西安交大“氢”装上阵：一条零碳铁路的技术突围之路

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2026年4月，西安地铁15号线细柳车辆段内，一座由氢赋能零碳智慧能源中心驱动的“零碳”车辆段正式进入系统综合联调阶段。这是全国首个城市轨道交通“零碳”车辆段示范项目，也是西安交通大学管晓宏院士团队“氢赋能零碳智慧能源系统”理论在铁路领域的首次大规模工程落地。

走进细柳车辆段，能源交换站、氢能站、蓄水罐、储能电池、地源热泵井、光伏发电系统组成了一套完整的“源-网-荷-储”协同能源网络。白天，光伏发电优先满足车辆段办公、检修、照明等用电需求，多余电力通过电解水制氢储存；夜间或阴天，氢燃料电池将储存的绿氢转化为电能，配合地源热泵为车辆段供冷供热。整个系统实现了能源消耗与碳排放的“自平衡”——零碳不再是口号，而是正在发生的现实。

管晓宏院士团队在“十四五”期间提出的氢赋能零碳智慧能源系统创新理论与方法，解决了绿色能源利用中成本高、能效低、调控难等三大核心瓶颈。这套系统已在甘肃金川零碳采矿园区、河北张北零碳园区等项目规划或建设中推广应用，而西安地铁15号线项目则是其在轨道交通领域的首秀。中国铁路的“氢”洁之路，从古都西安率先迈出了一大步。

氢动力机车：重载铁路的“绿色心脏”

如果将“零碳车辆段”比作铁路绿色转型的“后勤基地”，那么真正的“前线主力”则是氢动力机车。2025年，中车大同公司研制成功我国首台氢燃料电池混合动力机车，而西安交大电气工程学院在其中贡献了关键的氢燃料电池系统集成与控制技术。该机车采用氢燃料电池+锂电池混合供电，设计时速80公里，牵引功率达2000千瓦，满载氢气可连续运行24小时以上，实现真正的零排放。这台机车已在锦白铁路、朔黄铁路等重载线路开展试验运行。

西安交大在氢能铁路领域的布局不止于此。机械工程学院何茂刚教授团队长期从事氢能储运与燃料电池热管理研究，其开发的燃料电池热管理系统可确保氢动力机车在高寒、高海拔等极端工况下稳定运行。2026年初，国家能源集团党组书记、董事长邹磊专程赴西安交大，与校党委书记卢建军会谈，双方明确将携手打造校企深度融合的全国性示范，加快推进共建国家能源学院。而国家能源集团运营着我国最大的重载铁路运输网络——朔黄铁路、大秦铁路等，这正是氢动力机车推广应用的最佳试验场。

铁路供电的“碳化硅革命”

氢能是铁路“脱碳”的长远方向，而在短期内，提升既有牵引供电系统的能效则是更现实的路径。2025年，由西安中车永电捷通电气有限公司牵头、西安交通大学等单位共同完成的“轨道交通变流器近限设计技术及应用”项目，荣获中国电工技术学会科技进步一等奖。这项历时七年攻关的成果，开创性地提出了“近限设计”理念，即让变流器在接近物理极限的条件下高效运行，大幅提升功率密度和能效。

项目自主研发的碳化硅变流装置，相比传统硅基器件开关损耗降低70%，散热需求减少50%，综合节能效果达10%以上。更关键的是，该装置实现了无故障运行超5年、累计运行里程突破35万公里，彻底打破了国外在高压大功率碳化硅器件领域的垄断。目前，该技术已应用于京沪高铁、京张高铁等骨干线路的牵引变电所，每年可节约牵引电费超过2亿元。

2026年初，由西安交大电气学院牵头承担的“新一代轨道交通碳化硅牵引变流器关键技术研究”项目通过科技部中期验收。项目团队成功研制出国产化率100%的3300V/1500A碳化硅功率模块，较进口同类产品成本降低40%，为下一代高速动车组和城际列车提供了完全自主可控的“绿色心脏”。

智慧能源调度：让每度电都跑在“刀刃”上

有了绿色能源和高效变流器，还需要一套聪明的“大脑”来调度这一切。西安交大与国能朔黄铁路公司联合研发的“铁路运输绿色低碳节能技术智能管理系统”，正在改变重载铁路的用能方式。

这套系统融合了人工智能算法与数字孪生技术，能够实时预测列车运行功率需求，动态调整沿线牵引变电所的输出电压和功率因数。在朔黄铁路的试验段，该系统将再生制动能量回收率提升了22%，牵引电耗降低了8.5%。按朔黄铁路年耗电量约15亿度计算，全面推广后每年可节电1.2亿度，减少碳排放约10万吨。

系统背后的核心算法——基于深度强化学习的多列车协同节能优化调度——由西安交大电信学部自动化学院韩德强教授团队研发。该团队同时承担着轨道交通未来技术创新研究院的“超视距智能感知及预警技术”等揭榜挂帅项目，在智慧铁路领域形成了从感知到决策、从优化到控制的全链条技术积累。

从“西迁”到“零碳”：一甲子的精神接力

1956年，交通大学主体从上海迁往西安。那列西行专列上，年轻的管晓宏还没有出生——他1961年才来到这个世界。但西迁前辈们“向科学进军，建设大西北”的豪情，却深深刻入了他的学术基因。1982年，管晓宏从清华大学毕业后回到西安交大攻读硕士，此后赴美留学，最终回归母校，带领团队在复杂网络化系统、能源电力系统优化等领域深耕不辍。

管晓宏团队研发的氢赋能零碳智慧能源系统，正是西迁精神在新时代的回响——扎根西部，瞄准国家重大需求，用硬核科技回应“双碳”战略。当年西迁专列上那张粉色车票印着的10个字，如今转化成了西安地铁15号线车辆段里运转的氢能站和光伏板。

更年轻的接力者也在路上。2024年从西安交大电气学院硕士毕业的康蕾，入职西安铁路局后参与研发的供电接触网覆冰检测装置，已在西康高铁等线路试点应用。她所在的团队正在将人工智能图像识别技术与覆冰预警结合，让铁路供电系统在雨雪冰冻天气下更智能地“预知危险、主动防御”。从管晓宏院士的零碳能源系统，到康蕾的覆冰检测装置，西交大人在铁路绿色低碳化的征程上，正形成一支“老中青”结合、从理论到应用全覆盖的科研铁军。

铁路碳达峰的“交大方案”

2026年5月，中国国家铁路集团有限公司发布《铁路行业碳达峰实施方案》，明确提出到2030年铁路单位运输周转量二氧化碳排放较2020年下降18%以上。而在西安交大，一份名为《中国铁路绿色低碳发展技术路线图》的研究报告已经提交给国铁集团科技和信息化部。报告由西安交大电气学院、机械学院、能动学院、管理学院联合编制，系统梳理了氢能机车、碳化硅变流、再生制动、智慧调度、零碳车站等12项关键技术的成熟度、经济性和推广路径。

报告指出，铁路碳排放的70%来自牵引供电，而牵引供电的减排潜力主要集中在三个方面：提升再生制动能量回收率（潜力15-20%）、推广碳化硅变流器（潜力8-12%）、引入绿电制氢储能（潜力30%以上）。西安交大在这三个方向均有核心技术布局和工程示范。

报告的主要执笔人之一、西安交大电气学院教授、国家杰出青年科学基金获得者杨旭表示：“铁路是交通运输领域最绿色的方式，但这并不意味着铁路不需要继续减碳。我们的目标是让铁路从‘相对绿色’走向‘绝对零碳’，而氢能与碳化硅是两条必须走通的技术路径。”

从1956年西迁专列，到2026年零碳车辆段，一甲子的时光里，西安交大人始终在用最前沿的科技回应国家最深切的需求。当年的“向科学进军”变成了今天的“向零碳进军”，而那份“听党指挥跟党走”的精神底色，从未改变。

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参考出处：
[1] 陕西新闻网，2026年
[2] 中国中车，氢燃料电池混合动力机车，2025年
[3] 国际能源网，邹磊与西安交通大学党委书记卢建军会谈，2026年
[4] 中国电工技术学会，2025年度科技进步一等奖公告
[5] 科技部，国家重点研发计划“轨道交通碳化硅牵引变流器”中期验收报告，2026年
[6] 朔黄铁路公司，绿色低碳节能技术智能管理系统招标公告，2025年
[7] 西安交通大学教师个人主页，韩德强
[8] 人民铁道，铁路行业碳达峰实施方案，2026年
[9] 西安交通大学电气工程学院，杨旭教授主页