新能源机车改造项目

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单位简介

南京金瀚环保科技有限公司,系南京钢铁股份有限公司的全资子公司，成立于2013年7月，注册资金10000万元，是国家高新技术企业，具有环境工程设计乙级资质和环保专业承包叁级资质。公司通过IS09001质量管理体系、IS014001环境管理体系、ISO45001职业健康安全管理体系认证、GB29490知识产权管理体系认证。金瀚环保作为南京钢铁新产业能环板块的重要布局，是集研发、设计、施工、运营为一体的综合性企业，把握绿色低碳发展机遇，持续贯彻落实“用心服务、做到极致”的理念，打造极致环保竞争力。

案例概述

现南钢D-001号新能源轨道机车2020年投入运行，南钢D-002号、D-003新能源轨道机车2022年投入运行。D-004新能源轨道机车2023年投入运行。
广东敬业钢铁两台新能源轨道机车2023年投入运行。
平均一台车年节省燃油费用100万元，减碳超300吨。

技术原理

本项目以“节能减排、绿色环保”为理念，将内燃机车改造为新能源轨道机车，减少尾气排放、降低运行成本。
（1）整车控制器：整车控制器作为整个机车的核心控制部件，掌控整个机车运行和安全保护功能。
（2）电池系统：电池系统由电池组、电池管理系统及其保护系统组成。
（3）主驱动器:主驱动器采用国际先进的 DTC（直接转矩控制技术）低转速高转矩变频调速技术，将蓄电池的直流电通过大功率 IGBT 元件逆变为频率可调的三相交流电，驱动永磁电机作为机车动力。
（4）电机：该机车采用同轴永磁电机驱动，并配有水冷装置，大大提升了机车的运载能力。

适用范围

工矿企业、物流港口内进行调运用轨道机车

工艺流程及说明

将原内燃机车所用柴油机更换为新能源电池（锂电池或超级电容器），将内燃机车改造为电动机车，同时取消内燃机车液力传动结构，采用永磁同步电机抱轴形式驱动牵引机车前行，最大程度实现能源的有效利用，能源利用率达到92%以上。

主要技术参数

（1）整车控制器：整车控制器作为整个机车的核心控制部件，掌控整个机车运行和安全保护功能。整车控制器的优劣直接决定了车辆的稳定性和安全性。新能源轨道机车的整车控制器为自行研发。其工作原理是采集各部件信号，做出相应逻辑判断，控制下层的各部件控制器的动作，驱动机车正常行驶。整车控制器主要功能包括：驱动力矩控制、制动能量的优化控制、整车的能量管理、CAN 网络的维护和管理、故障的诊断和处理、车辆状态监视等。
（2）电池系统：电池系统由电池组、电池管理系统及其保护系统组成。电池管理系统采用三级管理架构，监测电池系统的电压、温度、电流，对电池组进行故障诊断，分析评估电池的容量、荷电状态及故障诊断，具备主动均衡管理功能。
（3）主驱动器:主驱动器采用国际先进的 DTC（直接转矩控制技术）低转速高转矩变频调速技术，将蓄电池的直流电通过大功率 IGBT 元件逆变为频率可调的三相交流电，驱动永磁电机作为机车动力。DTC（直接转矩控制）技术可以直接控制电机的磁通和转矩，使电机与机车轮对的负载需求匹配精度更高。
（4）驱动电机：驱动装置是机车运行的动力输出装置，其质量的好坏直接关系到列车的行车安全。电机轴与机车驱动轴同轴的驱动方式可有效减少机械传动环节自身能源消耗，提高电机有效使用效率,本车采用的驱动电机就是由 4台电机轴与车轴同轴的永磁同步电机，每台电机功率为 220kW,总功率为880kW。电动机的最大转矩可达额定值 300%，使机车带重载起动强劲有力。

经济指标

单台内燃机车正常使用下年耗油约 90 万元，维护费用在 35 万元左右。新能源轨道机车运行高效、节能降耗，在相同工况下运行的燃料费用不到传统内燃机车的 20%。结构简单、易维修维护，维护费用约为传统内燃机车的 40%。

工程示范及应用情况

南京钢铁股份有限公司（以下简称南钢），钢铁厂内铁路运输以调车和小运转为主，行驶距离短、速度慢，调车作业较多，机车常处于启动、加速、制动、停车状态。频繁改变机车状态会提高内燃机车的油耗及维护成本，加大环保压力。将内燃机车改造为新能源轨道机车运行高效、节能降耗。新能源轨道机车采用作为动力源，实现了机车生产作业全过程“零排放”，每年可减排二氧化硫1.03吨、二氧化碳312吨。该改造项目在技术创新、降本增效、节能减排方面均具有代表性意义。现南钢D-001号新能源轨道机车2020年投入运行，南钢D-002号、D-003新能源轨道机车2022年投入运行。D-004新能源轨道机车2023年投入运行。

推广前景

新能源轨道机车单台年平均可增加 59 万千瓦时用电量，可减少312吨二氧化碳排放量。全国范围内内燃机车保有量不低于3万台，若新能源轨道机车市场占有率达到 10%，预计全年增加17.7亿千瓦时用电量，可减少93.6 万吨二氧化碳排放量。
单台内燃机车正常使用下年耗油约90万元，维护费用在 35万元左右。新能源轨道机车运行高效、节能降耗，在相同工况下运行的燃料费用不到传统内燃机车的 20%。结构简单、易维修维护，维护费用约为传统内燃机车的 40%。

获奖情况

中钢协节能降碳示范技术