高速磁浮發(fā)展方向探討

張偉增

濟南軌道交通集團有限公司 山東濟南 250014

時速600公里的高速磁浮試驗樣車已在青島下線[1]，這標志著中國在高速磁浮交通技術(shù)領(lǐng)域的自主創(chuàng)新實現(xiàn)重大進展。中車磁浮試驗技術(shù)已引入同濟嘉定校區(qū)試驗線，600公里時速的磁浮技術(shù)將走出實驗室進行線下試驗，高速磁浮將會引領(lǐng)新一輪的發(fā)展。

1 國內(nèi)外高速磁浮的研究情況

1.1 日本超導(dǎo)磁浮技術(shù)研究

始于1962年，1972年完成首次磁懸浮走行試驗。在車載低溫技術(shù)和超導(dǎo)材料得以工程應(yīng)用的條件下，選擇了低溫超導(dǎo)高速電動懸浮，正在開展工程化應(yīng)用試驗驗證和載客體驗運行，計劃2027年開通中央新干線。日本先后建設(shè)兩條高速磁浮試驗線，分別為：宮崎試驗線、山梨試驗線[2]。

1.2 德國常導(dǎo)電磁懸浮系統(tǒng)研究

自1970年起，德國選擇和堅持采用常導(dǎo)電磁懸浮系統(tǒng)（EMS）的技術(shù)路線，先后開發(fā)了系列化的Transrapid磁浮系統(tǒng)，并率先實現(xiàn)商業(yè)化運用和技術(shù)輸出。位于埃姆斯蘭的高速磁浮試驗線（TVE）于1984年建成，該試驗線總長31.5km，包括道岔、曲線、鋼制軌道梁和混凝土軌道梁等多種工況的線路條件，TR06之后的所有磁浮系統(tǒng)均在試驗線上進行研究和試驗驗證[3]。

常導(dǎo)電磁懸浮系統(tǒng)在德國通過了獨立安全認證，基于TR08成熟技術(shù)平臺的上海示范線自2003年投入試運行，至今已安全穩(wěn)定運行了16年，為高速磁浮系統(tǒng)的商業(yè)化運營和檢修維護積累了豐富的經(jīng)驗。

1.3 美國在高速磁浮系統(tǒng)領(lǐng)域研究

艾倫·馬斯克于2013年提出了超級高鐵計劃，美國目前尚未建成工程化的高速磁浮試驗線，迄今為止僅在臨時搭建的試驗線路上進行了幾次試驗，暫無最新進展[4]。

1.4 我國高速磁浮研究

我國高速磁浮的研究分為三種模式：高速常導(dǎo)磁浮、高溫超導(dǎo)磁浮、永磁電動懸浮等。

高速常導(dǎo)磁浮最有代表性的是上海示范線，該線引進了TR08技術(shù)，完成上海線集成，2003年試運行，2006年商業(yè)運營，已安全運行16年，并對部分關(guān)鍵部件進行了開發(fā)研究；十一五期間，我國消化引進技術(shù)，對車體自主研發(fā)和車輛初步集成創(chuàng)新；十二五期間，我國開展了永磁+電磁混合懸浮技術(shù)應(yīng)用研究，研制了原理樣機，在1.5公里試驗線進行了低速試驗。通過系統(tǒng)研究，基本掌握高速磁浮關(guān)鍵技術(shù)，進行了部分核心部件的國產(chǎn)化研制和裝車驗證，具備了進一步提速和工程化應(yīng)用的基礎(chǔ)。

高溫超導(dǎo)磁浮方面，開展了高溫超導(dǎo)磁懸浮實驗室階段的機理研究，以液氮為冷卻介質(zhì)，應(yīng)用高溫超導(dǎo)體的釘扎效應(yīng)原理實現(xiàn)懸浮導(dǎo)向。2012年建成我國首條高溫超導(dǎo)磁懸浮環(huán)形試驗線，2014年建成真空管道高溫超導(dǎo)磁懸浮車試驗平臺[5]。

永磁電動懸浮方面，采用低溫超導(dǎo)電動懸浮技術(shù)，正開展真空管道超高速磁浮關(guān)鍵技術(shù)研究。

2 高速磁浮技術(shù)優(yōu)勢

高速磁浮具有運行快捷、載客量大、可靈活編組（2-10節(jié)編組），快速起停、安全、準點、舒適、維護量少等特點，既適用于長途運行，也可用于快速交通。

2.1 運營速度高

運行速度可達500-600km/h，在1500公里左右平均旅行時間為3.5h，磁浮具有明顯的速度優(yōu)勢，是目前旅行時間最短的大型客運交通工具。

2.2 系統(tǒng)運能大

單車定員可達110人，加減速能力強（最大1.3m/s2），可實現(xiàn)5-8分鐘間隔高密度發(fā)車，8編組干線模式年最大運能約1億人次、區(qū)域模式年最大運能約1.3億人次。

2.3 運行安全可靠

采用抱軌運行，車輛無脫軌風險；驅(qū)動系統(tǒng)布置在地面，線路分段供電，在同一供電線段上只能一列車行駛，無碰撞風險；高精度、多冗余的故障導(dǎo)向安全設(shè)計，實現(xiàn)全自動控制和完善的防護功能，系統(tǒng)可靠性高。

2.4 節(jié)能環(huán)保性能優(yōu)良

運行速度為500-550km/h，人均能耗6.7-8.4kW·h/100km，約為飛機的1/2，能耗低、零排放、無污染、噪聲及輻射滿足標準，環(huán)境友好。

2.5 選線適應(yīng)性強

爬坡能力強，高速通過曲線半徑?。?50km/h速度運行時，通過最小曲線半徑6500m，高鐵最小曲線半徑12000m），選線建設(shè)經(jīng)濟性好。

2.6 技術(shù)經(jīng)濟性好

無接觸運行，磨耗小，維護量小，高級修周期長（磁浮10年/次，高鐵3年/次），系統(tǒng)可用性高，具有全壽命周期的技術(shù)經(jīng)濟競爭力。

3 高速磁浮的運用場景

磁浮具有綜合比較優(yōu)勢，作為現(xiàn)代高速軌道交通的一種補充，可以實現(xiàn)城市群內(nèi)的快速通勤，城市群之間的同城化交通，以及東西部的戰(zhàn)略走廊聯(lián)絡(luò)。

（1）適用于經(jīng)濟發(fā)達、體量大、一體化程度高的地區(qū)樞紐間，可以構(gòu)建0.5-1小時經(jīng)濟圈，如京津雄、山東半島、珠三角等。

（2）適用于經(jīng)濟互補，流通性強的核心城市間，可構(gòu)建2-3小時經(jīng)濟圈，如京滬、成渝、廣貴、濟青煙等。

（3）適用于東西部帶動效應(yīng)強，均衡性發(fā)展，需求大的中心城市間，可構(gòu)建5小時經(jīng)濟圈，如京蘭、京成、滬昆等。

4 結(jié)語

高速磁浮運行速度為500-600km/h，可填補航空與高鐵之間的旅行速度空白，對形成航空、磁浮、高鐵、城際、城軌多網(wǎng)融合綜合立體交通體系，解決“門到門”的快速出行，具有重要的意義。發(fā)展高速磁浮，有利于搶占技術(shù)制高點，提高我國在高速磁浮領(lǐng)域的國際市場競爭力。