动车组运行能耗影响因素的量化分析刘儒奇

动车组运行能耗影响因素的量化分析刘儒奇

刘儒奇

中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266000

摘要：在高速铁路运输中，环保节能的性能是确保铁路运输系统稳定可持续发展的基础。随着运行的增加和运行距离的延长，动车组在能耗方面面临新的挑战。铁路运输成本在很大程度上受到动车组能耗的影响，而动车组运行能耗在很大程度上取决于动车性能和运营状况。本文针对坡道、线路曲线、车站间距等因素，通过仿真技术，对高速动车组能耗进行量化分析，确定不同因素对运行能耗的影响水平，为动车组节能运行、线路设计等提供一定参考依据。

关键词：动车组；运行能耗；量化分析

现阶段，随着现代化铁路建设速度的加快，在各大城市中越来越多的动车组开始投入使用，在动车组的实际运行中，动车组能耗在一定程度上决定着铁路行业能耗和运输成本。其中列车性能、司机操纵、运行状况影响着动车组能耗，而列车运营状况和列车性能是影响动车组运行能耗的重要因素，对这些因素更深入的研究又可以细致地划分为站间距、列车坡道、列车属性、曲线半径、隧道等。下文以CRH型动车组为例，通过理论分析结合仿真实验对上述因素进行定量分析，并在这是不同仿真环境的基础上对影响CRH型动车组运行能耗的因素进行研究。以此作为动车组合理确定能耗水平、节能操纵的理论依据，促进节能环保动车组的发展。

1坡道设计因素

相比于传统火车，动车组具备更大的功率以及优良的牵引和制动性能，对于大坡度也能很好地适应，使得平纵设计具备更高的灵活度。本文结合实际动车组运行能耗的情况，设置仿真环境，如图1所示。动车行驶线路从甲站到乙站全长为42km，坡道长达两千米。通过设置坡度，分析坡度与能耗之间的曲线关系如图2所示。

图1坡度仿真环境

图2坡度与能耗示意图

在实际运行中，动车组处于同一限速前提下，选取三种不同车型对应的能耗存在较大的差异，并且CRH型动车组能耗和坡度变化成正比例关系，随着坡度变化曲线的增长而增长。从图中可知，选取相同车型分别在200Km/h、250Km/h、300Km/h三个速度等级下运行时，速度等级低的动车组消耗的能耗较低，因此在实际运行中，最好应用速度等级低的动车组，从而实现运行能耗的降低和节约。

2曲线半径因素

作为铁路线路设计的重要参数，曲线半径决定着线路的工程投资、运营支出，对于曲线线路的仿真环境如图3所示，甲乙车站之间的路程为平坡道，在线路平面中（甲乙车站中间）存在一个曲线。

图3曲线线路仿真环境

依据相关标准和规范，在曲线偏角为30度时，相对应的曲线半径值为[5000，12000]，如图4所示：

图4曲线偏角与曲线半径

经过试验，不同的曲线半径下，对应的动车组运行能耗关系如图5所示：

图5运行能耗关系

通过相关的分析可以得知，动车组运行能耗随着曲线半径的增大发生的变化十分小，基本没有发生起伏。因此，在进行线路设计时，可以在工程量不增加和地形条件允许的情况下尽量应用较大曲线半径，这样不但可以进行线型的改善和优化，还可以为提速提供良好的环境和条件。

3车站分布因素

作为高速铁路的主要技术原则，车站分布在很大程度上影响着运输效率、工程投资、线路通过能力、运营成本。在诸多的城市中，高速铁路的分布是随着城市规划而设定的，另外还受到水文、地质、地形等不确定因素的影响，在车站分布时几乎不可能依据理想站间距进行布点的设置，导致实际站间距的分布呈现出不规则的形态。本文布置车站分布仿真环境，如图5所示：

图5车站分布仿真环境

共计有10个车站，以20Km作为最小站间距，以100Km作为最大站间距，相邻站间距依据10千米的增加梯度增加，线路为平直线路。在站间距不同的情况下，对动车组单位距离运行能耗造成的影响如图6所示：

图6单位距离与运行能耗关系

动车组单位运行能耗与站间距之间的关系如图7所示：

通过上述的数据分析可知，在动车组质量和限速保持一致时，站间距增加会导致动车组单位距离运行能耗降低。动车组全程能耗可认为等于单位能耗与全程耗时之积，因此在单位能耗相同情况下，时间与能耗成正比关系。另一方面根据实际调研可知，车站间距较短时，在限速区间内，更多司机愿意选择较低速度运行。若车站距离过大，全程耗时增加，能耗降低有限，因此在实际车站间距设计时，在一定距离内尽量减少站点数目设置，能够有效降低运行能耗。

4结语

高速动车组运行中，运行能耗的降低意义重大。通过以上数据的分析和总结，得出如下结论：在坡长和目标速度为定量的基础上，动车组的运行能耗与坡度关系呈现线性增长关系；在保持限速统一时，不同的动车组选型会具备很大差异的能耗量，另外不同速度等级的动车组消耗的能量也是存在很大的差异，在实际运行中，如果运行时间允许，尽量使用速度等级较低的动车组运行，这样可以很好地进行运行能耗降低；在曲线半径大于五千米时，动车组运行能耗受到的影响较小，几乎可以忽略不计，在实际线路设计时，尽量应用大曲线半径，有利于线路提速；车站间距对相同车型运行能耗影响基本相同，但适当增加站点间距可降低运行能耗，因此在相同距离内，减少站点数量能够在一定程度上有利于降低运行能耗。

参考文献：

[1]吕希奎，孙培培，李永发.动车组运行能耗影响因素的量化分析[J].铁道标准设计，2016，60（6）：23-28.

[2]陈涛.高速列车运行能耗测算方法及其影响因素量化分析[D].北京交通大学，2011.

[3]贺实学.关于动车组列车能耗影响因素的研究[J].工程技术：引文版：00011-00011.