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第二十二期 ,经济  2015年6月14日

特集 新干线
超导磁悬浮的技术与未来展望

梅原 淳,铁路记者(梅原铁路公司代表)

梅原 淳,铁路记者(梅原铁路公司代表)

现在出现了一种名叫“磁悬浮Motor car”的列车,这让我们向实现以500km/h超高速行驶的超导磁悬浮的世界又迈进了一步。因为2014年12月17日,负责东海道新干线列车运行的JR东海在品川站(东京都港区)与名古屋站(爱知县名古屋市)举行了施工安全祈祷典礼,为超导磁悬浮的中央新干线建设工程拉开了帷幕。如果工程进行得顺利,预计将在2027年开通,届时,磁悬浮列车最快仅需40分钟便能跑完品川─名古屋之间的路程。

超导磁悬浮是指运用超导现象,使磁悬浮列车浮起来并向前行进的铁路。把温度降到对金属与合金而言被称为“绝对零度”的摄氏零下273.16度,它们就会失去电阻,从外部提供电力,就能永久地获得带有极强的磁场的电力。磁悬浮列车内所带的超导磁石,通过与被称为轨道梁的线路两边侧壁内藏的地面线圈之间相互排斥,从而使车身浮起10cm的高度,通过反复进行吸引和排斥,从而实现最高速度为500km/h的行驶。

L0(L零)系列 (照片:PIXTA)

L0(L零)系列 (照片:PIXTA)

在目前阶段,作为超导磁石的材料而被采用的是铌钛合金。这种物质在摄氏零下269度这一相对而言稳定较高的情况下便能产生超导现象。磁悬浮列车上装载的超导磁石被存放在具高度隔热性的低温容器内,通过使用液态氦为制冷剂的Gifford-McMahon循环制冷机的作用,被降低将近摄氏300度左右的温度。地面线圈作为超导磁石能量的来源是由变电所提供的三相交流电。只要改变三相交流的电压和电源频率,磁悬浮列车在起动后,便能渐渐加速,这就是其构造。

地面线圈也被用于磁悬浮列车的刹车装置。通过改变三相交流电的相序,由此而产生的电磁力吸引超导磁体,这样就能获得不依赖于摩擦力、同时也极为有效的刹车。同时,还有一点或许很多人都不知道,磁悬浮列车由地面远程控制实现操作,不需要司机驾驶。

JR东海已经公布了中央新干线的路线,然后还有车站和车辆基地的位置。轨道梁的转弯最小半径为8000m,远远缓于东海道新干线转弯最小半径的2500m。这是为了缓和以500km/h行驶时在车内感到的离心力。而另一方面,其斜坡的倾斜度为前行100m产生4m的高低差、也就是4%的坡度,与东海道新干线的2%相比,容许更陡的坡度。东海道新干线的车辆,在车轮与轨道之间存在着摩擦,较陡的坡度会造成阻力,相比之下,浮在空中的磁悬浮列车就能以更为有利的条件行驶。

中央新干线从东京都出发,途经神奈川、山梨、长野、岐阜各县,直到爱知县。目前决定除了品川站和名古屋站,每个县各设一个车站,暂定站名为神奈川县站、山梨县站、长野县站、岐阜县站。

在品川站,为了让它和JR东海的东海道新干线呈平行状态,基本会设在正下方的地底。轨道梁铺设的方向也和东海道新干线相同。站台和其他车站同样,也设在两边,两边都铺设两侧、也就是各2条,总计4条轨道梁,最多能提供4趟列车的磁悬浮列车发车和到达。

在这个车站靠近品川站方向2.5km的位置,计划将设置中部综合车辆基地(暂名)。在收容磁悬浮列车的同时,预计还将实施规模较大的检查和维修业务。

名古屋站是与目前的JR东海名古屋站基本上呈直角交叉的地下站。按目前的计划,这里将是终点,但中央新干线已经计划还将在2045年左右延伸到大阪方向,将来应该会成为一个中途的车站吧。

L0(L零)系列 (照片:PIXTA)

L0(L零)系列 (照片:PIXTA)

中央新干线共有43个地点的隧道,总长度为246.6km,占到整体的86% 之多。东京、名古屋的都市中心部分都是地下35km左右的地下隧道,其中,品川─神奈川县站之间的第一首都圈隧道为36.9km,在中央新干线中为最长。神奈川县站─岐阜县站之间延伸着长长的山岳隧道。其中,山梨县站─ 长野县站之间的南阿尔卑斯隧道(25.0km)、长野县站─岐阜县之站间的中央阿尔卑斯隧道(23.3km)姑且先不说其长,这些山脉的海拔较高,隧道就必须具备能承载大量泥土压力的结构。

中央新干线的路线确定后,尤其是开设中途车站的地区就会有很高的期待。沿线的自治体正在开展以车站为中心的都市计划,有一部分已经公布了车站周边的竣工构想图。在中央新干线和已有的铁路不连接在一起的山梨县、长野县这两个车站,如何通往市区这成为一个课题,目前考虑的解决办法主要是修整道路。

关于建筑工程问题,隧道的挖掘是否能成功,是决定2027年是否能够顺利开通的关键。尤其是都心部分有着地下40m之深的极深的隧道,再加上在贯穿南阿尔卑斯、中央阿尔卑斯的两条隧道上,人们对地质和地下水脉等的相关部分尚有许多未知的部分,可以预想施工过程将极其困难。

JR东海铺设了延长42.8km的山梨实验线,目前正在使用L0(L零)系列作为试验用的磁悬浮列车实施测试。自2014年秋季开始,还举办面向一般市民的试乘会(收费),每次都是入选概率非常低的抽选,人气极高。

在中央新干线开通的同时,山梨实验线将被组入到神奈川县站和山梨县站之间的轨道梁的一部分。在这里进行的试验成果终有一天会开出美丽的花朵,梦想中的铁路会成为现实。JR东海的预计开通时间是在12年之后。全球都在热切关注着磁悬浮列车——这么说也绝不为过吧。

[为日本外交政策论坛特别撰稿。]


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