我国着眼满足人民群众对美好生活的向往,结合运输供给侧结构性改革,大力实施客运提质计划和复兴号品牌战略,全面提升高铁运营品质,打造了具有世界一流运营品质的中国高铁品牌。

飞驰的高铁上,目之所及是车内舒适的环境和窗外快速掠过的景色,却很少有人关注到列车上方的接触网导线,而这个接触网却肩负重要职责:为高铁提供电能。


如今我国高铁正向时速400公里迈进,对接触网也提出了更高的要求:导电性要高,要扛得住日晒雨淋,还要扛得住摩擦导致的高温。近日,中科院深圳先进院副研究员王鑫告诉深圳商报记者,他们正在研发石墨烯+铜的高铁“超级充电线”。


“超级铜”可节约用电,高铁轨道上方都设置了接触网导线,通过车身上的列车受电弓,将电能从导线接入到车中。

铜烯联盟天下无敌!“超级充电线”造就世界一流的中国高铁

这根导线看似平常,却绝不简单:除了导电性能和耐用程度,在列车时速达到300公里以上时,受电弓和接触网导线摩擦,会产生高温,导线必须在这种高温下也保持性能良好。换言之,导电性、柔韧度、硬度和强度缺一不可。


铜具备良好的导电性,被确定为导线的主要材料之一。由于其强度差,人们又在不断寻找另一种金属来形成优势互补,并最终确定了铜镁合金。“我国高铁时速马上要达到400公里,这就需要升级版的‘超级导线’,我们觉得石墨烯+铜是很好的解决方案。”王鑫告诉记者。


事实上,业界已开始研究石墨烯+铜的组合。这种新型复合材料的超高导电性能,比导电性能之王——金属银,还要高出10%,被美国铜协会认定为目前室温测到的、最高导电率的金属材料。

铜烯联盟天下无敌!“超级充电线”造就世界一流的中国高铁

此前中国中车研发出的“超级铜”,正是由石墨烯+铜组成。据报道,全国电机中,若10%的电机替换为超级铜,则每年可节约用电27.2亿度,约相当于葛洲坝电站两个月的发电量。


让电子坐上高速列


不过,石墨烯和铜的“联姻”之路并非一帆风顺。如何让两者混合更均匀,是难题之一。此前的研究中,大多用铜粉和石墨烯粉混合,来制备这种新型复合材料。“这是微米级别的混合,虽然可操作性强,但我们觉得还能进一步提升。”王鑫告诉记者。

铜烯联盟天下无敌!“超级充电线”造就世界一流的中国高铁

为此,团队创新性地从铜结晶过程中就开始调控,让两者达到原子、分子级别的混合。大概操作过程为,将石墨烯和铜放进一个有机体系里,通过调控它们的反应速度,让铜均匀地沉积在石墨烯表面。“两者优势互补,能让电子又多,跑得又快,就像电子也坐上了高速列车。”王鑫说。如今,实验室已完成了样品的制备。与此同时,为进一步提高材料性能,团队还自主研发了一种算法,通过高通量筛选,从不同种类的石墨烯中,找到最合适的那一种。据王鑫介绍,这种新型复合材料不仅可应用于高铁接触网,还可用于日常供电的电网等多种场景。


我国高铁多项指标均处于世界领先或先进水平


安全性方面


坚持把“安全第一,质量为本”的理念贯穿于高铁建设和运营管理的全过程各方面,深入实施高铁“强基达标、提质增效”工程,健全高铁人防、物防、技防“三位一体”安全保障体系,推进高铁外部环境安全综合治理,确保了高铁安全持续稳定。2008—2020年,我国高铁每百公里平均事故率较境外高铁低82%。截至2021年6月底,我国高铁已累计安全运行92.8亿公里、相当于绕地球23.2万圈,安全运送旅客141.2亿人次,是世界公认最安全的高铁。


效能性方面


发挥高铁成网运营效应,实行“一日一图”,优化和增加高铁产品供给,列车开行数量持续增长、通达范围不断拓展。目前,全国铁路日均开行动车组列车7400多列,占全部旅客列车开行数量的77%。世界银行2019年研究报告指出,我国高铁客运密度大约是欧洲高铁客运密度的两倍。


舒适性方面


我国高铁线路基本采用无砟轨道,铺设重型超长钢轨和无缝线路,具有超高的平顺性。复兴号动车组采用减振性能良好的高速转向架,车体振动加速度小、振幅低、噪音弱,平稳性指标达到国际优级标准,较好解决了列车空气动力学、轮轨关系、车体气密强度等技术难题,提高了列车进出隧道、高速交会时的安全性和舒适度。车厢内空调系统新风达到16立方米/人小时,比其他国家高7%—60%;车体宽,空间大,横断面积达到11.2平方米,比其他国家多14.3%,为旅客提供了宽敞舒适的旅行环境。


便捷性方面


我国建成了世界上规模最大的12306铁路互联网售票系统,单日售票能力达2000万张以上,目前互联网售票比例为86.2%,单日最高达90%。依托12306平台,推动高铁网与互联网“双网融合”,推出电子客票、移动支付、在线选座、刷脸进站、互联网订餐等服务举措,同时保留纸质车票、车站窗口等传统服务渠道,保证老年人和脱网人群出行便利,显著提升了铁路服务品质。


经济性方面


我国高铁平均票价率约为其他国家的1/3至1/4。“十三五”期间,我国高铁累计实现票价收入11044.7亿元,占铁路客运收入的比例由2015年的53%上升至2020年的78%。世界银行2019年研究报告称:虽然中国高铁线路中高架桥梁和隧道占比很高,但高铁网络平均建设成本仅为其他国家的2/3,高铁网络经济回报率为正,有理由对中国高铁干线线路的长期经济可行性保持乐观。


文章来源: 石墨烯资讯微信公众号,中国铁路

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