SCMAGLEV:比高铁还高
SCMAGLEV以其悬浮列车和超高速著称。但它所代表的远不止超高速铁路,因为它依赖的是完全不同的革命性技术。传统的高速列车利用车轮和轨道之间的摩擦来加速和减速。这限制了最大速度,因为车轮滑动时,移动太快。此外,传统的高速铁路依赖于接触网与受电弓之间的接触。在较高的速度下,传统的高速铁路运行增加了接触线的振动,导致受电弓频繁分离,使车辆难以稳定的供电。
SCMAGLEV完全使用现代机械,其影响是巨大的。它是由直线电机的磁力推动的,这意味着它可以克服传统高速铁路的速度限制,因为它不会因为更高的速度导致车轮打滑,也不需要悬链线/受电弓系统。
时速500公里(311英里)只是SCMAGLEV取得的众多成就之一。SCMAGLEV悬浮在导轨上,既不存在轮轨接触问题,也不存在接触网/受电弓相互作用。这意味着它没有滚动和接触摩擦引起的噪声。与u型导轨的磁场相互作用也消除了脱轨的可能性,使列车在保持完全安全的情况下达到更高的速度。
此外,通过完全采用无线感应功率传输方法,JRC为SCMAGLEV车辆提供了稳定的接触和零排放的电力,为机载电力系统提供动力。这种无线技术的全面采用进一步将SCMAGLEV与所有其他铁路系统区分开来,因为它提供了更多的可持续发展的 公共交通方式。
超导、线圈和电流
超导磁悬浮背后的动力是超导,这已经不是什么秘密了。利用超导磁体的能量的能力为交通运输以及其他应用提供了不可思议的可能性和创造性的解决方案。正常的非超导电磁铁需要大量的电能来产生磁力,然而大部分能量被浪费成电阻产生的热。
另一方面,超导磁体利用特定材料冷却到极低温度的效果:电阻开始接近零。当电流被施加到超导线圈上时,电流几乎无限地继续流动。车辆上的这些超导磁体与导轨壁上的两组主要线圈相互作用。一组线圈使列车悬浮并引导列车前进;另一组线圈推动火车。
当车辆上的超导磁体高速通过悬浮和引导线圈时,电流流过线圈,将其转化为电磁铁。超导磁体和导轨线圈之间的磁力将列车提升,使其悬浮在导轨上方。这些线圈和列车上的超导磁铁之间的吸引力和排斥力使车辆始终保持在导轨的中心。
推进线圈负责加速和减速。车辆上的超导磁体交替设置为北(N)极和南极。电流被馈送到导轨上的推进线圈,它们的n极和s极分配被切换以推动列车前进。通过调节电流的频率来控制N极和S极之间切换的速度,从而调节列车的速度。超导性是开启这种不可思议的推进方法的关键(见图1)。
图1
L0系列改进型:电感电源突破
2020年,经过多年的全面测试,JRC推出了SCMAGLEV L0系列改进型列车东北磁悬浮 这一系列的列车有一个新的,更符合空气动力学的车头形状,减少了高达13%的空气动力学阻力的车头部分(见主图)。
但是,在之前的列车和改进后的列车之间,最重要的变化之一可能是它完全实现了无线感应功率传输系统,或感应功率收集(IPC),为车载系统提供动力。简而言之,动力是在火车运行时从导轨中获得的;这些电能随后被用于船上的电力、照明、空调以及超导磁体的制冷。
你可能比你想象的更熟悉IPC的概念。就像许多现代智能手机只需把它们放在充电板上就可以充电一样,SCMAGLEV系统也采用了类似的电力传输方式。SCMAGLEV车辆从导轨获取电力,为机载系统提供动力,而无需任何物理接触。电流馈送到导轨上的接地线以产生磁场,车载线圈从接地线无线吸取电流,为车内设施提供电流(见图2)。
在高铁上实施IPC是开创性的,它是减少维护和电力可靠性问题以及对化石燃料依赖的未来。IPC让我们离真正拥有无排放高铁又近了一步,这对地球来说无疑是个好消息。
图2
基础设施能源的未来
SCMAGLEV系统证明,开发和部署创新技术以减少我们对化石燃料的依赖是可能的。东北磁悬浮将为电力需求提供清洁能源;这不仅仅是一个空洞的说法。作为Synergics能源服务公司的董事长兼首席执行官,我和我的团队已经成功地参与了全球60多个成功的可再生能源项目,包括马里兰州45%的风能。我们渴望进一步开发或签约可再生能源,以抵消SCMAGLEV的电力需求。
随着对气候问题的日益关注,我们希望看到全球继续投资于更清洁的能源和更高效的交通选择。英国HS2令人鼓舞的净零碳计划和无柴油建筑工地进一步证明了优先考虑环境影响的转变。与此同时,一些欧洲国家,如德国,正在引入低得惊人的公共交通票价,以鼓励人们使用公共交通而不是私家车,最终目标是减少燃料消耗。投资于创新技术、公共交通和基础设施,对于满足日益增长的全球人口的需求和我们的环境需求都是至关重要的。
该项目的第一阶段,从华盛顿特区到巴尔的摩,已经通过《环境影响声明草案》被美国交通部联邦铁路局认定将导致区域移动源排放的整体减少,因为该项目预计每年将从汽车转向SCMAGLEV多达1600万人次。这仅仅是个开始。
SCMAGLEV列车象征着今天可以转化为现实的技术潜力。高速、可靠、频率和安全不需要以环境为代价,也不需要等待未来的技术发展。在真正的高铁发展方面,美国落后于世界许多国家。SCMAGLEV系统证明,我们不再必须在人民的福祉和环境的福祉之间做出选择;我们可以两者都选。我们现在就可以选择。
韦恩·罗杰斯 他是东北磁悬浮有限责任公司(TNEM)的董事长兼首席执行官,在工程、建设、金融和开发方面拥有丰富的专业经验。作为一名领先的发展专家,韦恩曾在国会作证,并在许多国内和国际会议上发言。他在美国海军学院获得理学学士学位,在南伊利诺伊大学获得工商管理硕士学位,并在乔治城大学获得法学博士学位。他是马里兰州、夏威夷和哥伦比亚特区的律师协会成员。图片由巴尔的摩-华盛顿高速铁路提供。