追著太陽跑的火車

劉娉婷

在澳大利亞新南威爾士州的北部海岸，坐落著澳大利亞最東邊的小鎮(zhèn)拜倫灣。這里擁有大片茂密的熱帶雨林、黑夜里閃爍的燈塔、綿延的沖浪海岸線、星羅棋布分散在小鎮(zhèn)中心的500多家酒店，以及全球第一輛太陽能火車。

2017年12月16日，完全靠太陽能驅(qū)動的拜倫灣火車（Byron Bay Train）正式開通。這輛紅色有軌火車重約70噸，它每天往返于北灘（North Beach）火車站和拜倫灣海灘（Byron Beach）之間運(yùn)送游客，兩節(jié)車廂大約可提供50張坐票和50張站票，共配有一名司機(jī)和兩名火車管理員。

短短3公里的路程連接了豪華度假村和小鎮(zhèn)中心，全程耗時約7分鐘。火車每天10：00發(fā)車，17：00休息，每小時往返一次。票價也很親民，14周歲以下兒童每人約10元人民幣，成人只需多付5元。

聽起來，“太陽能火車”的標(biāo)簽給拜倫灣火車增加了不少現(xiàn)代工業(yè)社會的技術(shù)感，實(shí)際上，它的前身是一輛70多歲“高齡”的柴油火車。

故事可追溯至1949年，當(dāng)時正值二戰(zhàn)結(jié)束，為了給城市和偏遠(yuǎn)地區(qū)提供交通支線服務(wù)，悉尼鐵路工廠決定制造一批火車投入使用。為了提高車身的性能下，設(shè)計者用飛機(jī)機(jī)身上使用的輕型鋁合金代替了傳統(tǒng)火車的鐵皮。直至2004年，拜倫灣火車才因?yàn)槔匣艘邸?/p>

2013年，澳大利亞的煤炭大亨Brian Flannery斥資約2000萬元人民幣啟動了對老舊柴油火車的改造，由他旗下的拜倫灣鐵路公司全權(quán)負(fù)責(zé)。

“原計劃是使用柴油機(jī)組火車的，但受到沿線居民的抵制，就想嘗試用太陽能火車運(yùn)行系統(tǒng)，”拜倫灣鐵路公司研發(fā)總監(jiān)Jeremy Holmes告訴《第一財經(jīng)周刊》，“沒想到，改造成功了?！?/p>

這不僅是為了促進(jìn)當(dāng)?shù)氐穆糜螛I(yè)—作為目前全球唯一一輛只依靠太陽能提供全部動力的火車，其更大的意義在于為太陽能在交通運(yùn)輸行業(yè)的使用提供了新的樣本和借鑒。

作為可再生的清潔能源，太陽能之前已經(jīng)多次運(yùn)用到火車中了。2011年，比利時在安特衛(wèi)普附近就修建了一條長達(dá)3.6公里的太陽能隧道，主要用于照明、信號等鐵路基礎(chǔ)設(shè)施以及電源供給。2017年7月，印度鐵路公司也推出了安裝太陽能電池板的火車，但它只能為車廂內(nèi)的照明、風(fēng)扇以及信息播報系統(tǒng)提供電力，引擎依舊要靠柴油發(fā)動。

拜倫灣火車能夠全程依靠太陽能驅(qū)動，源于它得天獨(dú)厚的環(huán)境優(yōu)勢。拜倫灣屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，全年晴天的日子平均在200天以上。

“雖然只有3公里這一條短短的軌道，但這是一條相對平坦的直線，只有一個彎道，沒有高低起伏的山坡。”Holmes 說。

“地利”條件具備后，就是對火車全方位的改造。根據(jù)Holmes的介紹，其改造靈感來源于太陽能賽車。簡單地說，就是在火車車頂鋪設(shè)太陽能發(fā)電板，將原先的柴油引擎由電池和電動馬達(dá)代替，為牽引電源、照明、控制電路等全部系統(tǒng)提供動力。

火車車頂上安置的太陽能電池板是特別定制的弧形，發(fā)電功率為30千瓦。當(dāng)陽光照射在太陽能電池板上時，材料中的電子發(fā)生躍遷從而輸出一定的功率，并傳遞到車載電池系統(tǒng)上。

車載電池系統(tǒng)是供電的核心，其所占據(jù)的位置原先用于安裝柴油發(fā)動機(jī)。它的內(nèi)部只能存儲直流電，為了滿足發(fā)動機(jī)使用交流電的需求，車載電池系統(tǒng)輸出的電流還需要經(jīng)過一臺雙向牽引逆變器，將電流轉(zhuǎn)換。且牽引逆變器也具備再生制動功能，火車在每次施加制動時能夠收回約25%的能量消耗，用于加速。每當(dāng)電池充滿電后，能夠在起始點(diǎn)之間往返12至15次。

當(dāng)然，為了保持火車每天都能正常工作，要將所有可能出現(xiàn)的意外情況都考慮在內(nèi)。比如長時間缺乏陽光時，火車就無法汲取足夠的太陽能。這時，它需要駛到北灘火車站，這也是一個將太陽能轉(zhuǎn)化成電能的裝置，車站棚頂由功率為30千瓦的太陽能電池矩陣制成?；疖嚿系娜喑潆娖魍ㄟ^外接電源，可以給電池組充電。當(dāng)矩陣電池的電量耗盡后，機(jī)載電池還能夠使用當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)能源零售商Enova Energy提供的100%的綠色能源電網(wǎng)提供的電量。

為了應(yīng)對電力系統(tǒng)故障，改造團(tuán)隊只拆除了其中一臺柴油發(fā)動機(jī)，還保留了另一臺能夠燃燒燃料的柴油引擎，且這臺發(fā)動機(jī)在使用期間升級過多次，目前安裝的是新型康明斯NT855-R2發(fā)動機(jī)，使用這種壓力更大的渦輪機(jī)，意味著將有充足的氧氣輸送到發(fā)動機(jī)中，不斷提高燃料燃燒的效率，確保不會有未燃燒盡的燃料以黑煙的形式排出。在柴油提供動力期間，火車往返6公里只需要使用3.2升汽油，這比一輛可以容納50名乘客的巴士還要少。

拜倫灣鐵路公司認(rèn)為，只做到使用清潔能源遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，在它的官網(wǎng)上，還用了一個頁面來介紹整列火車的環(huán)保能力。

比如，在控制噪音方面，團(tuán)隊特別在火車上安裝了低聲分貝的哨笛，且使用太陽能發(fā)動機(jī)后，配以低速運(yùn)行，有效減少了噪音。

而火車的照明有時候也會給周圍的居民帶來困擾。團(tuán)隊給火車換置上封閉式光束前大燈，這種燈光一般用于汽車照明，雖然成本較高，但能防止火車司機(jī)產(chǎn)生眩光，同時降低對附近住宅區(qū)域的干擾。

在人們的印象里，有火車鐵軌經(jīng)過的地方往往雜草叢生，很難生長出綠色健康的植被。但在改造火車之前，拜倫灣鐵路公司首先修復(fù)了一條曾經(jīng)列入自然遺產(chǎn)的“鐵路走廊”，也就是火車的軌道及附近區(qū)域。這條走廊寬40米，道路兩邊設(shè)有自行車道，公司會派維護(hù)人員定期維護(hù)和清理周邊植被。

盡管拜倫灣火車的改造環(huán)節(jié)看起來都很順利，但太陽能火車在現(xiàn)有的技術(shù)水平下，還存在一些待改進(jìn)之處。由于太陽能密度較低，要大面積收集太陽能，需要更龐大的設(shè)備和較大的投入成本。另一個現(xiàn)實(shí)是，由于只能在白天接收到陽光，所以太陽能火車必須安裝儲能裝置。

而太陽能汽車也有了一些實(shí)踐。比如誕生于德國慕尼黑的初創(chuàng)公司SonoMotor，該公司研發(fā)了一款太陽能汽車，車身長約4米，從車頂、引擎蓋、車身到車尾覆蓋了330片太陽能電池板，據(jù)稱充電一個白天可以行駛約29公里。不過目前還屬于眾籌產(chǎn)品，能否在2019年順利交付量產(chǎn)依舊是未知數(shù)。

相比火車，體積較小的汽車應(yīng)用太陽能的難度反而更大。一方面，目前汽車的質(zhì)量較重且體積偏小，能安裝太陽能電池板的面積不足，難以產(chǎn)生足夠多的電力，而火車的面積足夠大，能夠排列很多的太陽能電池板。另一方面，目前太陽能的轉(zhuǎn)化率沒有取得突破性的進(jìn)展。對于在固定道路上行駛的火車而言，即便電池沒有電，也能夠在?？空靖鼡Q太陽能電池，達(dá)到長久續(xù) 航。

目前Holmes已經(jīng)收到不少來自澳大利亞其他地區(qū)的項(xiàng)目需求，他正在完善這輛火車的服務(wù)，試圖將太陽能火車推廣出去。拜倫灣火車不僅是一種交通設(shè)施，在沿海地區(qū)還具備可復(fù)制 性。這正是拜倫灣鐵路公司的野心所在。