鐵路運輸節(jié)能技術的應用

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

關鍵詞：鐵路運輸；節(jié)能技術；現狀；應用

引言

在社會經濟和社會生活水平不斷發(fā)展和進步的今天，我國鐵路運輸行業(yè)已取得長足的發(fā)展。然而，隨著鐵路運輸行業(yè)不斷發(fā)展，相關能源的消耗和浪費現象也越來越嚴重。在鐵路運輸過程中，能源消耗是極其巨大的。作為我國至關重要的國民經濟命脈，鐵路工程的建設和運營不可或缺，想要對能源進行節(jié)約或控制，只能合理應用節(jié)能技術。故此，對目前我國鐵路運輸中能源消耗現況進行分析，并探究節(jié)能技術在鐵路運輸中的具體應用意義重大。

1鐵路運輸中能源消耗現況分析

我國鐵路運輸中，能源消耗始終呈現出逐年增加的趨勢。截止2008年，其能源消耗換算為標準煤已經達到近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，我國又進行了好幾項鐵路工程的修建以及運營，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，鐵路運輸過程中產生的能源消耗是相當巨大的。因此，鐵路運輸是節(jié)能行業(yè)中的重中之重。

2鐵路運輸中節(jié)能技術的應用

2．1車體輕量

從物理角度分析，列車的運行只能算是一個客觀現象，是列車在牽引動力系統(tǒng)的影響和作用下，對運行阻力進行克服，從而達成前行目的的物理現象。眾所周知，物體所受阻力與其自身質量呈正比例關系。也就是說，列車自身質量越小，其運行過程中所受到的阻力就會越小，這時牽引動力系統(tǒng)做功也就會相應減少，從而實現節(jié)能目的和效果。因此，在對車輛進行構造和設計時，可以盡可能地減輕車體自身質量?？梢酝ㄟ^減少車體非必要結構，使用輕質量設備等方式進行車體輕量化處理。通過CAMDS（中國汽車材料數據系統(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1　100kg。對比分析，國外很多國家對車輛輕量化處理已經作出了很多貢獻。例如，日本的新干線車體就比常規(guī)車體輕了很多，已經降低至每座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，對列車車體進行輕量化處理的方法有兩種，其一，對車體的各部分組件進行輕量處理；其二，對車體進行整體結構優(yōu)化，使其在保證整體強度的基礎上盡可能地降低車體內部組件的質量［2］。

2．2損失轉化

在列車運行過程中，其具體的能量轉換過程。其中，發(fā)動機作為能量轉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，對電力機車而言，變壓器是影響其發(fā)動機運行功效的主要因素。然而，傳統(tǒng)的變壓器效率與其自身質量呈現的是比例關系，故此，為了獲得最佳效果，必須對變壓器效率及其自身質量進行正確權衡。除此之外，還可以對列車牽引組件進行創(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，達到提升牽引模塊整體效率的功能和作用，這樣就可以達到最佳節(jié)能效果。其次，對內燃機車而言，主要適用的節(jié)能技術是改進噴油器。例如，對列車進行增加噴油孔，或者進行二次噴油等，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，上述措施均能將內燃機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，電力機車與電傳動內燃機車一樣，都是依靠牽引電動機進行驅動的。對列車進行制動時，其電動機會發(fā)生相應的轉變，變成可以供電的發(fā)電機。這時候，列車上的動能也會自發(fā)轉換成為供給列車使用的電能。然而，在應用節(jié)能技術后，這些電能有的會被吸引到相應的儲能裝置中，有的會被集中反饋至牽引電網之中。這樣，就實現了電能的二次應用，也就是所謂的再生制動。這種再生制動技術通常適用于列車停站數較多的運行模式，例如行程較長的城際軌道交通。這種運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。

2．4列車運行阻力

通常情況下，列車在運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，才會產生相應的附加阻力。比如，列車在上坡或下坡時，由于環(huán)境坡度的原因，就會產生相應的坡道阻力。同時，列車在隧道穿行過程中，也會受到相應的隧道阻力。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、車側以及轉向架等產生空氣摩擦力，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，可以進行以下操作：對列車車頭進行流線型設計。對車輪、轉向架等進行遮蓋處理，并對整個徹底進行包裹處理。這樣，列車運行時，其空氣阻力至少可以降低10％。相應的，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量成正比例關系的。從某種意義上講，減輕列車的自身質量，就是減小了列車運行中的輪軌摩擦力。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

在列車的整個運行過程中，能耗會隨著操縱方式的不同而產生相應的差異。也就是說，在相同的行使時間內，如果列車停站的次數一樣，那么其能量消耗會隨著速度加減情況的不同而產生不同程度的差異。對于列車而言，其最理想的運行方式是低勻速。然而，在列車的現實運行中，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行方式工作。通過模型和理論的雙重研究分析發(fā)現，當列車的運行以最大加速—勻速—惰行—最大減速模式進行操作時，其能源消耗就可以達到最低狀態(tài)。如果個別列車因為其離散型的控制級位或線路陡坡等情況而無法進行勻速行駛狀態(tài)維持時，應該盡可能地保證列車速度為準勻速。對列車進行上述操作時，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，增加列車司機的節(jié)能意識，使其按照最優(yōu)方式進行列車操作，也能取得非常好的節(jié)能效果。

3結語

我國鐵路運輸中，節(jié)能技術的應用已非常廣泛。但是，針對該領域進行的研究卻不是十分深入。為了進一步提升鐵路運輸中節(jié)能技術的應用水平，節(jié)能技術研究者應該積極深入鐵路運輸行業(yè)，對其工作的全程進行詳細了解，從而找出能源消耗的根本癥結，并對其進行正確處理和解決，以實現能源使用的高效化和理想化。

參考文獻

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

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

作者：劉堃 單位：西山煤電（集團）有限責任公司鐵路公司