200多年來，柴油和蒸汽動(dòng)力火車一直在世界各地運(yùn)送乘客和貨物——同時(shí)向大氣排放溫室氣體。為了實(shí)現(xiàn)更綠色的未來，許多國家和公司都在關(guān)注更多可再生的運(yùn)動(dòng)來源。總部位于匹茲堡的Wabtec公司最近推出了一種電池電動(dòng)混合動(dòng)力列車，他們說這種列車可以“每列列車兩位數(shù)”減少排放。更雄心勃勃的是，一些人正在開發(fā)氫動(dòng)力火車，它不會(huì)排放溫室氣體，只會(huì)產(chǎn)生水蒸氣和水滴。

該技術(shù)有可能幫助各國實(shí)現(xiàn)溫室氣體減排目標(biāo)并減緩氣候變化的進(jìn)程。但是，用氫氣發(fā)電也有其自身的挑戰(zhàn)。例如，燃料電池需要額外的重型轉(zhuǎn)換器來管理其寬電壓范圍。這些笨重的轉(zhuǎn)換器的重量最終會(huì)縮小列車的航程。

在最近的一項(xiàng)進(jìn)展中，英國的研究人員設(shè)計(jì)了一種新的轉(zhuǎn)換器，它比最先進(jìn)的氫電池轉(zhuǎn)換器更輕、更緊湊。他們描述了8月25日發(fā)表在IEEE工業(yè)電子學(xué)報(bào)上的研究中的新設(shè)計(jì)。

伯明翰大學(xué)教授PietroTricoli參與了這項(xiàng)研究。他指出，需要更輕的轉(zhuǎn)換器來幫助最大限度地?cái)U(kuò)大氫動(dòng)力火車的行駛里程。因此，他的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了更新、更輕的轉(zhuǎn)換器，他們?cè)谡撐闹袑⑵涿枋鰹椤伴_創(chuàng)性的”。

它使用半導(dǎo)體器件以受控方式從燃料電池中汲取能量并將其輸送到火車的電機(jī)。他們的轉(zhuǎn)換器直接管理燃料電池中的任何電壓變化，而不會(huì)影響電機(jī)電流。傳統(tǒng)系統(tǒng)需要兩個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。通過將電力轉(zhuǎn)換為交流電，火車的電機(jī)可以從再生制動(dòng)中受益，從而在火車減速時(shí)收集和回收能量。

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研究人員首先通過模擬測(cè)試了他們的設(shè)計(jì)，然后通過代表火車牽引系統(tǒng)的小型實(shí)驗(yàn)室原型對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果證實(shí)，新轉(zhuǎn)換器可以促進(jìn)理想的速度和加速度，并實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)。

左：新型氫電池轉(zhuǎn)換器的原型。右圖：用于轉(zhuǎn)換器核心的模塊

與最先進(jìn)的[氫燃料電池轉(zhuǎn)換器]相比，轉(zhuǎn)換器的主要優(yōu)勢(shì)是體積和重量的減少。主要的缺點(diǎn)是新的轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)需要更多的半導(dǎo)體器件，以及更復(fù)雜的電路和監(jiān)控系統(tǒng)。

Tricoli說，在優(yōu)化系統(tǒng)方面還有很多工作要做，最終要實(shí)現(xiàn)全尺寸原型。目前的計(jì)劃是與火車制造商和牽引設(shè)備制造商合作，為氫氣火車建造第二個(gè)[原型]。

去年春天標(biāo)志著一個(gè)激動(dòng)人心的里程碑，在538天的試驗(yàn)期結(jié)束后，兩輛氫動(dòng)力列車在德國成功運(yùn)送了180,000公里的乘客，同時(shí)車輛零排放。

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隨著諸如上述氫技術(shù)的更多進(jìn)步，更高效的氫動(dòng)力列車成為可能。