中国高铁节能神器：永磁牵引

中国高铁节能神器 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 能耗和控制特性 也影 响着列车的经济性 舒适性与可靠性 是节能升级的关键 世界轨道交通车辆牵引系统的第一代是直流电机牵引 系统 第二代是起步于 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 永磁牵引系统是列车的动力系统 由变流器和电机两 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 仅是跑偏 电机控温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 振动和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 株洲所一方面是纵向上深化和细化技术研 发 另一方面是横向上不断扩展永磁牵引技术的应用领域 实现全面布局和持续领先 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 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 技术创新是企业赖以生存的支柱和持久发展的动力 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 仿真研究和三维虚拟设计等 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 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 引起媒体和 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 这是其他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和运营管理方式 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 从技术和资金两国层面来 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 日本政府和民间企业还联合成立了 海外交通 与城市开发支援机构 和 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和设备的出口 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 和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 就是通过超导磁铁和轨道线 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和相关设备在内的 高铁技术和设备 是日本有关方面收回研究开发投资 维 持和发展超导磁悬浮高铁技术优势不可或缺的条件 也将 是振兴日本经济的重要一环 相关新闻 日本欲借磁悬浮压制中国高铁 无偿向美提供技术 日本在亚洲与中国抢高铁大单 日官员称纯粹为搅局 日本在亚洲与中国抢高铁大单 官员称政府没钱 中国高铁将出口德国跻身一流行列 向高品质迈步 德国将大规模进口中国高铁 称质量已今非昔比 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