铁路运输节能技术的应用

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摘要：分析了铁路运输中能源消耗的现况，并在此基础上，对节能技术在铁路运输中的具体应用进行了深入探究，以期为广大铁路运输工作者提供一定的参考意见和建议。

关键词：铁路运输；节能技术；现状；应用

引言

在社会经济和社会生活水平不断发展和进步的今天，我国铁路运输行业已取得长足的发展。然而，随着铁路运输行业不断发展，相关能源的消耗和浪费现象也越来越严重。在铁路运输过程中，能源消耗是极其巨大的。作为我国至关重要的国民经济命脉，铁路工程的建设和运营不可或缺，想要对能源进行节约或控制，只能合理应用节能技术。故此，对目前我国铁路运输中能源消耗现况进行分析，并探究节能技术在铁路运输中的具体应用意义重大。

1铁路运输中能源消耗现况分析

我国铁路运输中，能源消耗始终呈现出逐年增加的趋势。截止2008年，其能源消耗换算为标准煤已经达到近1　700万t。对比2003年，增加了近150万t，其增长率为9．7％。自2008年以来，我国又进行了好几项铁路工程的修建以及运营，可想而知，其能源消耗对比2008年之前有着怎样的飞速增长。单从能源消耗的绝对量分析，铁路运输过程中产生的能源消耗是相当巨大的。因此，铁路运输是节能行业中的重中之重。

2铁路运输中节能技术的应用

2．1车体轻量

从物理角度分析，列车的运行只能算是一个客观现象，是列车在牵引动力系统的影响和作用下，对运行阻力进行克服，从而达成前行目的的物理现象。众所周知，物体所受阻力与其自身质量呈正比例关系。也就是说，列车自身质量越小，其运行过程中所受到的阻力就会越小，这时牵引动力系统做功也就会相应减少，从而实现节能目的和效果。因此，在对车辆进行构造和设计时，可以尽可能地减轻车体自身质量。可以通过减少车体非必要结构，使用轻质量设备等方式进行车体轻量化处理。通过CAMDS（中国汽车材料数据系统）可知，就普通的旅客列车而言，其座位平均每个400kg至800kg不等。而某些特别的高速列车，比如德国制造的ICE2列车，其座位平均每个可达1　100kg。对比分析，国外很多国家对车辆轻量化处理已经作出了很多贡献。例如，日本的新干线车体就比常规车体轻了很多，已经降低至每座537kg，哥本哈根的郊区铁路列车车体更轻，其每座仅为360kg。通常情况下，对列车车体进行轻量化处理的方法有两种，其一，对车体的各部分组件进行轻量处理；其二，对车体进行整体结构优化，使其在保证整体强度的基础上尽可能地降低车体内部组件的质量［2］。

2．2损失转化

在列车运行过程中，其具体的能量转换过程。其中，发动机作为能量转化效率的主要决定者，对能量的消耗有着非常重大的影响作用。首先，对电力机车而言，变压器是影响其发动机运行功效的主要因素。然而，传统的变压器效率与其自身质量呈现的是比例关系，故此，为了获得最佳效果，必须对变压器效率及其自身质量进行正确权衡。除此之外，还可以对列车牵引组件进行创新处理。也就是说，通过对各个牵引组件的智能控制和联合控制，达到提升牵引模块整体效率的功能和作用，这样就可以达到最佳节能效果。其次，对内燃机车而言，主要适用的节能技术是改进喷油器。例如，对列车进行增加喷油孔，或者进行二次喷油等，这样可以大幅度提升喷油压力，使其能源燃烧更加完整。整体而言，上述措施均能将内燃机的能源燃烧效率整体提升15％到20％不等。

2．3再生制动

总体来讲，电力机车与电传动内燃机车一样，都是依靠牵引电动机进行驱动的。对列车进行制动时，其电动机会发生相应的转变，变成可以供电的发电机。这时候，列车上的动能也会自发转换成为供给列车使用的电能。然而，在应用节能技术后，这些电能有的会被吸引到相应的储能装置中，有的会被集中反馈至牵引电网之中。这样，就实现了电能的二次应用，也就是所谓的再生制动。这种再生制动技术通常适用于列车停站数较多的运行模式，例如行程较长的城际轨道交通。这种运行模式的能源消耗总值最少可以降低15％，最多则可以降低30％，是非常有潜力的节能技术。

2．4列车运行阻力

通常情况下，列车在运行过程中所受的阻力主要包括两种，一种是基本阻力，另一种是附加阻力。形成基本阻力的原因有很多，其中最主要的有两个，即空气与列车表面接触的摩擦力和轮轨间的相互摩擦力。而附加阻力的形成具有一定的特殊性，通常需要在特定时期或特定环境下，才会产生相应的附加阻力。比如，列车在上坡或下坡时，由于环境坡度的原因，就会产生相应的坡道阻力。同时，列车在隧道穿行过程中，也会受到相应的隧道阻力。从专业角度理解，人们常常将空气与列车表面接触的摩擦力称为空气阻力。这种空气阻力的大小主要由两个方面决定。一是列车外部的几何形状，二是列车表面的光滑程度。以高速列车为例，其空气阻力的70％都是来自于车轮、车顶、车侧以及转向架等产生空气摩擦力，而车头和车尾所占空气阻力的比重相对较低。因此，减小高速列车阻力时，可以进行以下操作：对列车车头进行流线型设计。对车轮、转向架等进行遮盖处理，并对整个彻底进行包裹处理。这样，列车运行时，其空气阻力至少可以降低10％。相应的，其能源消耗也会随之大幅度降低。除了空气阻力外，列车运行的基本阻力还包括轮轨摩擦力。轮轨间的相互摩擦力是与列车自身质量成正比例关系的。从某种意义上讲，减轻列车的自身质量，就是减小了列车运行中的轮轨摩擦力。除此之外，还可以通过对列车车体添加润滑剂或润滑油等方式，从根本上减小车轮在侧方向上的相互摩擦力。这样既减小了轮轨间的相互摩擦力，又起到了能源节约的作用和效果。

2．5列车节能操纵

在列车的整个运行过程中，能耗会随着操纵方式的不同而产生相应的差异。也就是说，在相同的行使时间内，如果列车停站的次数一样，那么其能量消耗会随着速度加减情况的不同而产生不同程度的差异。对于列车而言，其最理想的运行方式是低匀速。然而，在列车的现实运行中，受自身性能、乘客需求、工程限速等各方面原因的影响，列车无法按照理想中的运行方式工作。通过模型和理论的双重研究分析发现，当列车的运行以最大加速—匀速—惰行—最大减速模式进行操作时，其能源消耗就可以达到最低状态。如果个别列车因为其离散型的控制级位或线路陡坡等情况而无法进行匀速行驶状态维持时，应该尽可能地保证列车速度为准匀速。对列车进行上述操作时，其能源消耗总值最少可以降低8％，最多可以降低15％。由此可见，增加列车司机的节能意识，使其按照最优方式进行列车操作，也能取得非常好的节能效果。

3结语

我国铁路运输中，节能技术的应用已非常广泛。但是，针对该领域进行的研究却不是十分深入。为了进一步提升铁路运输中节能技术的应用水平，节能技术研究者应该积极深入铁路运输行业，对其工作的全程进行详细了解，从而找出能源消耗的根本症结，并对其进行正确处理和解决，以实现能源使用的高效化和理想化。

参考文献

［1］周方明，毛保华．铁路运输节能技术与节能管理研究［J］．综合运输，2010，2（8）：29－34．

［2］徐鸿燕．铁路运输节能管理策略探讨［J］．经营管理者，2013，2（3）：87．

作者：刘堃 单位：西山煤电（集团）有限责任公司铁路公司