Gần đây, Cục Đường sắt Quốc gia đã tổ chức biên soạn "Quy định hành chính về cải tạo hệ thống nguồn điện cho đầu máy diesel đường sắt cũ" (sau đây gọi tắt là "Quy định") và hiện đang lấy ý kiến công chúng về dự thảo.
Điều 3 của Quy định nêu rõ rằng việc cải tạo hệ thống nguồn điện cho đầu máy diesel đường sắt cũ liên quan đến việc thay thế hệ thống nguồn điện dựa trên nhiên liệu hóa thạch của đầu máy diesel đường sắt cũ bằng các hệ thống nguồn điện như "hệ thống động cơ diesel + pin điện", "hệ thống pin điện" và "hệ thống pin nhiên liệu hydro + pin điện", có hiệu suất năng lượng và mức độ phát thải vượt trội.
Với việc ban hành Quy định này, hệ thống đường sắt cuối cùng cũng đã bắt đầu chuyển đổi sang ứng dụng năng lượng hydro, theo bước đi của các lĩnh vực đường bộ, hàng không tầm thấp và đường thủy! Mảnh ghép quan trọng của hệ thống vận tải năng lượng hydro đã được hoàn thiện, và sự chuyển đổi toàn diện sang thay thế bằng năng lượng hydro đang trở thành xu hướng tất yếu.
Sự tất yếu của việc ứng dụng năng lượng hydro trong đường sắt
1. Lựa chọn tất yếu cho đổi mới năng lượng carbon thấp/carbon không
Đầu máy diesel cũ phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch để tạo động lực, đóng góp hơn 70% tổng lượng phát thải carbon của toàn hệ thống đường sắt. Đầu máy chạy bằng năng lượng hydro, được thúc đẩy bởi điện năng tạo ra từ pin nhiên liệu, chỉ tạo ra nước làm sản phẩm phụ và phát thải. Khi kết hợp với hydro xanh (được sản xuất thông qua điện phân nước bằng năng lượng tái tạo), chúng có thể đạt được "hoạt động carbon không" trong suốt vòng đời của mình. Tàu điện chạy bằng pin nhiên liệu hydro Mireo Plus H, đã được Tập đoàn Đường sắt Đức (DB) vận hành, có tầm hoạt động vượt quá 1.000 km và giảm phát thải hơn 90% so với đầu máy diesel, cung cấp tham khảo cho vận tải hàng hóa nặng và cải tạo điện khí hóa tuyến đường sắt xa xôi của Trung Quốc.
2. Phá vỡ giới hạn địa lý trong cung cấp năng lượng đường sắt
Việc điện khí hóa đường sắt đòi hỏi phải lắp đặt hệ thống tiếp xúc điện trên không. Với lãnh thổ rộng lớn và môi trường địa lý phức tạp của Trung Quốc, bao gồm các vùng núi, sa mạc và sa mạc Gobi, việc xây dựng hệ thống đường dây tiếp điện đường sắt đặt ra những thách thức lớn. Đầu máy chạy bằng hydro có thể được cung cấp năng lượng từ các bình chứa hydro trên tàu, loại bỏ sự phụ thuộc vào lưới điện cố định. Điều này làm cho chúng có khả năng thích ứng cao với các khu vực ở tây bắc và tây nam Trung Quốc, nơi có nhiều năng lượng tái tạo nhưng lưới điện yếu. Bằng cách sử dụng năng lượng tái tạo được sản xuất tại địa phương để sản xuất hydro, có thể đạt được một hệ thống vòng kín "sản xuất hydro tại địa phương - tiêu thụ hydro của đầu máy", giảm chi phí liên quan đến việc truyền tải điện đường dài.
Ưu điểm cốt lõi của đầu máy chạy bằng hydro
Đầu máy chạy bằng hydro có ba ưu điểm lớn: tầm hoạt động và khả năng chở hàng mạnh mẽ, khả năng thích ứng với môi trường cao và hiệu quả bổ sung năng lượng cao.
Tầm hoạt động và khả năng chở hàng mạnh mẽ: Pin nhiên liệu hydro có mật độ năng lượng 3-5kWh/kg và hiệu suất năng lượng tổng thể cao. Năng lượng hydro cùng thể tích có thể cung cấp cho đầu máy nguồn điện kéo dài hơn và công suất cao hơn, tăng cường tầm hoạt động và khả năng chở hàng của chúng, làm cho chúng phù hợp cho vận tải hàng hóa đường dài.
Khả năng thích ứng với môi trường cao: Thiết kế của pin nhiên liệu hydro kết hợp với bình chứa hydro cách nhiệt cho phép hệ thống điện của đầu máy hoạt động trong nhiều điều kiện khác nhau, thích ứng với các điều kiện khí hậu và môi trường địa lý bên ngoài khác nhau.
Hiệu quả bổ sung năng lượng cao: Đầu máy chạy bằng hydro có thời gian tiếp nhiên liệu ngắn, có thể được hoàn thành trong vài phút. So với vài giờ cần thiết để sạc, điều này phù hợp hơn với nhu cầu "công suất lớn và tốc độ cao" của các tuyến đường sắt chính.
Nâng cao hiệu quả kinh tế của các trạm tiếp nhiên liệu hydro
Việc nâng cấp đầu máy chạy bằng hydro có thể thúc đẩy những thay đổi sâu sắc trong hệ thống công nghiệp năng lượng hydro hiện có. Sự chắc chắn của các tuyến đường sắt và sự ổn định của tiêu thụ hydro là những lợi thế không có trong các kịch bản khác, cho phép lập kế hoạch và xây dựng thống nhất. Việc chia sẻ các trạm tiếp nhiên liệu hydro với các phương tiện chạy bằng pin nhiên liệu hydro và các hệ thống giao thông đường sắt chạy bằng hydro có thể đạt được “hoạt động mạng lưới hydro đồng bộ”, mở rộng quy mô thị trường ứng dụng và giảm chi phí xây dựng cơ sở hạ tầng. Điều này sẽ nâng cao hơn nữa hiệu quả kinh tế của việc xây dựng và vận hành trạm tiếp nhiên liệu hydro, giúp các trạm tiếp nhiên liệu hydro có được không gian phát triển lớn hơn trên thị trường năng lượng.
Giá trị kép của “cách mạng giao thông + an ninh năng lượng”
1. Giảm carbon và nâng cao chất lượng, tối ưu hóa sử dụng năng lượng
Việc ứng dụng các hệ thống năng lượng hydro sẽ dần dần giảm sự phụ thuộc của hệ thống đường sắt vào nhiên liệu hóa thạch, đánh dấu sự chuyển đổi trong cơ cấu năng lượng của đầu máy đường sắt. Với sự phát triển của các công nghệ ứng dụng hydro và công nghệ điện, đầu máy đường sắt chạy bằng hydro sẽ bổ sung cho các ứng dụng tiêu thụ cuối cùng của năng lượng hydro trong lĩnh vực giao thông, thúc đẩy một cuộc cách mạng năng lượng giao thông quốc gia rộng lớn hơn.
2. Tái định hình bức tranh vận chuyển năng lượng
Đầu máy chạy bằng hydro có thể chuyển đổi “Truyền tải điện Tây - Đông” thành “Vận chuyển hydro Tây - Đông”, mở rộng đáng kể phạm vi vận chuyển năng lượng hydro thông qua hệ thống đường sắt. So với truyền tải điện siêu cao áp, hiệu suất chuyển đổi năng lượng tích hợp của sản xuất, lưu trữ và vận chuyển năng lượng hydro cao hơn và có thể tránh lãng phí năng lượng do tổn thất truyền tải điện đường dài (khoảng 6-8% đối với truyền tải điện siêu cao áp).
Hệ thống đường sắt là một kịch bản siêu lớn cho các ứng dụng năng lượng hydro. Việc nâng cấp hệ thống điện của đầu máy cũ để sử dụng hydro đã gửi đi những tín hiệu tích cực. Một khi năng lượng hydro được ứng dụng trên quy mô lớn trong đầu máy đường sắt, nhu cầu thị trường đối với năng lượng hydro sẽ tăng trưởng nhanh chóng, chắc chắn sẽ dẫn đến những thay đổi sâu sắc trong toàn bộ chuỗi công nghiệp sản xuất, lưu trữ, vận chuyển và sử dụng hydro.
