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时间:2021-10-26 来源: 作者:孙丽朝 路炳阳

中国经营报整版:交锋高速磁悬浮

“原定于2022年6月前完成的时速600公里磁浮交通系统高速考核,也就是达速试验,现在肯定要推迟了。”在近日举行的中国轨道交通工业140年峰会创新发展论坛上,中车青岛四方机车车辆股份有限公司(以下简称“青岛四方”)人士对《中国经营报》记者做出上述表示。

就推迟原因,该人士对记者透露,高速磁悬浮基建工程投资巨大,保守估计每公里造价在3亿元以上,如果进行达速试验,跑出时速600公里以上的话,试验线长度至少需要60~100公里的距离,投资接近300亿元,规模可见一斑。

钱从何来还不是最主要的问题。该人士补充称,因为这是一条试验线,没有运营功能,意味着未来很难收回成本,这是投资人最忌惮的。“我们最初与青岛市就建设磁悬浮试验线达成初步意向,但是近两年,由于地方财政收紧,基本上一讲到投资,就没有下文。”上述青岛四方人士说。

车有了,却无人修路,中国中车股份有限公司(以下简称“中国中车”,601766.SH)陷入了一个不大不小的尴尬。发展高速磁悬浮,最大阻碍或不在技术层面,限于新技术对于未来商业化前景的不确定性,如何化解这第一道难题,摆在了刚刚起步的中国高速磁悬浮产业面前。

顶层布局

2021年7月20日,时速600公里高速磁浮交通系统在青岛四方正式下线。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。

高速磁悬浮规划近一段时间以来频现顶层布局。

中共中央、国务院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。提出要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。

8月26日,交通运输部发布《关于中国中车集团有限公司开展绿色智能交通装备研制及应用等交通强国建设试点工作的意见》(以下简称《意见》),《意见》称:原则同意在中高速磁悬浮列车研制及工程化应用等方面开展试点。开展时速200公里中速磁浮车辆、时速600公里高速磁浮车辆系统集成技术研发。

对于成果预期,《意见》提出,通过1~2年时间,中高速磁悬浮系统工程化样机基本研制成功。通过3~5年时间,在磁悬浮列车设计、制造等方面形成核心技术和相关标准规范。中速磁浮交通系统研究、高速磁浮系统联调联试和综合评估基本完成。

事实上,中国中车在高速磁悬浮领域早已开始布局。2016年6月,在科技部的主导下,由中国中车牵头,开始研发具有完全自主知识产权的高速磁悬浮技术。

项目启动4年后,2020年6月21日,时速600公里高速磁浮试验样车在上海同济大学试验线上试跑,不过试跑时速未超过50公里,属于低速运行。一年后,2021年7月20日,时速600公里高速磁浮交通系统在青岛四方正式下线。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。

国家重点研发计划“先进轨道交通”重点专项总体专家组组长、北京交通大学教授贾利民对记者表示,时速600公里高速磁浮交通系统是“先进轨道交通”重点专项的灯塔项目,“项目定位是持续运行速度可达到600公里,试验速度将会再提升10%以上,这就比轮轨的极限速度有一大截的提高。”

就当前试验线建设受阻,他对记者表示,目前青岛四方牵头研发的时速600公里磁悬浮技术已经非常成熟,只需要建设一条长度50公里以上的试验线进行达速和运营实验,随后就能进入商业化运营阶段。但是试验线何时能够建成,市场是否有人买单,这受制于经济大环境,相关决策层对综合立体交通网的理解,不同交通方式定位作用的再认识,与技术因素无关。

百家争鸣

“高速行驶在真空封闭的环境中,任何差漏带来的危险不亚于万米之上失控的飞机。”

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、常导电磁悬浮、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,国内外不同技术流派共同发力,高速磁悬浮技术研究形成“百家争鸣”的局面。

2021年1月13日,几乎是与青岛四方发布高速磁悬浮系统同时,西南交通大学(以下简称“西南交大”)主导的高温超导高速磁浮工程化样车及试验线在成都启用。

再向前追溯至2017年8月,中国航天科工集团公司(以下简称“航天科工”)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”。航天科工相关负责人表示,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。

该项目目前选址在大同市阳高县,总规划预留线路条件60公里,将分近、中、远目标段分步实施。预计2022年6月完成土建,7月开始设备安装并进入试验。

国外方面,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600~1200公里。而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。

贾利民对技术上的百家争鸣表达了谨慎态度。他以马斯克的“超级高铁”举例称,交通运输系统的使命是位移,具有位移功能的系统要成为交通运输系统需要三个前提,即安全有保障、经济上合理(位移成本可接受)、系统技术经过验证并且具有足够高的成熟度。

贾利民认为,超级高铁的经济性目前还没有一个公开、确切的说法,但从它所需要的真空环境保持、驱动和制动、管道平顺度保持、应急处置相关的技术和系统设备等方面看,单位运输能力造价必然不菲。“超级高铁的安全保障没有充分的技术依据,美国相关公司在安全方面没有提出任何可行的方案。高速行驶在真空封闭的环境中,任何差漏带来的危险不亚于万米之上失控的飞机。”

一位磁悬浮领域专家对记者介绍,高速磁悬浮技术现在处于研究阶段,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。

不同声音

“和谐号”CRH380A动车组最高运行时速达到486.1公里,“这说明我们的高铁以时速450公里运行是可以的”。

轨道交通以车辆与线路接触方式划分,可以分为“轮轨式”和“磁悬浮式”。从上世纪时速60公里的“慢火车”,到六次大提速(1997~2007年)后时速120公里的提速列车,再到时速350公里的高铁列车。近30年来,中国的火车越跑越快,从蒸汽时代到高铁时代,虽然速度取得了“质”的提升,但轮轨技术始终是基石,从未动摇。

在轨道交通领域,时速200公里以下划为中低速范畴;时速200~600公里之间称作高速;时速600公里以上即为超高速。其中在中低速领域,列车一直以轮轨方式为绝对主力,超高速领域是磁悬浮空间,这在业界已形成基本共识。但时速200~600公里之间,属于轮轨还是磁悬浮,各方一直争议不断。

2019年6月,中国工程院院士、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”)副总经理卢春房在世界交通运输大会间隙接受本报记者采访时表示,轮轨运行到时速400公里左右,由于受到轮轨关系、弓网关系以及空气动力学各方面制约,再向前提速将会比较困难,而磁悬浮列车的速度目标值则能够向时速600公里左右发展。

贾利民表示,轮轨跑到时速400公里以上,从技术上讲可行,但从经济上讲,不划算,而且轮轨时速超过400公里之后,对环境的友好性会大打折扣。

不过,在时速600公里范围内,磁悬浮技术是不是主力,也有不同意见。两院院士、中国机车车辆动力学权威专家沈志云认为,时速200~600公里之间是轮轨天下,任何磁浮技术都不足以与轮轨相比。

他对记者举例称,2014年1月,原中国南车研发的CIT500型试验列车在试验平台完成了时速605公里测试。更早之前,2010年12月,在京沪高铁先导段联调联试和综合试验中,“和谐号”CRH380A动车组最高运行时速达到486.1公里,“这说明我们的高铁以时速450公里运行是可以的”。

沈志云介绍,高铁时速分为运营速度和试验速度两个概念。运营速度是载客持续运行的商业速度,要确保安全、平稳、环保。试验速度则是确保运营的各种试验速度,试验速度又分为几档:台架试验、线路极限试验和确保当日运营前的检测性试验。

他举例称,中国当前运营的时速350公里高铁列车,试验车要在线路上跑到接近500公里/小时,台架试验再提速至600公里/小时。中国高铁安全冗余较高,最高运营时速可达400公里的CR400型复兴号一直以时速350公里运营。“未来,我们的轮轨列车时速达到450公里及以上是完全可能的。轮轨方式与现有高铁网兼容的特点,是任何磁浮列车都不具备的。”

沈志云称,论技术可能性,轮轨可跑时速600公里,论商业可行性,时速500公里可以作为轮轨的最高运行速度,时速500~600公里的空间,需要用磁浮来填补。

对于磁浮和轮轨的成本比较,各方争议也较大。贾利民认为,高速磁浮和高铁建设成本相当,运营成本与运输规模相关,未来磁悬浮也可能会成网建设,在客流充分的情况下,磁悬浮的运营成本要低于高铁。

就此,青岛四方副总工程师丁叁叁在中国轨道交通工业140年峰会创新发展论坛上称,悬浮式交通系统初期投资可能会比轮轨方式更高,但悬浮式交通系统没有接触,没有摩擦,没有油耗,它属于模块化设计,本身的维护量很少,维护非常便利,磁悬浮技术的维护人员仅为轮轨方式的1/10左右。

他举例称,磁悬浮系统不需要大修,全球首条商业运营高速磁悬浮项目——上海磁悬浮示范线运营20年,到现在没有经历一次大修,而轮轨时速350公里列车全寿命周期维修费用可能是购车成本的2~3倍,从全生命周期角度来看,高速磁悬浮成本未必比高铁高。

不过,高速磁悬浮的成本是不是一定低于轮轨高铁,也有不同观点。北京交通大学经济管理学院教授赵坚估算,高速磁悬浮建设成本是高铁的2倍,运营成本与高铁相当。

贾利民表示,高速磁浮交通系统填补了高速轮轨系统时速400公里级和民航系统时速800公里级之间速度“空白区”,从根本上完善了综合立体交通系统的速度谱系和载运装备谱系。从短期看,时速600公里高速磁浮将成为促进大湾区、长三角、京津冀、成渝等区域经济社会一体化发展国家战略尽快落地见效的“利器”。对老百姓而言,其择业、生活、出行等方面,将在更大范围内拥有更多灵活性。

赵坚则强调,“在技术为经济服务的背景下,高速磁悬浮是否能发挥应有的价值,还需要对当地市场容量、客流量做分析预测。”

路线之争

《科技日报》1月13日援引西南交大校长杨丹的话报道称,与其他磁悬浮技术比较,高温超导磁悬浮更适合时速1000公里以上的真空管道交通运输。

随着磁浮技术的发展,上文提到的不同技术进入到专家视野中,形成了不同技术流派。尤其是“十三五”期间,青岛四方高速磁浮项目启动以后,关于高速磁浮技术路线,各种思潮特别激烈。

对于高速磁悬浮技术成熟度,丁叁叁在上述论坛上,对当前中国研究程度最深入的两种技术——以青岛四方为代表的常导电磁悬浮技术和以西南交大为代表的钉扎磁浮(高温超导磁浮)技术做了详细论证。

丁叁叁称,从工作机理、指标先进性、工程化现状与风险及技术经济性等方面综合考虑,目前几种高速磁悬浮技术各有千秋。他认为,青岛四方时速600公里高速磁浮交通系统采用的常导电磁浮技术最成熟,工程化程度较高,就线路轨道全系统而言,常导更经济,且中国目前已经全面掌握其商业运营知识产权,主要风险方面已基本不存在。

就超导磁浮,丁叁叁表示,其技术复杂,建设成本较高。其中高温超导磁浮,舒适性较差、冗余度小、载重小能效高,同时辐射大,轨道积雪结冰难处理。该技术目前国内外均处于仿真及实验室探索阶段,无成套技术,无工程系统方案,核心技术仍待研究和突破。

丁叁叁认为,高温超导磁浮的这些缺陷恰恰是常导电磁悬浮的优势,当前常导电磁悬浮工程运用方面已经基本可行,而高温超导磁浮或还要经过10~20年的发展,才有工程运用可能。

对于目前高速磁悬浮的不同技术路线,丁叁叁认为很多人有误解。他举例称,在功耗方面,采用超导磁浮技术的列车功耗仅十几千瓦,而常导技术则需要100多千瓦,有人就认为常导技术在功耗上处于劣势。丁叁叁称,超导体是零电阻,所以没有悬浮导向功耗,从悬浮本身而言确实很低,但是要维持超导状态,就需要100多千瓦的维持功耗,如果把悬浮力功耗和维持功耗加在一起做比较,实际上差不多。“常导技术是700多千瓦,超导是671千瓦,差别很小。”

此外,采用常导技术的列车可以承受的悬浮重量是75~80吨,而采用超导技术的列车大概只有25吨左右的增量,如果减去乘客的重量,留给服务设施、车内电器、内饰的增量空间就会很小,这会直接影响到舒适度。他举例称,日本的高速磁浮,因为没有质量空间去做减震处理,在时速500公里时,噪音超过90分贝。“这样大的噪声,长距离运行没有人能够忍受。”丁叁叁说。

不难看出,以丁叁叁为代表的青岛四方常导电磁悬浮技术派,以近乎完美的观点力挺该技术,认为该技术路线全面超过西南交大的高温超导磁浮技术路线,而西南交大一方却有自己的认知。

西南交大称,其牵头研制的高温超导高速磁浮系统,是世界首台采用该技术的工程化样车,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。有意思的是,该样车的制造企业,仍是中国中车下属子公司、青岛四方的兄弟企业——中车唐山机车车辆有限公司。

西南交大人士对记者表示,高温超导磁悬浮是革命性的技术创造,该技术拥有无源自稳定、结构简单、节能、无化学和噪声污染、安全舒适、运行成本低等优点,是理想的新型轨道交通工具,适用于多种速度域,尤其适合高及超高速线路的运行。

《科技日报》1月13日援引西南交大校长杨丹的话报道称,与其他磁悬浮技术比较,高温超导磁悬浮更适合时速1000公里以上的真空管道交通运输。下一步计划结合未来真空管道技术,开发填补陆地交通和航空交通速度空白的综合交通系统,为远期向时速1000公里以上速度值的突破奠定基础。

就乘坐舒适度,西南交大教授邓自刚称,由于高温超导体自身的钉扎特性,将保持车体上下左右稳定,达到任何交通工具都难以达到的平稳性,乘坐舒适度高,在人体乘坐感受方面跟高铁是一样的。

商业化可能

学术领域的谨慎态度并未影响各地方政府对于高速磁悬浮的热情。目前,已有多地在远期规划中提出建设高速磁悬浮线路。

在技术路线上,不同技术流派各说各话,而对于高速磁悬浮商业化,产学研领域却有统一认识——谈高速磁悬浮商业化仍为时过早。

8月30日,在上证路演中心举行的中国中车2021年半年度业绩说明会上,中国中车执行董事、总裁楼齐良在谈到高速磁悬浮列车进展情况时表示,高速磁悬浮是中国中车战略产品,目前正在进一步开展工程化研究,进行市场开拓。





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