重大装备

中国时速600公里高速磁浮下线,磁浮技术并驱争先路在何方?

见道网 2021年07月20日
  • 时速600公里高速磁浮列车可以助力形成交通速度梯度层级,构建起多维立体交通构架,丰富中国交通运输速度谱系

中国当前投入商业运营的磁悬浮列车线路共有两条,但时速一直未能突破。近日,由中国中车股份有限公司承担研制、具有完全自主知识产权的时速600公里高速磁浮交通系统7月20日在中车青岛四方机车车辆股份有限公司(以下简称青岛四方)下线,青岛四方称,这是世界首套设计时速达600公里的高速磁浮交通系统,标志着中国掌握了高速磁浮成套技术和工程化能力。

列车下线

中国中车人士对记者表示,中国中车计划在2022年6月前完成高速磁浮交通系统试验线立项、建设,并完成高速考核。他还称,目前,中国虽然有磁悬浮运营线路,如长沙磁浮已经开通运营,但这些线路仅是中低速磁悬浮,时速100公里左右,中国中车时速600公里的高速磁悬浮是中国全面布局高铁领先技术的标志。

青岛四方表示,目前,时速600公里高速磁浮交通系统已完成了集成和系统联调,5辆编组列车在厂内调试线上实现了整列稳定悬浮和动态运行,各项功能性能良好。

高速磁浮项目技术总师、青岛四方副总工程师丁叁叁介绍,此次下线的高速磁浮,是世界首套时速600公里速度级的高速磁浮交通系统。采用成熟可靠的常导技术,其基本原理,是利用电磁吸力使列车悬浮于轨道,实现无接触运行。具有高效快捷、安全可靠、运能强大、编组灵活、准点舒适、维护便利、绿色环保等技术优势。

时速600公里高速磁浮采用“车抱轨”的运行结构。行驶中不与轨道发生接触,无轮轨磨耗,牵引供电系统布置在地面,随列车位置分段供电,相邻分区只有一列车运行。青岛四方称,该车大修周期长,全寿命周期经济性好。编组方面,时速600公里高速磁浮可在2到10辆范围内灵活编组,满足不同载客量需求,单节载客量可超过百人。

中国工程院副院长何华武表示,通过建设高速试验线,开展高速磁浮综合试验和示范运营技术积累,可为中国高速磁浮的持续创新和产业化奠定基础。“时速600公里高速磁浮交通系统成功下线,标志着已具备了推进线路试验和工程化示范的条件。”他说。中国中车于2016年6月启动时速600公里磁浮项目研发,参与本次项目申报单位包括中国中车企业14家、其他企业30家、院校16所、科研院所5家。项目团队共计1529人,包括国家重点实验室21个、国家工程研究中心21个、国家工程实验室16个。

2019年5月23日,时速600公里高速磁浮试验样车下线,2020年6月在上海同济大学试验线上试跑,试车时速未超过50公里,属于低速运行,后经过系统优化确定最终技术方案,于2021年1月研制出成套系统并开始了6个月的联调联试。青岛四方称,高速磁浮工程化列车开发出新头型及气动方案,解决了超高速条件下的空气动力学难题。采用激光复合焊和碳纤维技术,研制了满足超高速气密承载要求的轻质高强度车体。

自主开发悬浮导向和测速定位装置,掌握了悬浮架、电磁铁及控制器等关键核心部件制造技术。同时在系统集成方面进行创新,使高速磁浮满足长途、通勤多场景运用需求,适应江河隧道、高寒、高温高湿等复杂地理气候环境。

百家争鸣

200多年来,从普通列车到高速铁路再到高铁提速,火车越跑越快,轮轨技术始终是基石。未来,要想进一步开出超高速列车,轮轨就得分离。磁悬浮技术是通过电磁力实现列车与轨道之间的无接触的悬浮和导向,再利用直线电机产生的电磁力牵引列车运行。

磁悬浮技术是指利用磁力克服重力使物体悬浮的一种技术。根据技术原理不同,磁悬浮可以分为永磁悬浮、电磁悬浮、电动悬浮、钉扎磁浮(即高温超导磁浮),电动磁浮又包括低温超导电动悬浮和永磁电动悬浮。近年来,国内外几个市场流派在不同的技术方向上发力,高速磁悬浮技术研究形成“百家争鸣”的局面。

除青岛四方外,中国国内有西南交通大学、中国工程院、北京交通大学、中国航天科工集团等多家机构和企业正在对该项技术进行研究,不断推出多种制式的高速磁悬浮车辆。目前,电磁悬浮技术已通过2006年开通的上海磁浮列车示范运营线实现商业化应用,该项目采用了德国磁浮铁路国际公司技术。

采用低温超导电动悬浮技术的日本中央新干线已于2014年开工建设,最高时速达505公里,预期2027年建成通车。永磁电动悬浮和高温超导磁浮技术目前均在试验线试验阶段。

2013年,美国SpaceX公司创始人、特斯拉公司CEO埃隆·马斯克提出“超级高铁”的设想,以“真空管道运输”为理论基础,集成磁悬浮+低真空等技术,时速可达600公里至1200公里。2020年11月8日,马斯克的合作企业维珍超级环公司首次对旗下的超级高铁进行了载人测试。当天的测试在一段500米长的管道中进行,时速最高达到了172公里,测试用时15秒。

2017年8月,中国航天科工集团公司宣布开展了“高速飞行列车”的研究论证,利用超导磁悬浮技术和真空管道,致力于实现超音速的“近地飞行”。中国航天科工相关负责人透露,高速飞行列车项目的落地将按照最大运行速度1000公里/小时、2000公里/小时、4000公里/小时三步走战略逐步实现。西南交通大学则从1997年开始高温超导磁浮车的研究。2000年12月,研制出世界首辆载人高温超导磁悬浮实验车“世纪号”。2004年,西南交通大学提出了600公里/小时及以上载人超高速高温超导磁悬浮交通系统方案,从此开始高温超导磁浮车工程化探索。2021年1月13日,世界首台高温超导高速磁浮工程化样车及试验线在成都启用,样车设计时速620公里,标志着高温超导高速磁浮工程化研究实现从无到有的突破。

西南交通大学称,高温超导高速磁浮技术拟首先在大气环境下实现工程化,预期运行速度目标值大于600公里/小时。下一步计划结合未来真空管道技术,为远期向1000公里/小时以上速度值突破奠定基础。一位磁悬浮领域的专家对记者介绍,高速磁悬浮技术现在处于研究和发展阶段,各家技术方案都有自己的特点,谁都说服不了谁,所以只能各自研究。

未来随着产业化的推进,行业会更加规范,部分没有生命力的技术必然会被淘汰。

研究方向

何华武在2019年6月14日召开的2019世界交通运输大会上曾表示,轮轨高铁运行速度的进一步提升,受到轮轨关系、弓网关系、流固耦合关系、运行环境等因素的制约,未来高铁技术若要实现速度上的突破,可将高速磁悬浮或低真空管(隧)道高速磁悬浮铁路作为研究方向。

何华武的另一身份是,中国国家铁路集团有限公司(以下简称“国铁集团”)前身中国铁路总公司(以下简称中铁总)原总工程师。中国工程院院士、中铁总原副总经理卢春房在接受记者采访时也表示,轮轨高铁运行时速到400公里之后,就会受到较多因素制约,再继续提速比较困难,而磁悬浮列车可以在速度上达到更高水平。

何华武透露,中国工程院牵头组织相关方,正在开展《管(隧)道磁悬浮交通发展战略研究》《大湾区广深港高速磁悬浮铁路预可研》等重大课题研究,拟对不同制式高速磁悬浮,结合低真空管(隧)道技术路线及关键技术问题进行充分论证,研判技术经济可行性,并对粤港澳大湾区广深港通道建设高速磁浮铁路先行路段,开展工程预可行性研究。

不过作为中国国家铁路运营方,国铁集团对磁悬浮技术积极性一直不高。国铁集团人士告诉记者,中国在“更高速度试验列车”研究上的目的性很强,就是开展基础性、理论性,关键系统的可靠性研究,进行新材料新技术的研究,为高速铁路未来的发展做好知识储备。对于打破高铁绝对速度纪录和采用高速磁悬浮列车进行市场运营,国铁集团目前没有任何计划。对于低真空管(隧)道高速磁悬浮技术,国铁集团更是持谨慎态度。

时任国铁集团前身中铁总科技和信息化部负责人周黎曾在2017年公开场合表示:“与其在地面耗费巨资人造一个真空环境,为什么不去空中使用‘免费’的真空?”周黎称,作为运营商,中铁总首先要对旅客安全负责。从经济性看,中铁总也不希望看到运营成本成倍增加。此前以国铁集团及其前身中铁总、铁道部牵头的更高速实验列车的项目,始终是围绕轮轨方式进行的,国铁集团从未涉足过磁悬浮领域。

2010年原中国南车和原铁道部曾一度立项研制500公里试验列车(cit500),该车牵引功率高达22800千瓦,原目标是突破轮轨时速600公里世界纪录。后因波折,原中国南车与原铁道部在项目上产生意见分歧,原铁道部出于安全考虑,认为隐去时速500公里概念为好。两家协商后,该项目于2011年12月25日在青岛下线,并改名为“更高速度试验列车”。2014年中铁总直属中国铁道科学研究院将“更高速度试验列车”改为综合检测车,命名为“CRH380AM”。 

规划实施

中共中央、国务院2021年2月24日印发《国家综合立体交通网规划纲要》(以下简称《纲要》),《纲要》除对传统高速铁路中长期规划发展提出要求外,首次在国家层面对非轮轨技术轨道交通应用做出规划。提出,研究推进超大城市间高速磁悬浮通道布局和试验线路建设。不过《纲要》没有就高速磁悬浮通道具体建设时间、地点给出明确要求。

目前,已有多地在远期规划中提出建设高速磁悬浮线路。2020年4月,浙江省发布的《省综合立体交通网规划(2021—2050年)征求意见稿》(以下简称《意见稿》)提出了包括沿海高铁、沪杭磁浮等十大千亿工程。《意见稿》显示,沪杭磁浮预计总投资约860亿元,设计速度600公里/小时。《意见稿》同时强调,沪杭磁浮是至2050年的远期展望,属于研究谋划类项目,没有给出具体实施时间。

2021年3月23日,交通运输部发布通知,京沪磁悬浮高速铁路工程研究(以下简称“京沪高速磁浮”)进入交通运输部2021年交通运输战略规划政策项目计划,这也是长距离高速磁悬浮工程研究首次进入交通运输部战略规划项目。这次进入战略规划政策的一共有92个项目,京沪高速磁浮是项目序号中的最后一个。

项目由交通运输部强国办主管实施,中国铁道科学研究院集团有限公司作为项目承建单位对京沪高速磁浮进行战略规划研究,时限为1年,项目经费20万元。交通运输部相关人士对记者表示,京沪高速磁浮进入到重点战略规划项目后,主要是对高速磁浮发展的理论体系、在京沪间实施项目的技术方法和政策机制进行理论研究。

未来中国磁悬浮交通如何发展,投入商用时间计划在何时?研究将明确京沪高速磁浮工作的重点及任务,提出发展的对策和措施,同时针对项目作出考核评价指标和评价方法。“这是一项顶层制度设计和政策策略体系的战略研究,将为京沪两地高速磁悬浮项目提供理论依据和方法支撑。对于京沪高速磁浮项目是否建设、何时建设等具体问题,研究不会涉及。”他说。2019年11月,深圳市发改委发布《广深高速磁悬浮城际铁路规划研究》(以下简称《规划研究》)招标公告。该《规划研究》透露,速度达600公里/小时的高速磁悬浮列车或将应用到广深第二高铁。深圳市政府称,广深高速磁悬浮目前仅处于“前期研究”阶段,还未立项。(转载请注明见道网www.seetao.com)见道网战略栏目编辑/许生鹏


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