CleanER-D将柴油推进带入正轨

欧洲铁路网是世界上密度最大的铁路网，电气化率最高，接近50%。大约80%的总运输量是在电网的带电部分进行运输的。尽管如此，柴油牵引在提供铁路服务方面发挥着重要作用，在电气化程度低的国家，如英国、波罗的海国家爱沙尼亚、拉脱维亚和立陶宛，以及爱尔兰和希腊，柴油牵引是铁路运营的支柱。柴油机车对货物运输和货运市场的自由化具有关键的重要性。

与其他运输方式相比，铁路所带来的环境效益是确保这种运输方式得到社会和政治支持的重要先决条件。尽管铁路排放的空气污染物只占交通运输部门排放总量的一小部分，但铁路柴油尾气排放正越来越多地引起公众和有关部门的关注。

与整个运输部门相比，铁路柴油牵引的总排放量非常低(不到2.5%1)。从1990年至2008年，氮氧化物和微粒的排放量已减少约35%，预计排放量将进一步减少，原因如下:

• 引进更清洁的技术
• 更小的柴油牵引车队和更低的总里程
• 电气化。

一个共同面对挑战的合作项目

随着欧盟指令2004/26/EC规定的新排放水平限制即将生效，clean - d项目启动，以寻找技术解决方案，以应对遵守这一新法规框架所面临的挑战。该项目还预计可能会有进一步的监管，并寻求为未来的应用提供动态和创新的解决方案。考虑到这一点，该项目将分析混合动力技术及其对减少能源消耗和二氧化碳排放的贡献。为了实现“绿色”柴油车的目标，该联盟来自欧洲各地的26个合作伙伴正在展开强有力的合作努力。

该项目的主要目标是证明柴油发动机在符合NRMM指令IIIB阶段要求的铁路车辆上的可行性和可靠性。为了确保项目目标的成功实现，已经建立了三个业务子项目，其中两个侧重于通过低排放发动机为现有的柴油车辆(一辆有轨电车和一辆机车)重新提供动力。第三个业务子项目涉及在新设计的机车上安装IIIB阶段发动机。

CleanER-D“轨道车演示”

该示范项目旨在设计、集成和测试一辆配备柴油动力装置的轨道车，其中包括一台300kW以下的TD242 RH TA2发动机。这次翻新工作的主要挑战是由于地下安装造成的空间限制。为了满足IIIB阶段的要求，作业者选择了一种双流体溶液，即所谓的SCR系统。必要的SCR后处理设备，以及Adblue罐，必须安装在有限的空间。这项工作的目的还在于向发动机制造商、集成商和有关柴油轨道车辆本地减排的运营商提供有价值的信息。在这方面，由于其轨距较窄，进行了专门的检查，以研究设计解决方案对英国dmu的适用性。

一辆来自捷克铁路车队的842级轨道车被选中用于翻新。这次重新供电演习的目标是用IIIB级发动机替换一台将近20年的发动机。与此同时，同样的842级柴油轨道车配备了IIIA发动机，这将为IIIA和IIIB兼容发动机的排放和技术性能提供有价值的比较。

目前，可行性分析、车辆需求规格和发动机规格已经完成。研究的结论是，轨道车的重量不会显著增加。试验台和服役试验计划在2011年进行。测试结果将为发动机封装系统的耐久性、可靠性和续航能力提供有价值的信息。

CleanER-D“重载演示”

该示范项目为发动机制造商提供了在运行的干线机车上测试其IIIB阶段发动机解决方案的机会。该项目还将在已经符合IIIA标准的新建机车中获得IIIB实施效率的真实数据。

在满足以下先决条件后，原型机车将在一个特殊监测方案下运行，执行收入服务:

• 安装新一代2.800kW系列制造发动机
• 16缸C175轨道发动机的设计符合严格的IIIB阶段排放限制，并将集成在新设计的柴电机车中
• 一旦安装完成，将在机车上进行广泛的测试，如废气排放测量。

该示范子项目面临重量挑战——在典型的欧洲四轴机车配置中安装大功率IIIB级柴油发动机，同时不超过最大轴重限制。IIIB阶段废气排放的减排技术将增加发动机的额外重量，因此需要在机车的其他区域进行减重。该子项目还将从试验中提取关于新的低排放技术的有用和经过验证的技术信息。

在项目启动后，新的IIIB阶段发动机包的通用规格已经确定。这些补充了具体的机车规格及其维护间隔要求。

下一步是为这台柴油发动机选择排放技术。优选单液，选用EGR工艺+颗粒后处理DPF。EGR技术将减少氮氧化物。将取代机车消声器的DPF将减少颗粒(烟灰)。为了在较低的排气温度下去除DPF中积累的烟灰，安装了预氧化催化剂。这避免了使用燃烧器进行主动再生，减少了维护。

设计修改的主要目标是保持2.800 kW的高功率输出，同时保持低轴载，尽管在原有车辆上增加了组件。该设计还寻求将与新的后处理组件相关的维护和运营成本降至最低。

2011年期间，发动机包将安装在机车上，并在投入使用前进行规定的安装和调试审核，以在实际情况下验证和优化新的低排放组件的正确性能。

CleanER-D“轻量级演示”

该示范项目面临的挑战是为一台有40年历史的干线机车重新配备符合未来排放法规IIIB阶段的柴油发动机。为了遵守新的排放限制，重新供电将需要安装新技术，如柴油颗粒过滤器和废气再循环。

项目团队将在实际工作条件下为机车配备一台采用尾气后处理技术的12V4000R84原型发动机，进行为期14个月的现场试验。该发动机的功率为1.800 kW，排气后处理系统采用了由合作伙伴的工程师设计的被动再生DPF。

为了实现高质量的现场试验，目前专家正在测试台上对发动机及其DPF系统进行微调，以确保其满足排放和车辆要求方面的所有要求。

与此同时，将该系统集成到BR225型货运机车上的准备工作正在进行中。目前，火车头的动力是一台1971年生产的12V956TB10发动机，为了适应为未来需要而设计的新发动机，需要对床身、变速箱、冷却系统和其他组件进行修改。所有参与者之间的密切合作促进了一个极有希望的概念的发展。

在2011年第一季度，新的发动机和DPF将安装在原型机车上，在重新供电后将在正常服务中运行。发动机和排气后处理系统将在现场测试期间进行全面的检查和排放测量，以获得关于再动力系统性能的信息。

该子项目还旨在提供在配备IIIA级发动机的调车机车中使用DPF系统的可靠技术数据。

可持续性和一体化

CleanER-D项目一直非常关注铁路柴油应用的社会经济和绿色方面。事实证明，铁路是最环保的交通方式。必须特别关注提高柴油动力汽车的排放性能，目前柴油动力汽车仍占欧洲汽车总量的20%左右。此外，欧洲铁路部门已准备好迎接能源价格上涨和欧盟制定的更严格的环境框架的挑战。生命周期成本的计算和成本/效益分析方法的开发是这项具体工作的核心内容。最后，将研究和确定技术解决方案的优化和可能的权衡。

所谓的“可持续性研究”解决了可能影响欧洲铁路柴油车辆车队和相关未来柴油尾气排放的主要因素。将特别着重于推动和拉动因素，例如立法、市场发展、相互竞争的运输方式的减排技术的开发和运作。与对未来减排技术的评估一起，可持续发展研究的结果将产生影响评估。最后，CleanER-D将为欧洲铁路柴油牵引的未来减排方法和策略提供建议。

新兴技术

合作伙伴对现有和潜在的减排技术进行了调查，将其整合到机车、DMU、轨道车、柴油装置和电池组中，从而提出了有关这些技术的建议。该小组的目标如下:

• 确定适合铁路应用的低排放技术的最新技术
• 对应用于其他运输部门的低排放技术进行基准测试
• 评估采用创新低排放技术对发动机和轨道车辆性能和集成的影响和可行性
• 基于IIIB阶段之后的潜在情景，就现有和替代的柴油铁路车辆减排解决方案提出建议。

到目前为止，已经确定了最先进的后处理技术，特别是用于铁路和汽车应用的后处理技术，并将在稍后阶段用于评估最有前途的解决方案。

目前，重点是研究燃料类型和质量对排放的影响，评估柴油DPF战略，并以IIIB阶段排放水平为基准评估新兴后处理技术，同时也研究这些解决方案在IIIB阶段之后的适用性。包括计算流体动力学在内的数值模拟工具正在开发以完成这些任务。

此外，还将对与使用这些技术的集成相关的车辆相关主题进行调查。这些与汽车相关的主题包括优化管理和利用发动机散发的热量，包装，控制，耐久性和维护。这项活动将完成对柴油铁路应用IIIB之后的未来措施的技术创新的评估。

杂交

全行业一致认为，通过混合动力解决方案降低燃料消耗，并将某些柴油驱动铁路应用的二氧化碳和污染物排放降至最低，是实现能源效率的最佳方式。合作伙伴评估了机载储能系统概念的节能潜力。传统柴油机列车主要通过制动电阻将制动能转化为热能。

该子项目正在研究用于铁路应用的混合动力系统技术及其对减少燃料消耗和排放的影响，具体目标如下:

• 确定最先进的混合技术
• 不同轨道车辆类型的“标准占空比”定义
• 研究驱动系统对能源使用和排放的影响以及辅助系统的管理
• 创新储能技术的比较
• 混合技术的影响评估
• 使用创新的混合动力技术进一步减少燃料消耗和排放的建议。

特别强调为机载存储系统确定最先进的混合技术，如飞轮、静压蓄能器、双层电容器和电池。它描述了最近为不同类型的铁路应用所取得的创新发展，特别是在城市轨道车辆、有轨电车和地铁方面，但也为干线轨道车辆，特别是在柴油驱动车辆领域，以及从道路运输和固定应用的发展所取得的潜在技术转让。

定义了不同柴油动力轨道车辆(郊区、区域、高速DMU、城际机车、货运干线机车和分流车)的工作周期，以确定能源性能和排放。此外，这需要为车辆准备可比较的数据，以确定标准化的占空比，使排放和燃料消耗具有可比性。目标是:

• 基于对现有驾驶循环的评估和Railenergy项目的结果，定义占空比和参数，以运行排放模拟
• 向CEN提出这些标准占空比，以成为可能的EN标准
• 确定所需污染值的影响。

对不同的柴油混合动力轨道车辆储能技术进行了评价。为不同类型的列车定义的占空比进行了分析，以确定列车的行为以及详细说明在车轮上的动力。在几个储能系统和柴油发动机之间的重新分配是固定的，同时考虑到发动机的停机时间和整个占空比的能量含量的均衡。

前景

来自欧洲环境署的数据显示，在全球范围内，欧洲现有柴油铁路车队的大气污染物排放总量很低，特别是与其他运输方式和工业部门相比。此外，铁路部门(电力和柴油)的二氧化碳排放量自1990年以来已经下降(客运减少11%，货运减少35%)。

示范子项目的初步结果显示，铁路行业能够满足要求，并将进一步有助于减少整体排放量。然而，要实现这些目标，还需要解决重大的技术和资金挑战。

毕竟，由于我们不知道所有现有不确定性的影响，可以粗略估计，到2020年，铁路柴油牵引的氮氧化物和颗粒物总排放量可能会进一步减少约20%。

当然，柴油仍将是欧洲铁路部门的一种推进模式。CleanER-D项目将在实际挑战和限制的背景下展示可能性。最后，该项目及其合作伙伴将证明这种牵引模式的可行性，并提供各种技术解决方案和研究，可用于在欧洲轨道上使用柴油的讨论。

参考

1.2010年7月，欧洲环境署(EEA)发布了《欧洲经委会远距离越境空气污染公约(LRTAP)下的欧盟1990-2008年排放清单报告》。

作者简介

Enno Wiebe他从德国铁路公司借调到国际铁路联盟(UIC)工作。作为研究方案和项目经理，他的主要职责是传播和培训。他曾担任Hyrail协调员，负责GREEN(柴油发动机)、Railenergy和CleanER-D等项目的传播。

Judit桑德尔2005年毕业于布达佩斯科技经济大学。她自2006年以来一直在联合国儿童基金会工作。她负责跟进与环境有关的课题，并协调联合国环境基金会可持续交通委员会和其他环境专家组。她是欧盟资助的两个研发项目的项目协调员，称为铁路能源和清洁- d。