鐵路運(yùn)輸節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

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摘要：分析了鐵路運(yùn)輸中能源消耗的現(xiàn)況，并在此基礎(chǔ)上，對節(jié)能技術(shù)在鐵路運(yùn)輸中的具體應(yīng)用進(jìn)行了深入探究，以期為廣大鐵路運(yùn)輸工作者提供一定的參考意見和建議。

關(guān)鍵詞：鐵路運(yùn)輸；節(jié)能技術(shù)；現(xiàn)狀；應(yīng)用

引言

在社會經(jīng)濟(jì)和社會生活水平不斷發(fā)展和進(jìn)步的今天，我國鐵路運(yùn)輸行業(yè)已取得長足的發(fā)展。然而，隨著鐵路運(yùn)輸行業(yè)不斷發(fā)展，相關(guān)能源的消耗和浪費(fèi)現(xiàn)象也越來越嚴(yán)重。在鐵路運(yùn)輸過程中，能源消耗是極其巨大的。作為我國至關(guān)重要的國民經(jīng)濟(jì)命脈，鐵路工程的建設(shè)和運(yùn)營不可或缺，想要對能源進(jìn)行節(jié)約或控制，只能合理應(yīng)用節(jié)能技術(shù)。故此，對目前我國鐵路運(yùn)輸中能源消耗現(xiàn)況進(jìn)行分析，并探究節(jié)能技術(shù)在鐵路運(yùn)輸中的具體應(yīng)用意義重大。

1鐵路運(yùn)輸中能源消耗現(xiàn)況分析

我國鐵路運(yùn)輸中，能源消耗始終呈現(xiàn)出逐年增加的趨勢。截止2008年，其能源消耗換算為標(biāo)準(zhǔn)煤已經(jīng)達(dá)到近1　700萬t。對比2003年，增加了近150萬t，其增長率為9．7％。自2008年以來，我國又進(jìn)行了好幾項(xiàng)鐵路工程的修建以及運(yùn)營，可想而知，其能源消耗對比2008年之前有著怎樣的飛速增長。單從能源消耗的絕對量分析，鐵路運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的能源消耗是相當(dāng)巨大的。因此，鐵路運(yùn)輸是節(jié)能行業(yè)中的重中之重。

2鐵路運(yùn)輸中節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

2．1車體輕量

從物理角度分析，列車的運(yùn)行只能算是一個客觀現(xiàn)象，是列車在牽引動力系統(tǒng)的影響和作用下，對運(yùn)行阻力進(jìn)行克服，從而達(dá)成前行目的的物理現(xiàn)象。眾所周知，物體所受阻力與其自身質(zhì)量呈正比例關(guān)系。也就是說，列車自身質(zhì)量越小，其運(yùn)行過程中所受到的阻力就會越小，這時牽引動力系統(tǒng)做功也就會相應(yīng)減少，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的和效果。因此，在對車輛進(jìn)行構(gòu)造和設(shè)計(jì)時，可以盡可能地減輕車體自身質(zhì)量。可以通過減少車體非必要結(jié)構(gòu)，使用輕質(zhì)量設(shè)備等方式進(jìn)行車體輕量化處理。通過CAMDS（中國汽車材料數(shù)據(jù)系統(tǒng)）可知，就普通的旅客列車而言，其座位平均每個400kg至800kg不等。而某些特別的高速列車，比如德國制造的ICE2列車，其座位平均每個可達(dá)1　100kg。對比分析，國外很多國家對車輛輕量化處理已經(jīng)作出了很多貢獻(xiàn)。例如，日本的新干線車體就比常規(guī)車體輕了很多，已經(jīng)降低至每座537kg，哥本哈根的郊區(qū)鐵路列車車體更輕，其每座僅為360kg。通常情況下，對列車車體進(jìn)行輕量化處理的方法有兩種，其一，對車體的各部分組件進(jìn)行輕量處理；其二，對車體進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使其在保證整體強(qiáng)度的基礎(chǔ)上盡可能地降低車體內(nèi)部組件的質(zhì)量［2］。

2．2損失轉(zhuǎn)化

在列車運(yùn)行過程中，其具體的能量轉(zhuǎn)換過程。其中，發(fā)動機(jī)作為能量轉(zhuǎn)化效率的主要決定者，對能量的消耗有著非常重大的影響作用。首先，對電力機(jī)車而言，變壓器是影響其發(fā)動機(jī)運(yùn)行功效的主要因素。然而，傳統(tǒng)的變壓器效率與其自身質(zhì)量呈現(xiàn)的是比例關(guān)系，故此，為了獲得最佳效果，必須對變壓器效率及其自身質(zhì)量進(jìn)行正確權(quán)衡。除此之外，還可以對列車牽引組件進(jìn)行創(chuàng)新處理。也就是說，通過對各個牽引組件的智能控制和聯(lián)合控制，達(dá)到提升牽引模塊整體效率的功能和作用，這樣就可以達(dá)到最佳節(jié)能效果。其次，對內(nèi)燃機(jī)車而言，主要適用的節(jié)能技術(shù)是改進(jìn)噴油器。例如，對列車進(jìn)行增加噴油孔，或者進(jìn)行二次噴油等，這樣可以大幅度提升噴油壓力，使其能源燃燒更加完整。整體而言，上述措施均能將內(nèi)燃機(jī)的能源燃燒效率整體提升15％到20％不等。

2．3再生制動

總體來講，電力機(jī)車與電傳動內(nèi)燃機(jī)車一樣，都是依靠牽引電動機(jī)進(jìn)行驅(qū)動的。對列車進(jìn)行制動時，其電動機(jī)會發(fā)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)變，變成可以供電的發(fā)電機(jī)。這時候，列車上的動能也會自發(fā)轉(zhuǎn)換成為供給列車使用的電能。然而，在應(yīng)用節(jié)能技術(shù)后，這些電能有的會被吸引到相應(yīng)的儲能裝置中，有的會被集中反饋至牽引電網(wǎng)之中。這樣，就實(shí)現(xiàn)了電能的二次應(yīng)用，也就是所謂的再生制動。這種再生制動技術(shù)通常適用于列車停站數(shù)較多的運(yùn)行模式，例如行程較長的城際軌道交通。這種運(yùn)行模式的能源消耗總值最少可以降低15％，最多則可以降低30％，是非常有潛力的節(jié)能技術(shù)。

2．4列車運(yùn)行阻力

通常情況下，列車在運(yùn)行過程中所受的阻力主要包括兩種，一種是基本阻力，另一種是附加阻力。形成基本阻力的原因有很多，其中最主要的有兩個，即空氣與列車表面接觸的摩擦力和輪軌間的相互摩擦力。而附加阻力的形成具有一定的特殊性，通常需要在特定時期或特定環(huán)境下，才會產(chǎn)生相應(yīng)的附加阻力。比如，列車在上坡或下坡時，由于環(huán)境坡度的原因，就會產(chǎn)生相應(yīng)的坡道阻力。同時，列車在隧道穿行過程中，也會受到相應(yīng)的隧道阻力。從專業(yè)角度理解，人們常常將空氣與列車表面接觸的摩擦力稱為空氣阻力。這種空氣阻力的大小主要由兩個方面決定。一是列車外部的幾何形狀，二是列車表面的光滑程度。以高速列車為例，其空氣阻力的70％都是來自于車輪、車頂、車側(cè)以及轉(zhuǎn)向架等產(chǎn)生空氣摩擦力，而車頭和車尾所占空氣阻力的比重相對較低。因此，減小高速列車阻力時，可以進(jìn)行以下操作：對列車車頭進(jìn)行流線型設(shè)計(jì)。對車輪、轉(zhuǎn)向架等進(jìn)行遮蓋處理，并對整個徹底進(jìn)行包裹處理。這樣，列車運(yùn)行時，其空氣阻力至少可以降低10％。相應(yīng)的，其能源消耗也會隨之大幅度降低。除了空氣阻力外，列車運(yùn)行的基本阻力還包括輪軌摩擦力。輪軌間的相互摩擦力是與列車自身質(zhì)量成正比例關(guān)系的。從某種意義上講，減輕列車的自身質(zhì)量，就是減小了列車運(yùn)行中的輪軌摩擦力。除此之外，還可以通過對列車車體添加潤滑劑或潤滑油等方式，從根本上減小車輪在側(cè)方向上的相互摩擦力。這樣既減小了輪軌間的相互摩擦力，又起到了能源節(jié)約的作用和效果。

2．5列車節(jié)能操縱

在列車的整個運(yùn)行過程中，能耗會隨著操縱方式的不同而產(chǎn)生相應(yīng)的差異。也就是說，在相同的行使時間內(nèi)，如果列車停站的次數(shù)一樣，那么其能量消耗會隨著速度加減情況的不同而產(chǎn)生不同程度的差異。對于列車而言，其最理想的運(yùn)行方式是低勻速。然而，在列車的現(xiàn)實(shí)運(yùn)行中，受自身性能、乘客需求、工程限速等各方面原因的影響，列車無法按照理想中的運(yùn)行方式工作。通過模型和理論的雙重研究分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)列車的運(yùn)行以最大加速—勻速—惰行—最大減速模式進(jìn)行操作時，其能源消耗就可以達(dá)到最低狀態(tài)。如果個別列車因?yàn)槠潆x散型的控制級位或線路陡坡等情況而無法進(jìn)行勻速行駛狀態(tài)維持時，應(yīng)該盡可能地保證列車速度為準(zhǔn)勻速。對列車進(jìn)行上述操作時，其能源消耗總值最少可以降低8％，最多可以降低15％。由此可見，增加列車司機(jī)的節(jié)能意識，使其按照最優(yōu)方式進(jìn)行列車操作，也能取得非常好的節(jié)能效果。

3結(jié)語

我國鐵路運(yùn)輸中，節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用已非常廣泛。但是，針對該領(lǐng)域進(jìn)行的研究卻不是十分深入。為了進(jìn)一步提升鐵路運(yùn)輸中節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用水平，節(jié)能技術(shù)研究者應(yīng)該積極深入鐵路運(yùn)輸行業(yè)，對其工作的全程進(jìn)行詳細(xì)了解，從而找出能源消耗的根本癥結(jié)，并對其進(jìn)行正確處理和解決，以實(shí)現(xiàn)能源使用的高效化和理想化。

參考文獻(xiàn)

［1］周方明，毛保華．鐵路運(yùn)輸節(jié)能技術(shù)與節(jié)能管理研究［J］．綜合運(yùn)輸，2010，2（8）：29－34．

［2］徐鴻燕．鐵路運(yùn)輸節(jié)能管理策略探討［J］．經(jīng)營管理者，2013，2（3）：87．

作者：劉堃 單位：西山煤電（集團(tuán)）有限責(zé)任公司鐵路公司