冰上的氢气，太棒了！
Tier-3 NextFuel™ 发动机中氢气的使用凸显了 Wabtec 作为替代燃料领域的领导者
对氢气 “第一次开火”
记住这个日期：2024 年 5 月 15 日。
那个星期三下午，在德克萨斯州圣安东尼奥市西南研究所（SWRi）主校区的测试设施中，Wabtec的研究工程师实现了双燃料氢柴油发动机的 “首次着火”（即燃烧）。
他们将氢气引入了全尺寸、功率为4500马力的Wabtec Evolution Series Tier 3发动机中，该发动机是全球铁路机车车队的主要车队（目前有数千辆装有Evolution系列发动机的机车投入使用），它的工作原理是... 在预期的参数范围内。
需要明确的是：氢气内燃机（H² ICE）还有几年的时间。但是，实现 “第一把火” 是这段旅程中重要的早期一步，走到这一步凸显了Wabtec的创新精神和务实的商业方法，因为它是本已节油的铁路行业走向净零未来的领导者。
一种 “多元化” 的方法：双燃料发动机
氢气作为（非化石）燃料来源吸引了货运铁路乃至整个企业的想象力，因为它可以无碳燃烧。尽管这种元素本身在宇宙中非常丰富，但大量的 “绿色”、具有成本竞争力的氢气供应以及分配氢气所需的基础设施却并不丰富。它也是最轻且极易燃的元素，对机车发动机设计师构成了独特的设计挑战。
然而，尽管氢气具有许多独特的特性，但Wabtec认为，将其转化为现有货运机车队的高产零碳排放燃料的答案在于它与其他动力源的共同点。换句话说，氢气是一种气体，Wabtec 知道如何在高性能内燃机中燃烧气体。更好的是，Wabtec 知道如何在双燃料发动机中燃烧天然气，该发动机可以根据需要无缝切换回柴油发动机，它已经在商业环境中为佛罗里达东海岸铁路公司使用了 NextFuel™ 机车。
这种区别很重要，因为Wabtec再次在高效创新，这表明该行业不必为了适应新兴的替代燃料来源而重新发明轮子。相反，Wabtec希望使这种替代燃料（在本例中为氢气）在专为（燃料）灵活性而构建的现有发动机平台中有效运行，使客户能够在新燃料变得可行时从中受益。
Wabtec发动机和动力解决方案副总裁Jim Gamble表示：“将氢气和氢气内燃机的开发视为一项需要全新方法的挑战，但通过良好的规划和更好的执行，我们成功地抵御了这种诱惑。”“借助我们的双燃料NextFuel™ 发动机，Wabtec 对我们广受欢迎的现有柴油发动机进行了改造，以 a) 容纳替代燃料，b) 根据需要自动无缝切换回柴油发动机。”
这种创新方法可确保将铁路客户的需求纳入减排技术，尤其是他们对替代燃料基础设施和可用性的担忧。例如，Wabtec成功地通过其NextFuel套件在现有发动机中使用替代燃料，无论是液化天然气、生物柴油还是可再生柴油，都使承运人能够根据地面情况的需求在燃料类型之间切换。这意味着，当给定地区没有替代燃料可用，或者交付替代燃料的基础设施在任何给定时间都没有准备就绪时，柴油可以而且仍然可以自动完成工作，同时使用一台高性能发动机。
这在氢燃烧发动机的演变中尤为重要，氢燃料基础设施的建设与氢气燃烧发动机本身的开发一样处于早期阶段。
甘布尔补充说：“我们从经验中了解到，在铁路客户的实际使用范围之前进行过多的创新并不是一个好主意。”“通过在我们正在运行的NextFuel平台中使用氢气作为燃料方面取得进展，我们正在确保我们取得的进展发生在行业已经采用且可以轻松适应的交付模式中。”
让氢气离客户更近
自从宣布与能源部橡树岭和阿贡国家实验室达成大规模研究协议以来，Wabtec一直在氢动力列车领域掀起波澜。这项工作侧重于在橡树岭实验室安装的Wabtec单缸双燃料机车发动机上测试包括氢气在内的各种替代燃料。
在建立这个重要的测试平台的同时，Wabtec的高级领导层要求其发动机和动力解决方案团队让氢气研究 “更贴近客户” 和他们的日常经验，减少理论性，让他们能够触摸和感受到。
结果是与SWri建立了新的合作伙伴关系，并在NextFuel Evolution系列Tier 3发动机上进行了氢气方案，该发动机与佛罗里达东海岸铁路公司使用的发动机类似，并对氢燃料的使用进行了改进。这种双燃料发动机是最初氢气测试的 “天然” 发动机，因为它还燃烧气体，即天然气和柴油。
但是，除了共同点之外，氢气不是天然气。首先，氢气要轻得多。实际上，作为元素周期表中最轻的元素，它希望每秒升高三层。这将如何影响发动机的燃料输送系统的设计还有待观察。此外，氢气的点火能量非常低——远低于天然气——而且它的可燃性范围非常广。
燃烧很重要
话虽如此，Wabtec是从实力雄厚的位置开始这项测试的。它已经对其Evolution Series Tier 3发动机进行了改装，使其燃烧天然气，并对发动机和机车硬件进行了更改。
Wabtec 的目标是借助这些进步，在某些情况下还要跳过这些进步，进行必要的调整和更大的改变，将氢气作为可持续燃料来源进行优化。例如，当前的管道和发动机结构是否足以将氢气从燃烧室输送到燃烧室，氢气比天然气轻 6 倍？将氢气直接注入燃烧室（直接喷射）比向进气歧管（端口喷射）注入氢气会更好吗？
这些问题和变量以及其他数百个问题和变量是并将继续成为橡树岭国家实验室单缸装置和SWRI三级NextFuel发动机广泛测试的主题。
“真是个不错的开端”
Gamble总结说：“我们对氢气的思考正处于一个令人兴奋的转折点，我们可以从理论转向实际测试我们的假设，对我们的客户非常了解和依赖的真正高性能发动机。”“通过倾听客户的心声，专注于快速、渐进和尽可能无缝地提供减排技术的方法，Wabtec使货运铁路行业能够对其当今的碳减排目标产生重大影响。”