電動車的新前沿：看看電池容量大到足以為小鎮供電的電動火車

文/Alan Ohnsman

Wabtec正在為聯合太平洋公司（Union Pacific）、加拿大太平洋公司（Canadian Pacific）和澳洲的主要礦業公司制造電池驅動的機車。圖檔來源：PAUL GIBBENS FOR WABTEC

就像一列一英裡長的笨重火車一樣，貨運鐵路行業的變革并不迅速，必須謹慎地分階段進行。但跟随着汽車和卡車制造商的步伐，機車制造商和鐵路公司也開始轉向足以為小鎮供電的電池，以控制碳和柴油排放，同時保持燃料效率優勢。

聯合太平洋公司最近表示，将斥資逾1億美元，從Wabtec和卡特彼勒（Caterpillar）的子公司Progress Rail處購買20輛由電池驅動的機車和充電系統，這是迄今為止世界上規模最大的此類采購。從2023年開始，這家位于奧馬哈的鐵路公司将使用這種火車在加州和内布拉斯的貨場拉車——而不是跨國運作。據估計，這種巨型機器每年可以為其減少8,000噸的碳排放。此外，增加電池也是一種提高效率的方法：火車每加侖柴油運輸每噸貨物可超過480英裡。根據美國鐵路協會（Association of American railways）的資料，這比卡車的平均水準高出四倍。

聯合太平洋公司負責可持續發展和戰略的執行副總裁Beth Whited在接受《福布斯》采訪時表示:“從燃油消耗的角度來看，我們處于有利地位，從（柴油）顆粒物的角度來看，我們也處于有利地位，但卡車可能會更早裝上電池，它們會開始悄悄追趕我們。”這家美國收入排名第二的鐵路公司還計劃到2030年将溫室氣體排放量減少26%，并認為電動火車有助于實作這一目标。“對我們來說，重要的是真正推動減排，而且要盡快。”

現在，各國企業正在投資數十億美元，以提高電動汽車和商用車的産量，一些投入最大的公司包括通用汽車、福特、現代、豐田、大衆、戴姆勒、康明斯和沃爾沃等。考慮到火車機車的品質和動力要求，貨運鐵路是一項更為複雜的工作。全電動火車在短期内不太可能實作，主要是因為需要對适合其獨特要求的電池系統進行更多測試。但即便如此，在解決碳污染的問題上，該行業的效率還是出人意料的高：根據美國環保署的資料，2019年，美國約40%的貨運由鐵路完成，但與運輸相關的溫室氣體排放中，鐵路隻占不到2%，而卡車占24%。

Whited說，聯合太平洋公司從Wabtec訂購了一批2.5兆瓦時電池的機車，但不确定它們使用的锂離子電池是否足夠耐用到可以将它們部署在主要的長途線路上。在這些線路上，多個柴油動力機車被連接配接在一起，可拉動150多節火車車廂。現在，這家鐵路公司正在尋求使用更多的生物柴油和可再生能源燃料，以減少列車上的顆粒物污染。盡管康明斯和其他公司也在為輕型客運列車開發氫動力系統，但安裝新的大規模存能設施的成本高企，而從低碳來源獲得的氫的供應量也極少，這意味着氫動力系統目前還不是一個有效的選擇。

“對于我們這個行業的用途來說，這種技術有點落後——而且對我們來說，它有更多的缺點，”Whited說。這是因為與使用柴油相比，使用氫燃料需要鐵路公司投資更複雜的儲存和燃油系統。“就美國目前的氫供應而言，我認為它還沒有準備好支援當下正在讨論的、可以在一段時間内建成的項目數量。我們當然在關注氫燃料方面的情況。我們隻是認為現在還為時過早。”

其他一些鐵路公司則想要看看Wabtec公司的電池列車（該列車使用合作夥伴通用汽車公司提供的锂離子電池組）除了在鐵路場站拉車以外是否還能做更多的事情。這家總部位于匹茲堡的制造商正在為加拿大國家鐵路公司（Canadian National）和澳洲礦業公司力拓（Rio Tinto）、必和必拓（BHP）和羅伊·希爾（Roy Hill）準備更強大的機車。據Wabtec的首席技術官Eric Gebhardt透露，這些機車将裝載高達8兆瓦時的電池組。這種“公用事業規模”的電池對于半卡車來說太重了——因為美國聯邦法規禁止重量超過8萬磅的車輛在美國高速公路上行駛——但對于42.5萬磅的機車來說是沒問題的。它們将與柴油機車搭配工作，以節省燃料和減少排放。去年，Wabtec與BNSF在加州中央谷的一個試點項目中就做到了這一點，使用了2.4兆瓦的電池組，減少了11%的燃料使用量。

配備高功率電池的列車可以節省燃料，并利用再生制動系統——就像是豐田普銳斯或特斯拉Model 3的超大版本——在運作中充電，擷取重型列車減速時産生的大量動能。

“我們現在的電池容量是7兆瓦時，但在不久的将來，我們将會達到8兆瓦時。屆時，我們可以節省30%的燃料使用量，”Gebhardt說，“因為每次你踩刹車的時候，所有的電池都在充電。這些電池可以提供數兆瓦的電力……火車和卡車一個最大的差別就是，火車頭後面可能跟着長達一兩英裡的車廂，而這列火車有2萬、3萬或4萬噸重。”

自去年在加州進行首次測試以來，Wabtec很快就接到了18台電池動力機車的訂單。Gebhardt不願透露具體的定價，但根據聯合太平洋公司的訂單推算，一款2.5兆瓦的機車每輛的價格可能在400萬美元左右。“澳洲的礦業公司正在購買這些裝置用于自己的鐵路軌道，然後我們與加拿大國家鐵路公司還有一項合作，是以它正在升溫。我們在2021年初運作了原始裝置，并在2021年中期取得了結果。現在訂單就開始進來了，我們對此感到非常興奮。”

總部位于洛杉矶的Parallel Systems公司聯合創始人兼首席執行官Matt Soule表示，該公司由三名前SpaceX工程師上司，正在進一步發展高科技鐵路理念，并計劃開發相對較小的、電池驅動的短途貨運列車，同時也可以自動駕駛。他表示：“我們正在創造一種具有與卡車競争的機關經濟效益的車輛，而且不需要很大的規模。”

Parallel的計劃是在其設計的平台上運作10到50節車廂的列車，這些列車由分布式電池組提供動力，作為在貨運鐵路線上運作的150節或更多車廂的典型列車的補充。該公司還打算利用積極列車控制技術(Positive Train Control，簡稱PTC)來實作車輛自動化。PTC由Wabtec公司和Progress Rail公司公共研發，目前已在美國所有貨運和客運鐵路線上使用。它可以讓鐵路監控設施的操作員知道列車的準确位置，以避免潛在的碰撞和事故。加上計算機視覺和傳感器，Parallel相信它的列車可以實作自動駕駛。

自動駕駛的汽車和卡車必須為城市街道和高速公路上一系列意想不到的情況做好準備，但是在鐵路路線上，“你不會在鐵路網絡上随機遇到其他列車；你對所有東西的位置都有一個中心認識，”Soule說。PTC有助于確定每次隻有一列火車在特定路段内運作。“該行業已經在PTC上投入了大量資金，我們絕對認為這是可以利用的東西。”

今年1月，Parallel獲得了5,000萬美元的融資，并在2月獲得了美國能源部440萬美元的撥款，用于與聯邦研究人員一起測試其電動貨運列車平台。

Gebhardt說，盡管Wabtec仍在準備制造并傳遞其首批18輛電池驅動列車，但它對人們對電力機車所表現出的興趣感到非常樂觀。

他說：“我們現在還沒有對這些數字作出估計，但我們認為，在未來幾年裡，這些數字會出現一個很好的上升趨勢。”