsoby, včetně parní reformování (obvykle zahrnuje použití fosilní paliva ) a elektrolýza (která vyžaduje velké množství elektřina a je méně běžně používaný). Jakmile je vodík izolován, může sloužit jako forma paliva.[9] Bylo navrženo, že vodík pro pohon hydrailových vozidel lze vyrábět v jednotlivých skladech údržby, které vyžadují pouze stálý přísun elektřiny a vody; poté může být čerpáno do tlakových nádrží na vozidle.[9]
Vývoj lehčích a schopnějších palivových článků zvýšil životaschopnost vozidel na vodíkový pohon. Podle kanadské společnosti Hydrogenics měl v roce 2001 jeho 25 kW palivový článek hmotnost 290 kg a účinnost v rozmezí 38 až 45 procent; do roku 2017 však vyráběli výkonnější a kompaktnější palivové články o hmotnosti 72 kg as účinností mezi 48 a 55 procenty, což je zhruba pětinásobné zvýšení hustoty výkonu.[9] Podle Rail Engineer je použití vodíkového pohonu u určitých typů vlaků, jako jsou nákladní lokomotivy nebo vysokorychlostní vlaky, méně atraktivní a náročnější než u aplikací s nízkým výkonem, jako jsou posunovací lokomotivy a více jednotek.[9] Publikace také uvádí, že tlak na snižování emisí v železničním průmyslu pravděpodobně bude hrát roli při stimulaci poptávky po absorpci hydrailu.[9]
Klíčovou technologií typického vodíkového pohonného systému je palivový článek. Toto zařízení převádí chemická energie obsažené ve vodíku za účelem výroby elektřiny, vody a tepla.[9] Jako takový by palivový článek fungoval způsobem, který je v podstatě inverzní k procesu elektrolýzy použitému k výrobě paliva; spotřeba čistého vodíku k výrobě elektřiny spíše než spotřeba elektrické energie k výrobě vodíku, i když při výměně dochází k určité úrovni energetických ztrát.[9] Účinnost přeměny elektřiny na vodík a zpět je údajně těsně pod 30 procenty, což je zhruba obdoba současných dieselových motorů, ale méně než u konvenční elektrické trakce využívající trolejové dráty nad hlavou. Elektřina vyrobená z palubního palivového článku by byla přiváděna do a motor pohánět vlak.[9] Náklady na elektrifikaci trolejového vedení se pohybují kolem 2 mil. EUR / km, takže elektrifikace není nákladově efektivním řešením pro trasy se slabým provozem a alternativou mohou být řešení pro baterie a hydraily.[10]
Železniční průmyslová publikace Železniční inženýr se domníval, že rostoucí prevalence větrné energie vedla k tomu, že některé země měly v nočních hodinách přebytek elektrické energie a že tento trend by mohl nabídnout prostředek levné a vysoce dostupné energie, s níž by mohl být vodík pohodlně vyrobené elektrolýzou.[9] Tímto způsobem se předpokládá, že výroba vodíku pomocí mimo sezonu elektřina dostupná z jednotlivých zemí elektrické sítě pravděpodobně bude jedním z nejekonomičtějších dostupných postupů. V lednu 2017 stojí vodík vyrobený elektrolýzou běžně zhruba stejně zemní plyn a téměř dvojnásobné v porovnání s naftou; na rozdíl od některého z těchto fosilních paliv však vodíkový pohon produkuje nulové emise vozidel.[9] A 2018 Evropská komise zpráva uvádí, že pokud je vodík produkován reformování parního metanu, emise z hydrailů jsou o 45% nižší než u dieselových vlaků.[10]
Podle Rail Engineer a Alstom je větrná farma o výkonu 10 MW schopná pohodlně vyrobit 2,5 tuny vodíku denně; dost na to, aby poháněl flotilu 14 vlaků iLint na vzdálenost 600 km denně.[9] Údajně od ledna 2017 celosvětová produkce vodíku roste co do množství i dostupnosti, což zvyšuje jeho přitažlivost jako paliva. Potřeba vybudovat schopnou distribuční síť pro vodík, což zase vyžaduje značné investice, bude pravděpodobně hrát roli při omezování růstu hydrailů alespoň v krátkodobém horizontu.[9]
Železniční technologie zjistila, že železniční průmysl byl historicky pomalý při přijímání nových technologií a relativně konzervativní ve výhledu; úspěšné rozsáhlé nasazení této technologie v raném věku může být rozhodující pro překonání postojů neochoty a tradicionalismu.[7] Přechod z naftového na hydrailový pohon by navíc mohl mít značné výhody. Podle výsledků studie provedené konsorciem z Hitachi Rail Europe, University of Birmingham „a Fuel Cell Systems Ltd, hydrailová vozidla v podobě přeplňovaných dieselových motorových jednotek by mohla být schopna generovat významné snížení spotřeby energie; údajně jejich model naznačil úsporu až 52 procent na internetu Norwich na Sheringham vedení přes konvenční trakci.[9]
Hydrolley
A hydrolley je termín pro a tramvaj nebo tramvaj (vozík) poháněnou technologií hydrail. Termín (pro hydrogen trolley) vznikl na Čtvrté mezinárodní konferenci o hydrailech ve španělské Valencii v roce 2008 jako cílové slovo pro vyhledávací stroj zjednodušující výzkum. Integrovaná energie odvozená z vodíku eliminuje potřebu ramen trolejového vedení a elektrifikace koleje, což výrazně snižuje náklady na konstrukci, snižuje vizuální znečištění a vyloučení nákladů na údržbu elektrifikace trati. Termín „hydrolley“ je preferován před „hydrail light rail“ nebo jinými kombinacemi, které by mohly implikovat vnější elektrifikaci.[Citace je zapotřebí ]
Bezpečnost
Vodík je hořlavý v širokém rozmezí (4% –74%) směsí se vzduchem a výbušný v 18–59%.[11]
Projekty a prototypy
- V roce 2002, první 3,6 tuny, 17 kW, těžba na vodík lokomotiva poháněn palivovými články Nuvera pro Placer Dome byl předveden v Val-d'Or, Quebec.[12]
- V dubnu 2006, první hydrail železniční vůz na světě, který byl vyvinut společností Východojaponská železniční společnost, bylo vyvinuto.[13][9]
- V říjnu 2006 Železniční technický výzkumný ústav v Japonsku provedly testy na hydrailu palivových článků, 70tunovém meziměstském vlaku poháněném palivovými články Nuvera.[14]
- V dubnu 2007 byl mini-hydrail z Taiwan National Science and Technology Museum a tchajwanská kombinace partnerství palivových článků uskutečnila svoji první vzdělávací jízdu.[15]
- V roce 2007 Železniční technický výzkumný ústav v Japonsku vyrobily dva 62 tunové osobní vozy, každý s výkonem 450 kW PEM palivový článek a 150 kW baterie.[16]
- V roce 2008 Východojaponská železniční společnost v Japonsku testoval své experimentální "NE Vlak "hybridní vlak vybavený dvěma 65 kW PEM palivové články a 19 kWh lithium-iontové baterie na krátkou dobu v oblasti Nagana.[Citace je zapotřebí ]
- V roce 2009, BNSF železnice představila svůj Projekty vozidel HH20B, a přepínač - lokomotiva poháněná vodíkovými palivovými články a vyvinutá ve spolupráci s US Army Corps of Engineers and Vehicle Projects Inc.[17] První provoz údajně provedl v roce 2010.[9]
- V roce 2010 byla v Indonésii navržena vysokorychlostní hydraulická linka o délce 357 kilometrů (222 mil).[18] Železniční spojení, které je nyní v rámci studie proveditelnosti, by spojovalo několik měst v Jáva se systémem Maglev na vodíkový pohon.[19][20]
- V roce 2011, FEVE a University of Valladolid (CIDAUT) zahájila FC Tramvaj H2 Projekt v Asturie pomocí převedené řady FABIOLOS 3400 z SNCV.[21][9] Může přepravovat až 30 cestujících s maximální rychlostí 20 km / h.
- V průběhu roku 2012 byl zahájen projekt vodíkového vlaku Dánsko zahájila své úsilí o vývoj a výrobu prvního evropského vlaku na vodíkový pohon vodík ve spalovacím motoru.[22][23]
- V roce 2012 mini-hydrail Vodíkový průkopnický vlak z University of Birmingham, v měřítku pohonná jednotka pro testování konfigurace.[24][25]
- V letech 2012 až 2014 proběhlo testování konceptu hydrail v roce Čína.[26] V listopadu 2010 Jihozápadní univerzita Jiaotong předvedli svůj první prototyp hydrail.[27]
- V průběhu roku 2012 Angloamerická platina (Amplats) v Jižní Afrika a Vehicle Projects Inc. zahájeny 5 PEMFC Trident nové éry lokomotiv na Dishaba důl s reverzibilní skladování hydridů kovů pro testování.[28][29]
- V roce 2014 německé státy Dolní Sasko, Severní Porýní-Vestfálsko, Bádensko-Württembersko a orgány veřejné dopravy v Hesensku podepsaly dopis o záměru s Přeprava Alstom pro zkoušky s 2 palivovými články Alstom Coradia vlaky do roku 2018.[30]
- V průběhu roku 2015 University of Warwick zahájil práce na lokomotivě s vodíkovým pohonem.[Citace je zapotřebí ] Ten stejný rok, tramvaj Downtown Oranjestad v Aruba vstoupil do služby; projekt Downtown Dubai Trolley Project je určen k uvedení do provozu v okolí Burj Khalifa a Dubai Mall v Dubaj.[31] V roce 2015 CSR Sifang Co Ltd. předvedla svoji první 380 tramvajovou tramvaj Čching-tao, Čína.[32]
- V průběhu září 2016 společnost Alstom představila svůj nově vyvinutý vlak iLint vyráběný v jejich továrně v Salzgitter. V listopadu 2017 objednal stát Dolního Saska místní dopravní úřad počáteční flotilu 14 iLints. Testování a schválení německým federálním železničním úřadem Eisenbahn-Bundesamt zahájena koncem roku 2016.[33]
- 2016 - CRRC TRC (Tangshan) vyvinula první komerční hybridní tramvaj s palivovými články na světě a v roce 2017 dokončila první zkušební provoz demonstrační operace průmyslového cestovního ruchu Nanhu.
- 2018 - Dvojice prototypů vlaků Ilint má vstoupit do pravidelné výnosové dopravy v oblasti Buxtehude – Bremervörde – Bremerhaven – Cuxhaven. Schleswig-Holstein hodlá do roku 2025 elektrifikovat celou svou 1100 km síť pomocí flotily 60 hydrailů iLint.[7] Od ledna 2018 se plánuje údržba všech vozidel v depu v Bremervorde, které bude prvním depem na doplňování paliva do vodíkových vlaků na světě; vodík se má vyrábět na místě pomocí místních větrných turbín.[9]
- V září 2017 společnost Alstom navrhla zkušební verzi vlaku poháněného vodíkovými palivovými články na novém Liverpool na Chester line in Anglie, jehož otevření je naplánováno na prosinec 2018. Alstom má nové zařízení v Halebank na okraji Liverpoolu sousedícího s linkou, s vodíkem dostupným z blízka Stanlowská rafinerie.[34]
- V březnu 2018 Sarawak státní vláda v Malajsie navrhl, aby Kuching Systém tramvajové dopravy bude poháněno vodíkovými palivovými články a očekává se, že bude dokončeno do roku 2024.[35] V září 2018 však hlavní ministr Sarawaku oznámil, že projekt byl pozastaven, s odvoláním na to, že finanční prostředky jsou zapotřebí jinde.[36]
- V září 2018 je v provozu uveden první komerční osobní vlak na vodíkový pohon na světě Dolní Sasko, Německo. The Alstom vyvinutý vlak používá vodíkový palivový článek, který emituje ne oxid uhličitý.[37]
- V červnu 2019 Východojaponská železniční společnost oznámila, že investuje do vývoje vlakové soupravy pro dva vozy využívající technologii vodíkových palivových článků od Toyota, v naději, že zahájí zkoušky do roku 2021 a komerčně životaschopnou technologii bude připravena do roku 2024. Toyota využívá technologii palivových článků v Mirai auta.[38]
- V listopadu 2019 byl u švýcarského výrobce objednán první vlak na vodíkové palivové články ve Spojených státech Stadler Rail pro službu v budoucnosti Šíp železniční trať mezi Redlands, Kalifornie, a San Bernardino, Kalifornie.[39]
Viz také
Reference
- ^ Graham-Rowe, D. (2008). „Proveďte pohyb“. Příroda. 454 (7208): 1036–7. doi:10.1038 / 4541036a. PMID 18756218.
- ^ Minkel, J. R. (2006). „Smashing Bad Time for the United States“. IEEE Spectrum. 43 (8): 12–13. doi:10.1109 / MSPEC.2006.1665046.
- ^ Jones, W. D. (2009). "Palivové články by mohly pohánět oživení tramvaje". IEEE Spectrum. 46 (9): 15–16. doi:10.1109 / MSPEC.2009.5210050.
- ^ Jones, W. D. (2006). "Vodík na trati". IEEE Spectrum. 43 (8): 10–13. doi:10.1109 / MSPEC.2006.1665045.
- ^ Delucchi, M. A .; Jacobson, M. Z. (2010). „Poskytování veškeré globální energie větrem, vodou a solární energií, Část II: Spolehlivost, náklady na systém a přenos a zásady“. Energetická politika. 39 (3): 1170–1190. doi:10.1016 / j.enpol.2010.11.045.
- ^ Marin, G. D .; Naterer, G. F .; Gabriel, K. (2010). „Rail transport by hydrogen vs. Electrification - Case study for Ontario, Canada, II: Energy supply and distribution“. International Journal of Hydrogen Energy. 35 (12): 6097–6107. doi:10.1016 / j.ijhydene.2010.03.095.
- ^ A b C d Šedá, Eva. „Německý stát vrazil do reflektoru hydrail na vodíkový pohon.“ railway-technology.com, 21. června 2016.
- ^ Stan Thompson a Jim Bowman (2004) „Iniciativa Mooresville Hydrail“, International Journal of Hydrogen Energy 29(4): 438, in "News and Views" (a non-peer-reviewed section)
- ^ A b C d E F G h i j k l m n Ó p q r s t „Hydrail dospívá.“ Archivováno 10.01.2018 na Wayback Machine railengineer.uk, 5. ledna 2018.
- ^ A b „Závěrečná zpráva panelu na vysoké úrovni Evropské iniciativy pro dekarbonizaci cest“ (PDF). Evropská komise. Listopadu 2018. str. 57. doi:10.2777/636. ISBN 978-92-79-96827-3.
Vlaky na vodíkové palivové články jsou také dražší než vlaky na naftu (+30%), protože jejich náklady na energii jsou v současné době vyšší a jsou méně účinné než vlaky elektrické. Jejich emise skleníkových plynů jsou však o 45% nižší než u nafty, i když se vodík vyrábí reformováním parního metanu. Těchto 58 emisí může při použití zeleného a nízkouhlíkového vodíku klesnout na téměř zanedbatelnou úroveň.
- ^ Lewis, Bernard; Guenther, von Elbe (1961). Spalování, plameny a výbuchy plynů (2. vyd.). New York: Academic Press, Inc. str. 535. ISBN 978-0124467507.
- ^ „Důlní lokomotiva poháněná palivovými články.“ Archivováno 2014-12-24 na Wayback Machine Sandia National Laboratories, 2004.
- ^ „Vývoj prvního hybridního vagónu s palivovými články na světě.“ Východojaponská železniční společnost, 11. dubna 2006. Zpřístupněno 6. února 2011.
- ^ "Japonské kolejové vozidlo s palivovými články v provozních zkouškách". Bulletin palivových článků. 2006 (12): 2–3. 2006. doi:10.1016 / S1464-2859 (06) 71254-8. ISSN 1464-2859.
- ^ „První vlak s vodíkovým palivem na světě testovaný na Tchaj-wanu.“ Lidový den, 13. dubna 2007.
- ^ Adamson, Kerry-Ann „Průzkum specializované dopravy z roku 2007.“ Červenec 2007. Archivováno 11. července 2011 v Wayback Machine (PDF). Palivový článek dnes.
- ^ „Projekty železnice a vozidel BNSF předvádějí experimentální lokomotivu se spínáním vodík-palivový článek.“ BNSF železnice, 29. června 2009.
- ^ „Hydrail: Předběžný návrh“. interstatetraveler.us.
- ^ „Studie proveditelnosti vysokorychlostního vodíkového vlaku v Indonésii“. Vodíkový deník. 13. ledna 2010. Citováno 25. března 2011.
- ^ Adamrah, Mustaqim (8. ledna 2010). „RI by mohl mít superrychlý vlak již v roce 2012“. Jakarta Post. Citováno 26. března 2011.
- ^ „Vodíková tramvaj FEVE.“ vialibre-ffe.com.
- ^ „První evropský vlak na vodíkový pohon.“ Archivováno 2014-10-29 na Wayback Machine Projekt vodíkového vlaku.
- ^ „Dánsko chce první vodíkový vlak v Evropě.“ trb.org.
- ^ Hoffrichter, Andreas; Fisher, Peter; Tutcher, Jonathan; Hillmansen, Stuart; Roberts, Clive (2014). „Hodnocení výkonu prototypu lokomotivy Hydrogen Pioneer na vodíkový pohon'". Journal of Power Sources. 250: 120–127. doi:10.1016 / j.jpowsour.2013.10.134. ISSN 0378-7753.
- ^ „První britský vodíkový vlak vezme cestující na projížďku.“ Nový vědec, Červenec 2012.
- ^ Peng, Fei; Chen, WeiRong; Liu, Zhixiang; Li, Qi; Dai, Chaohua (2014). „Systémová integrace první čínské lokomotivy s palivovými články s výměnou protonů“. International Journal of Hydrogen Energy. 39 (25): 13886–13893. doi:10.1016 / j.ijhydene.2014.01.166. ISSN 0360-3199.
- ^ „Čína představuje první lehký vlak s palivovými články s novou energií.“ Lidový den, 29. listopadu 2010.
- ^ „Amplaty testující lokomotivu poháněnou palivovými články v dole Rustenburg.“ engineeringnews.co.za, 9. května 2012
- ^ „Partnerství na výrobě pěti lokomotiv s důlními články na palivové články.“ fuelcelltoday.com, Únor 2012.
- ^ „Společnost Alstom vyvinula v Německu nový bezemisní vlak pro cestující.“ Alstom “, září 2014.
- ^ "Dubajský tramvaj" applrguk.co.uk.
- ^ „Budoucnost poháněná motorem začíná v tramvajích, ne v automobilech.“ Bloomberg, 25. března 2015.
- ^ Panenka, Von Nikolaus. „Erster Wasserstoff-Zug der Welt fährt v Deutschlandu.“ welt.de, 20. září 2016.
- ^ https://www.theengineer.co.uk/alstom-liverpool-hydrogen-train-trials/
- ^ „Sarawakův LRT k použití vlaků na vodíkové palivové články“. Hvězda. 30. března 2018. Citováno 24. června 2018.
- ^ Sulok Tawie (1. září 2018). „Prozatím není LRT pro Sarawak, potvrzuje CM“. Malajská pošta. Citováno 10. června 2019.
- ^ „Vlak na vodíkové palivové články do provozu“. Svět NHK - Japonsko. 16. září 2018. Archivovány od originál dne 18. září 2018. Citováno 18. září 2018.
- ^ „JR East vyzkouší vícejednotkovou jednotku palivových článků poháněných Toyota“. Železniční věstník. 7. června 2019. Citováno 10. června 2019.
- ^ „Stadler dodá vlak s vodíkovým pohonem do SBCTA“. Železniční věk. 15. listopadu 2019. Citováno 24. listopadu 2019.
externí odkazy
- Projekt EU 6. rámcového programu HyRail
- Hydrail.org Appalachian State University