随着全球能源结构的转型和低碳经济的发展,氢能源的应用受到广泛关注。

中国是全球最大的氢气生产与消费国,至2024年底,全国建成加氢站超540座。

氢能源在交通行业特别是汽车行业的布局已经开始,在轨道交通行业的应用近年来逐渐成为研究和实践的热点,特别是在实现“碳达峰、碳中和”目标

的大背景下,氢能源在轨道交通行业中的应用正在开启。

氢能源是一种理想替代能源,中国在氢能源轨道交通方面已经取得了全球领先的一些示范成果,氢能有轨电车、氢能源电池机车先后下线并投入应用。其中氢燃料电池机车是目前最具代表性的应用方向,适合非电气化铁路线路、城市轨道交通和支线铁路。

氢燃料电池仅排放水,完美契合“双碳”目标,相比纯电池列车氢能补能快、续航更长(可达600公里以上),这让氢能源在轨道交通中的应用具美好的前景,尤其是在追求碳中和和绿色交通的大背景下。

但是,氢能源在轨道交通的应用目前仍面临诸多瓶颈和挑战。


氢能源生产成本居高不下

目前中国80%以上是“灰氢”(化石燃料制取),真正绿色的绿氢(电解水制氢)占比不足5%。

绿氢成本高达30-50元/公斤,是灰氢的3倍,远高于柴油或电力。

绿氢产量有限,成本高,制约了大规模推广。可再生能源制氢的效率和经济性仍不理想。制氢站布局稀缺,无法满足轨道交通高频率、高能耗的运营需求。


氢存储与运输困难

氢气的体积能量密度低,需要高压(350–700 bar)或液化(-253°C)方式存储,技术复杂、成本高。

铁路系统需要大量氢气,存储设备笨重,车载空间和安全性成为问题。

氢气运输需要专用罐车、管道或冷链系统,尤其对于偏远地区铁路线,物流成本更高。


燃料电池技术尚不成熟

燃料电池寿命仅1-2万小时,不及传统动力系统一半。燃料电池系统在长时间高负荷运行条件下寿命有限,维护频繁。

与传统内燃机或电力机车相比,燃料电池可靠性仍需提升。当前燃料电池功率密度不足以支撑高速列车或重载货运列车的需求,主要适用于支线、小运量线路。

配套基础设施建设滞后缺乏统一的氢能轨道交通标准和技术路线。

各地项目多为试点示范,缺乏大规模商业化经验。

加氢站选址、安全距离、审批流程复杂,限制了其在城市或铁路沿线的快速布局。


安全性与公众接受度

氢气易燃易爆,安全风险高,尽管现代氢储运技术已有进展,但公众和运营方对其安全性仍存顾虑。

在城市地铁、隧道等封闭环境中,氢气的使用面临严格安全监管。


商业模式未成熟

总体投资成本高,车辆、氢气供应系统、加氢站等初期投入远高于电力或柴油系统。

回报周期长、投资回报率不明确,难以吸引商业资本参与。

政府补贴、碳交易机制尚不完善,导致运营单位缺乏动力推广。


氢能源在轨道交通应用的核心瓶颈在于氢气的可获取性、成本、安全性和配套基础设施。未来伴随着制氢技术与储运成本的下降、燃料电池系统的性能提升、国家政策与标准的完善、大规模示范项目积累经验,氢能源在轨道交通的应用将达到新的层面。


来源:国家高速列车技术创新中心