关于铁路环境下燃料电池和氢能使用的研究

在气候变化和整个能源和交通系统快速、持续脱碳的需要下，欧洲正在考虑更换柴油动力列车的方案。作为铁路运输中的一种多功能零排放技术，燃料电池和氢能（FCH）列车完全具有能力帮助欧洲实现其温室气体、空气污染和降噪目标。从动车开始，特别是在远距离和高功率要求的用例中，预计FCH技术将在铁路部门发挥越来越大的作用。到2030年，欧洲新购买的火车中每5辆就有1辆可以用氢提供动力。德国和法国的最新发展表明这项技术将补充欧洲的电气化，并以其为火车运营商提供的灵活性，实现铁路的完全脱碳改造。

在铁路环境下，FCH技术与现有的驾驶技术竞争，如柴油和弓网等；同时也与电池解决方案等新兴技术进行竞争。研究表明，FCH列车的性能如柴油技术一样，符合铁路系统的要求。最成熟的FCH应用程序，如动车程序，特别是在生产氢的能源便宜的情况下（例如在斯堪的那维亚），在短期内有可能与柴油动力列车竞争成本。在经济上，它们的性能可以超过弓网电气化服务频率较低的地方，同时仍然提供电气化的环境收益。由于其距离长、添加燃料速度快，FCH技术克服了电池的技术约束。

凭借FCH技术的这种竞争力和给定的框架条件，到2030年，FCH动车组可能取代30%的柴油动车，成为最适合市场的应用。目前市场上和公开招标的动车组情况表明，可以在技术前进的道路上推出新型动车组，也可以增加向非欧洲国家的出口机会。调车机和正线机车市场相对平稳，主要原因是延迟的市场开发—预计在2023年之前不会发生技术较快发展（对技术开发的进一步需求较弱）。

在整个欧洲，FCH列车的需求预计将主要由中欧和北欧的领跑者市场推动，这些市场已经对动车组进行了开放和计划的招标，而部署FCH列车可能性较低的新来者市场则预计将为相对较新的应用开发注入活力，主要是为了取代其成熟的柴油动力机组。

在深入分析整个欧洲不同案例研究的基础上，包括以动车组为重点的4个案例研究、以调车机为重点的3个案例研究和以主线机车为重点的3个案例研究，以下主要结论如下可用于FCH列车的使用：

—在较长的非电气化路线上（100公里以上）使用时，FCH列车具有经济意义；

—FCH列车可特别用于最后一英里的送货路线，也可用于利用率很低的主要线路（每天最多10趟列车）；

—低电力成本（低于50欧元/兆瓦时），以及基础设施（加氢站、电极）的高利用率，有利于FCH技术的使用；

—FCH列车能够在不到20分钟的很短停机时间内运行（由于快速补充燃料），并且还能在不补充燃料的情况下，完成超过18小时的长运行时间；

—在许多情况下，FCH列车是目前柴油列车的经济上可行的清洁替代方案；

—在某些情况下，电池驱动的列车可能看起来是一个更具成本效益的选择，但由于其高度特定于路线的定制电池配置而受到操作限制。

乐观情况下的动车组所有者总成本分析（TCO）

3种选择情景下的欧盟FCH列车市场潜力

2028~2030年，FCH列车市场展望

在铁路环境下，FCH技术需要采取系统性方法，同时在不同的应用市场前端加快部署。由于FCH技术对经济效率高度依赖，平均能源价格的下降或将对FCH列车的部署产生积极影响。因此，系统地利用氢能作为可再生能源的储能，并更加充分地利用H2基础设施，例如通过基础设施联运使用的方式，是特别有趣的。

在公共交通领域，FCH技术所面临的障碍与其他新技术在该领域大规模部署的风口浪尖上遇到的困难没有什么不同。大多数障碍与所有FCH列车应用有关。在所有的问题中有3个问题被认为是高度优先。对于这3个问题采取有针对性的研发项目（预计总预算为1.13亿欧元），可以在短期内完成攻坚。这些技术开发和示范项目带来的额外产品可用性将有助于加快和优化FCH列车的大规模应用。

要推进未来的FCH列车，需要有针对性的原型，以及技术开发项目的大规模示范项目。这些项目可以进一步制定商业应用的技术和经济性能要求，并为标准和监管修订奠定基础。这将有助于FCH列车在欧洲充分发挥其巨大的市场潜力，并为更广泛的市场释放FCH列车的潜力；同时帮助欧洲实现其在铁路运输方面的排放和降噪目标。