日本氢能列车，目标替代柴油车

一列蓝色电车，即将成为日本铁路氢能商业化的第一步。

7月14日，JR东日本宣布，氢燃料电池混合动力列车“HYBARI”将在2027财年末投入商业运营。

按照日本财年的计算方式，这意味着最晚在2028年3月前后，普通乘客就有机会乘坐这列氢能列车。

首批运营线路包括神奈川县的鹤见线，以及南武线支线的尻手至滨川崎区间。现有试验车辆将被改造成正式营业车辆，日常在镰仓车辆基地中原支所加注35MPa高压氢气，单次加氢后的行驶距离约为70公里。

但真正值得关注的，不只是这列即将载客的HYBARI。

JR东日本同时宣布，将开发使用70MPa高压氢气的下一代氢能混合动力列车，目标是在2030财年末投入商业运营。

这意味着，日本的氢能列车正在从一列技术验证车，向真正能够替代柴油列车的平台迈进。

它并不是一列“只靠燃料电池”的火车

HYBARI的正式型号是FV-E991系，由JR东日本、日立制作所和丰田汽车联合开发。

三家公司承担的任务各不相同：

JR东日本负责铁路车辆设计和系统集成；丰田提供来自燃料电池汽车领域的技术；日立负责蓄电池、电力变换装置以及混合动力控制系统。

它的运行逻辑，与一辆大型燃料电池混合动力汽车有些相似。

车顶储氢罐中的氢气进入燃料电池，与空气中的氧气发生电化学反应，产生电力和水。燃料电池产生的电力，一部分驱动列车，一部分为锂离子电池充电。

列车起步、加速或者爬坡时，燃料电池和蓄电池同时供电；制动时产生的再生电力，则重新存入蓄电池。

也就是说，燃料电池更适合承担相对稳定的持续供能，蓄电池负责应对突然加速、制动和功率波动。这样既能弥补燃料电池响应速度较慢的问题，也能回收列车刹车时本来会被浪费的能量。([JR東日本][2])

“HYBARI”这个名字，也来自英文“HYdrogen-HYBrid Advanced Rail vehicle for Innovation”，大致可以理解为“面向创新的先进氢能混合动力铁路车辆”。

同时，日语中的“ひばり”又有云雀的意思，因此车辆标志采用了飞鸟的形象。

240千瓦燃料电池，加上240千瓦时电池

按照HYBARI试验车最初公布的技术规格，这是一列两节编组列车，最高时速100公里。

车辆搭载4套60千瓦固体高分子燃料电池，总功率240千瓦；同时搭载两组120千瓦时锂离子电池，总容量240千瓦时。

牵引系统由4台95千瓦电动机组成，总牵引功率达到380千瓦。

车辆顶部共安装4组储氢单元，每组包含5只51升储氢瓶，合计20只储氢瓶。最初设计最高充氢压力为70MPa，在这一状态下，公布的最大续航里程约为140公里。

这里也出现了一个值得注意的数字变化。

最初试验车的最大续航里程是约140公里，但即将投入商业运营的版本，只使用35MPa氢气，续航约70公里。

压力减半，公布的行驶距离也几乎减半。

这并不意味着JR东日本的技术出现了倒退，而是它选择了一条更谨慎的商业化路线：先使用已经在长期试验中反复验证的35MPa加氢方案，在短距离线路上积累真实载客运营经验，再把70MPa高压加氢留给下一代车辆。

35MPa已经验证，70MPa仍要解决快速加注

自2022年3月开始，HYBARI先后在南武线、南武支线和鹤见线进行试验。

测试内容并不只是“列车能不能开起来”，还包括不同季节下燃料电池的温度变化、蓄电池荷电状态、水素消耗量、管路振动、车辆加减速、坡道起步，以及高压氢气的储存与供应稳定性。

JR东日本的技术报告显示，即使按照外界温度达到40摄氏度的条件评估，电力变换设备仍保有安全余量。在夏季和冬季的测试中，储氢系统也能够稳定地将高压氢气降至1MPa以下，再供应给燃料电池。

测试期间，氢能管路没有出现可能导致管路破坏或设备故障的异常应力。

35MPa加氢主要依靠储氢瓶组与列车储氢罐之间的压力差完成，已经成为试验期间的日常操作。

JR东日本也试验过70MPa加氢：使用面向燃料电池汽车的移动式加氢站，先把氢气增压至80MPa，再向列车的70MPa储氢罐加注。

测试证明，HYBARI现有管路和储氢系统能够承受70MPa加氢。但对于铁路运营而言，“能够加进去”还不够，还必须解决大流量、短时间、每天重复操作的问题。

一列火车需要的氢气远多于一辆乘用车。如果加氢时间过长，车辆周转率就会下降；如果快速加注造成储氢罐温度过高，又会影响实际加注量和设备寿命。

因此，JR东日本在开发下一代列车的同时，还要建设能够更快速加注70MPa高压氢气的新设施。

为什么先在已经电气化的线路上运行？

从技术应用角度看，这次线路选择有些特殊。

鹤见线总长约9.7公里，南武线尻手至滨川崎支线长约4.1公里。两条线路都已经采用直流1500伏供电，本来就可以运行普通电车，并不存在必须用氢能替代柴油车的问题。

因此，HYBARI首阶段运营的主要意义，并不是立即减少多少柴油消耗，而是把风险控制在一个相对可控的范围内。

这些线路距离短，运行区域集中，靠近中原车辆基地，加氢、检查和故障处理都更方便。即使氢能系统发生问题，现有铁路供电和车辆体系也能够提供保障。

换句话说，这更像一次带乘客的商业化验证，而不是大规模替代现有列车。

真正的目标，是下一代车型。

下一代车辆才是为柴油线路准备的

JR东日本提出，下一代氢能混合动力列车将使用70MPa高压氢气，续航能力要达到与柴油列车相当的水平，同时能够应对连续坡道。

“连续坡道”是一个很关键的要求。

列车长时间爬坡时，不只是瞬间功率要大，能源系统还必须持续输出。如果燃料电池功率不足，蓄电池电量就会不断下降，最终无法维持运行。

因此，下一代车辆不能只是简单增加储氢罐，还需要重新匹配燃料电池功率、电池容量、冷却系统和能量管理策略。

一旦这套系统成熟，它才有可能进入日本东北、甲信越等地区的非电气化线路，用来替代仍在运行的柴油动车。

这也是氢能列车最有价值的应用场景：在客流量不高、线路距离较长的地区，修建架空电网和变电站成本太高，而纯电池列车又可能受到续航和低温性能限制。

氢能列车只需要在车辆基地附近建设加氢设施，不必对整条铁路进行电气化改造。

“世界第一”需要准确理解

JR东日本在公告中，将下一代70MPa氢能混合动力列车称为“世界首创”。

但这并不意味着它会成为世界上第一列氢能客运列车。

法国阿尔斯通开发的Coradia iLint，早在2018年就已经在德国按照固定时刻表载客运营，之后又在欧洲多个国家进行测试和商业运行。

JR东日本所强调的“世界首创”，更准确地说，是70MPa高压氢气在铁路燃料电池混合动力系统中的应用，以及面向商业运行的大流量加氢体系。

欧洲氢能列车通常针对长距离区域铁路，强调一次加氢后的长续航；日本则在尝试把汽车领域成熟的70MPa技术、高功率混合动力控制，以及城市铁路严格的安全标准结合起来。

两者解决的是同一个问题，但技术路线并不完全相同。

氢从哪里来，仍是决定性问题

列车在运行过程中不会排放二氧化碳，燃料电池反应的主要产物是水。

但这只代表车辆端的“零排放”。

如果氢气由天然气制取，而且没有进行碳捕集，那么二氧化碳只是从铁路沿线转移到了制氢工厂。

JR东日本也承认，未来氢源仍在规划之中。公司正在考虑使用海外生产并进口到日本的氢气，也可能采购日本国内可再生能源丰富地区生产的绿氢。

这说明HYBARI能否真正实现低碳，不只取决于列车技术，还取决于氢气价格、生产方式、运输成本和加氢基础设施。

铂道综合日本行业网站报道。