吳廣寧:磁懸浮技術在未來城軌交通中的應用與發展
2017年9 月 11 日至12日,2017中美綠色能源高峰論壇在成都舉行。2位諾貝爾獎獲得者,
4位院士,300多名來自中美兩國電力行業、可再生能源行業、信息技術行業和互聯網行業
的領軍人物和行業專家出席論壇。
本次論壇由美中綠色能源促進會、四川省外事僑務辦、中國電機工程學會、清華大學、
重慶大學、四川大學、電子科技大學、西南科技大學聯合主辦,清華四川能源互聯網研
究院承辦。共舉辦5場行業領袖主旨報告,19場專家演講,4場圓桌論壇,聚焦全球能源
轉型,共同探討推廣綠色能源、滿足全球能源需求、減少大氣污染等舉世矚目的話題。
12日分論壇“能源轉型-信息技術:物聯網(IoT),科技創新,未來城市等”中,西南交通
大學教授、長江學者吳廣寧作《磁懸浮技術在未來城軌交通中的應用與發展》主旨報告。
小編征得吳教授同意,在此分享其現場觀點與PPT,歡迎品讀探討。
嘉賓觀點:
今天講的主題是未來城市,我給大家講的題目是《磁懸浮技術在未來城軌交通中的應用與發展》。
前一段時間航天科工集團在新聞發布會上說了希望利用超導磁懸浮技術和真空管道,打造最高時速超過4000公里的“高速飛行列車”,這個大家比較感興趣。中國最早的時候,在國內面對磁懸浮和高鐵的技術產生了很大的爭論,高鐵現在完全普及了,大家應該切身體會到了高鐵的舒適和方便。磁懸浮應該說現在還在規劃中,所以今天給大家介紹一下。我這里從四個方面把磁懸浮的技術給大家回顧一下,再展望一下發展趨勢。
由于輪軌間的粘著作用和損耗,高鐵很難實現更高的速度,磁懸浮速度高、爬坡能力強、轉彎半徑小,能耗低、噪音低、振動小,是未來可行的交通工具。我們國家做磁懸浮列車有這么幾個標志性的事件,1989年國防科技大學研制了第一臺磁懸浮樣車,1994年西南交通大學研制出了第一輛可載人磁懸浮列車,1995年我們成都建立了實驗線,2003年我國首輛磁懸浮列車在上海正式運行,2016年我國有自主知識產權的中低速磁懸浮列車在長沙試運行。磁懸浮按照線圈導體的屬性可以分為常導型以及超導型。對于磁懸浮列車,它最重要的三個系統就是懸浮、驅動和導向。這里邊把常導和超導都給大家介紹一下。常導的技術主要是德國的,右邊的原理圖可以看到有懸浮的電磁鐵和底下的轉向架,這邊是導向軌,總體上是看列車包著軌道的這樣一個形式。對于導向系統,常導磁懸浮在車輛側面安裝了用于導向的電磁鐵,車輛發生偏移的時候,車輛的導向電磁鐵與導向軌側面相互作用,使車輛恢復正常位置,控制系統可以控制導向磁體中的電流來控制車輛運行方向。另外就是推進系統,磁懸浮推進的系統把旋轉電機展開成直線電機。常導這種列車的優勢和劣勢的對比來說,優勢在于它不需要專門設置專用的著地的支承裝置,相對技術比較簡單。它的難點是什么呢?它的列車軌道之間縫隙大概是8到10毫米,對控制的精度要求是比較高的。這個是目前在上海用的磁懸浮列車,就是用到的常導的技術,可以看到它可以跑到400到500公里。
第二個給大家介紹超導的磁懸浮列車,也是這三個方面,一個是懸浮系統。超導磁浮列車的懸浮系統是利用車載的超導磁體,和鋪設到導軌兩側的無源線圈相對高速運動,超導磁體通電流產生強磁場。這種導向系統的原理就是利用鋪設在兩側軌道內壁8字形的零磁通量的線圈,當列車設置的超導磁體位于線圈對稱中心線上時,線圈內的磁場為零。這種超導磁浮列車它的推進系統主要采用的是長定子的同步直線電機,當向導軌兩側推進線圈提供與車輛速度、頻率相一致的三相交流電時,會產生一個移動的電磁場,在導軌上產生電磁波。它的優勢,就超導的磁懸浮列車來說,它的運行速度很高的,可以實現500公里以上的(速度),劣勢相對來說是需要屏蔽發散的電磁場。
目前世界上已商用的高速磁懸浮技術就是常導的,德國應該說做到很高了,跑到400多公里,除此之外還有低溫超導和高溫超導磁懸浮技術。高溫超導目前在我們學校已經有很雄厚的基礎了。9月7號我們學校的兩個教授在《光明日報》差不多占了一版的篇幅發表了文章。在2000年年底我們學校首先研制出了世界首輛載人高溫超導磁懸浮列車“世紀號”。2004年和2011年,德國分別研制了他們第一代和第二代的實驗車,一個是軌道長7米,第二個是可載2個人,軌道長80米。14年巴西又研究了一個。
再給大家匯報一下,現在真空管道的磁懸浮列車,當達到400公里以上的時候,83%的牽引力會被空氣阻力消耗,同時氣動噪聲也會超過90分貝。這個概念基礎上,我們學校在2014年做了一個真空管道高溫超導磁懸浮試驗平臺“Super-Maglev”。這個試驗線長度是45米,整個限制車速只能到50千米/小時,真的跑的時候可以做到更高。第二個真空管道,就是13年的時候美國電動汽車公司特斯拉和科技公司ET3公布了膠囊高鐵,這個膠囊高鐵在內華達進行了推進的實驗,當時報道達到96千米/每小時。
最后給大家說一下磁懸浮列車發展趨勢,應該說我們國家的中低速磁懸浮的優點在這里,現在已經做成的就是長沙這一條,大概是16年的5月份投入的商業運行,從長沙的機場到城里邊再到火車站,完全可以試坐一下。第二個就是磁懸浮的個人快速運輸系統,14年以色列提出利用磁懸浮提供小型化、個人化的軌道交通運輸系統,速度可以達到70公里。第三個就是海底真空隧道的磁懸浮的運輸系統,它啟用了水下的橋隧和真空磁懸浮的技術,理論上速度可以超過2000公里每小時。它的優勢特點就是速度高、噪音小、抗震能力強、綠色節能、造價低。
我給大家的介紹就到這里,謝謝大家!
報告PPT:
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