零排放轻轨的必然性

轻轨交通系统是可持续城市流动的基石,它提供了高容量、可靠性和比私人汽车更低的人均排放。 然而,大多数现有轻轨交通网络的环境足迹仍然与当地电网的碳密度有关。 当电力来自化石燃料来源时,这些系统间接地助长了温室气体排放和当地空气污染。 真正零排放的轻轨交通需要完全与化石燃料脱钩——这一行动不仅加快了气候目标,而且改善了城市空气质量,减少了噪音污染,提高了公共卫生成果。 随着世界城市致力于净零目标,轻轨交通向零排放业务过渡已成为技术和政策优先事项。

零排放轻轨技术途径

可再生能源的固化和网格脱碳

零排放长效电力最直接的路线是给火车提供100%可再生电源。过境机构可以通过太阳能、风能或水力发电机的电力购买协议购买可再生能源。现场发电 — — 如仓库屋顶、汽车港或车站的屋顶太阳能阵列 — — 能够覆盖一部分牵引和辅助负荷。一些机构还投资专门建造场外可再生能源农场或购买捆绑的可再生能源证书。 随着区域电网脱碳,购买的电力的排放量强度降低,使得现有的电源长效电力系统更容易声称零排放状态。然而,真正的零排放作业需要将可再生能源发电与近实时消费相匹配,从而导致需要储存能源和智能电网一体化。

机载能源储存:电池和超电容器

电池电轻铁路车辆(LRVs)取消了对部分电网持续顶部蓄电池基础设施的需求. 现代锂离子电池包可以提供足够运行几个小时的充电范围,在终端或通过短顶部充电的热潮进行充电. 例如, CAF Urbos 电池电车和Siemens Avenio电池变体在塞维利亚和海德堡等城市显示出可靠的服务. Ultrapocables (超电器)为快速充电/放电周期提供了高的电密度,最理想的是在30秒内快速顶点频繁停电的站点停电. 组合电池-超电器系统平衡了能量能力和供电,使完全无电的操作能够与再生能源回收一起进行。

氢燃料电池混合系统

而在更长时间的路线或网络中,储油设备价格昂贵,氢燃料电池LRV是一种令人信服的零排放替代物。 这些车辆将机载氢与空气中的氧气相结合发电,只排放水汽。 燃料电池系统与小型电池缓冲器配对,以满足峰值电源需求。 Alstom的Coradia iLint 列车(在区域铁路上 ) 以及欧洲和中国的几座轻轨原型车都证明了客运技术是可行的。 在氢生产(使用可再生能源进行电解产生的绿色氢 ) 、 储存和加油基础设施方面,挑战依然存在。 随着绿色氢成本的下降和生产规模,燃料电池LRT将越来越具有非电气化走廊的成本竞争力。

可再生的刹车和能源回收

几乎所有现代的LRV都包含再生制动,在减速时将动能转化为电能,并反馈到电源或机载存储中。在供餐系统,再生的能量可以被在同一段加速运行的其他列车使用,也可以被送回电网。在机载存储中,回收的能量可以存储并再用于辅助负荷或下一个加速周期。优化再生制动算法,并整合路边能源储存(如飞轮,分站的电池库),可以进一步在20–35% 前[FLT]]提高能效,从而减少实现零排放所需的总可再生发电量。

基础设施和业务优化

能源-有效站点设计

火车之外,车站是照明、自动扶梯、高压电路和信息显示的主要消费者。 零排放长效电路系统必须将其任务扩大到车站能源使用。 战略包括安装站台顶棚和屋顶的光电阵列、使用LED照明进行日光采光、部署高效的热泵进行气候控制以及采用自然通风。 智能建筑管理系统可以安排重能负荷与高可再生能源或低电价的时期同步运行。 此外,绿色屋顶和植被墙可以温和车站微升,进一步减少高压电路。

智能交通管理和生态驾驶

运行软件可以在不牺牲服务质量的情况下大幅降低能源消耗. Eco-driving 算法优化加速和海岸配置,在保持进度守恒的同时将牵引能量使用降至最低. 实时列车对路通信可以使信号优先接近列车,减少不必要的刹车和加速. 结合先进的司机咨询系统(DAS)或完全自动化的列车运行(ATO),这些措施可以将能源消耗削减15–25%. 相同的智能系统可以监控可再生发电预测并调整服务模式(如降低峰值电量抽),以最大限度地扩大所使用的可再生能源的份额.

克服执行障碍

资本费用和筹资

零排放过渡所需的前期投资 — — 无论是改造现有车队、建造可再生发电系统还是增加储存 — — 都是一个重大障碍。 电池-电力LRV比常规的家畜型车辆成本高出20-30%;氢燃料电池车辆目前甚至更为昂贵。 然而,所有权分析的总成本往往显示能源成本降低、维修(电动驱动器中的脚步部分)和避免碳税的长期节省。 过境机构可以借助联邦或州赠款、绿色债券、公私伙伴关系(PPP)和碳抵消收入。 欧盟的绿色协议和美国的基础设施投资和就业法案已经为清洁的过境指定了大量资金,现在为投资提供了有利的时间。

技术整合和标准

将机载存储、充电基础设施和可再生系统纳入现有的长程电路网需要认真进行工程建设,互操作的快速充电连接器、电压水平和通信协议的标准仍在出现,例如,Oppaire (机会充电的开放接口)标准已获得电池电动客车的牵引力,目前正在为轻轨改造,氢气加油站需要安全、高压的储存和配电系统,必须遵守过境安全条例,此外,电网连接可能需要升级,以便处理再生制动或现场发电的双向电流,早期与设备供应商和公用事业的接触是减少集电风险的关键。

案例研究:先行式零排放长期审评系统

几个城市已经部署或宣布了近零或零排放轻轨作业:

  • 荷兰丹哈格:[ HTM有轨电车网络自2023年起由荷兰100%的风能[驱动,有效使其整个有轨电车车队在排放基础上运行零排放.
  • 西班牙塞维尔: 地铁Centro有轨电车线路使用CAF Urbos 3 电池有轨电车,每站通过快充电站充电,通过历史城市中心运行无闸机.
  • Hasselt-Maastricht(比利时-荷兰跨境电车): 计划线路将使用通过终端的上充电点充电的电池-电LRV,能量来自岸上风和太阳公园的组合.
  • 中国广州: 广州经济技术开发区THT(Translohr)电车系统使用地面电源,并用在附近太阳能农场[供养,电车抵消了100%的牵引能量需求.

可持续未来政策和合作

任何单一的利益攸关方都不得单独推动过渡。 [ 国家和市政府必须制定明确的过境减排目标,提供一致的资金,并简化允许可再生和充电基础设施的手续。 过境机构[应进行详细的能源审计,在非关键线上试行新兴技术,并通过国际公共交通协会等行业组织分享学习。 制造商 需要继续降低电池、燃料电池和设备的收费成本,同时提高可靠性和寿命。 电力公司必须就电网升级、激励离峰充电的利用时间关税以及分配能源的整合进行合作。 最后,公众参与确保更清洁的空气和较安静的邻里的利益得到沟通,为前期投资提供支持。

前进的道路

零排放轻轨过境已不再是一个遥远的愿望,而是今天在开拓城市中正在实现的一个可实现的目标。 可再生能源成本下降、电池和氢技术成熟以及强有力的政策驱动力的交汇为转型创造了一个历史性窗口。 尽管围绕资本成本、基础设施一体化和标准化的挑战依然存在,但通过分阶段实施、创新融资和跨部门合作,它们是可以克服的。 随着城市人口的增长和可持续流动性的需求变得更加迫切,曾经依赖化石重力的电网的轻轨系统可以成为清洁、高效和有弹性的公共交通的展示。 向零排放长效输液管过渡是建设未来低碳城市的关键一步。