鐵路運輸節(jié)能技術與節(jié)能管理研究

張艷蘭

摘 要：鐵路運輸節(jié)能是鐵路運輸行業(yè)的發(fā)展趨勢，也是未來鐵路運輸企業(yè)發(fā)展的基本要求。本文通過對鐵路運輸過程中的各個環(huán)節(jié)進行敘述，從節(jié)能技術創(chuàng)新方面著手，對鐵路運輸節(jié)能發(fā)展對策進行闡述，旨在促進鐵路運輸行業(yè)實現節(jié)能發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展。

關鍵詞：鐵路運輸 節(jié)能技術 技能措施

中圖分類號：F206 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2018）03-00-02

引言

鐵路運輸企業(yè)是開展鐵路運輸業(yè)務的主體，在綠色節(jié)能時代，鐵路運輸企業(yè)的發(fā)展也必須要堅持綠色、技能、可持續(xù)發(fā)展的理念和要求。根據國家鐵路能耗統計數據可以看出，我國鐵路運輸行業(yè)的能源消耗量逐漸增加，從能源消耗的絕對量來看，鐵路運輸行業(yè)的能耗十分巨大，是未來節(jié)能整頓的重點行業(yè)。鐵路運輸企業(yè)做好節(jié)能減排工作，是一個十分必要的內容，面對當前的形勢，鐵路運輸企業(yè)的節(jié)能減排工作應該要分為不同的層面，同步進行，一方面要加強節(jié)能技術的研究和應用，另一方面要加強節(jié)能管理，制定科學合理的管理機制、管理政策，確保節(jié)能技術進一步落實，產生節(jié)能效益。

一、鐵路運輸節(jié)能技術推廣和節(jié)能管理的必要性

節(jié)能減排是我國實現可持續(xù)發(fā)展目標的重要保障，鐵路運輸行業(yè)是我國國民經濟建設過程中的主要行業(yè)之一，承擔了重要的運輸任務。在鐵路運輸企業(yè)發(fā)展過程中，能源消耗過大一直是制約企業(yè)和行業(yè)發(fā)展的關鍵原因。隨著我國環(huán)境和能源危機越來越嚴重，在鐵路運輸事業(yè)發(fā)展過程中必須要加強對能源保護工作的重視。傳統的鐵路運輸企業(yè)的能源主要來源于煤炭，而煤炭資源的過度使用，不僅會對能源結構帶來影響，還會導致環(huán)境污染，比如在燃燒煤炭的時候產生大量有害氣體，進入空氣中，對空氣造成污染。對此，在鐵路運輸行業(yè)發(fā)展過程中加強對各種節(jié)能新技術的應用，對傳統的能源結構進行改進，可以有效解決鐵路運輸過程中的能耗過高的問題，也能減少對自然環(huán)境的污染和危害，是一舉兩得的重要措施。

二、鐵路運輸節(jié)能技術

鐵路運輸過程中的能源消耗是各個環(huán)節(jié)的能源消耗的綜合，為了開發(fā)出更多、更實用的鐵路運輸節(jié)能技術，必須要首先分析鐵路運輸車輛運行過程中產生能耗的全過程，剖析鐵路運輸車輛能耗產生的機理，并且對運輸過程中的總能耗的構成進行分析，找出影響鐵路運輸能耗的關鍵因素，并且對其進行改善。具體來講，鐵路運輸節(jié)能技術主要包括以下幾個方面：

1.機車檢修的節(jié)能優(yōu)勢

檢修是機車安全運行的基礎，在檢修過程中也可以實現節(jié)能改造，例如對機車的結構、系統、材質等進行改造，電力機車是一種新型的機車，傳統的內燃機機車檢修過程中，產生的含油廢水是主要的污染物，每一年檢修內燃機機車所產生的化學需氧量以及石油類的污染物占據了總污染排放量的40%以上。采用電力機車之后進行檢修的時候，可以明顯減少含油廢水的排放，產生的脂類、柴油遠遠少于內燃機車的檢修，從而達到環(huán)保目標。

2.減小列車運行阻力

列車運行過程中受到的阻力越大，會導致車輛的能耗越大。車輛受到的阻力主要有兩個部分，一個是基本阻力，一個是附加阻力，基本阻力的產生因素有很多，比如鐵路運輸運行過程中與其空氣產生的摩擦力，車輛與輪軌之間的摩擦力等，這些阻力是不可避免的，但是可以盡量減小。附加阻力指的是在一些特定情況下所產生的阻力，比如車輛在上下坡行駛的過程中產生的坡道阻力，在穿越隧道的時候受到的阻力。鐵路運輸車輛與空氣之間的阻力是運行阻力中最主要的部分，影響空氣阻力大小的因素包括列車外部幾何形狀以及列車表面光滑度，所以可以通過改變車輛的形狀、對車輛表面進行處理，從而減小阻力。比如對鐵路運輸車輛的車頭進行流線設計，遮蓋轉向架和車輪，包裹整個車底等，大約可以減少10%左右的阻力；還可以對車體的外表面進行處理，使得外表面變得更加光滑，車輛之間盡量采用折棚連接，可以有效減小列車側面與列車頂部的空氣阻力。

對于一些運行速度較低的貨車，空氣阻力也是造成能耗較大的原因，比如貨車的外部幾何形狀設計不合理，車輛之間存在空擋，有的運輸車輛為敞篷設計等，這些都會導致車輛運行過程中的空氣阻力變大。針對這種情況，可以采取適當改變車輛形狀，給敞篷車輛加蓋、在組裝貨物的時候對貨物外露的形狀進行優(yōu)化等措施，可以節(jié)約10%左右的能耗。

另外，對于車輛運行過程中與輪軌之間產生的阻力和摩擦力，可以通過減小車輛的重量來減小車輛與輪軌之間的摩擦，也可以通增加潤滑，來減小車輪之間的側向摩擦力，從而達到節(jié)能目的。

3.減少轉化損失

鐵路運輸車輛運行過程中的能量轉換效率是由發(fā)動機決定的，而能量轉換效率又直接影響能耗過程。對于電力機車來講，變壓器是影響發(fā)動機功效的主要因素，傳統的變壓器的效率和質量成正比，需要在質量和效率之間進行權衡，得到一個最佳的效果。另外，也可以對牽引組件進行創(chuàng)新，通過對牽引組件的智能控制，提高整個牽引模塊的運行效果，從而提高牽引效率，達到節(jié)能目的。對于內燃型機車而言，其主要的節(jié)能技術就是對噴油器進行改進，比如可以增加噴油孔或進行二階段噴油，提高車輛的噴油壓力，從而使得內燃機燃燒效率提高15%～20%，減少能耗。

4.列車節(jié)能操縱

在車輛運行過程中會產生不同的操縱方式，車輛的能耗也會根據不同的操縱方式而產生差異。如果一輛運輸車輛在運行的時候時間相等，那么在中間停下的次數越多，能耗也會越多，因為車輛在加速以及減速的時候比勻速行駛的能耗高，所以最理想的方式是鐵路運輸車輛一直以較低的速度保持勻速前進，但是現實情況中一般不會這么理想，往往會出現一些特殊情況，所以就必須要列車駕駛人員掌握正確的列車操作技巧，從而減少列車操作過程中的能耗。經過研究發(fā)現，當列車在起始和停止過程之間，經過最大加速、勻速、惰行、最大減速制動四個過程的時候，能耗是最小的，根據這種操作方式，可以降低大約6%左右的能耗，列車駕駛人員必須要具備節(jié)能意識，按照正確的方式操作列車，從而獲得節(jié)能效果。

5.牽引供電系統改善

牽引供電系統是影響車輛能耗水平的關鍵參數，在鐵路運輸節(jié)能技術研究過程中，對牽引供電系統進行改善，是一個重要的節(jié)能措施。牽引供電系統改善主要包括兩個方面：一個是牽引變電所節(jié)能，包括以下幾個措施：第一，對變壓器的類型進行合理選擇，盡量選擇容量利用率比較高、過載能力強，阻抗較低的變壓器，確保牽引變壓器的電能損失能夠降到最低。第二，對牽引變電所的相序進行換接，可以減小單相牽引負荷在電力系統中引起的負序電流，從而降低能耗。第三，在牽引供電系統中裝設并聯電容補償裝置，所選擇的裝置必須要能夠濾掉三次諧波電流，以此作為裝置的選擇標準。第四，縮短牽引網供電臂長度，可以通過加大饋線截面或增設加強導線的方式實現。另一個是對接觸網進行改造從而達到節(jié)能目的，主要措施有以下幾個方面：第一，在接觸網中增設加強導線，對于增加的導線的數量要進行控制，綜合考慮導線增加之后的成本以及電能節(jié)約之間的相互關系之后選擇最合適的數量。第二，對牽引接觸網進行優(yōu)化，比如對其結構進行重新布置，對其材質進行改進，對截面面積進行優(yōu)化，從而降低牽引接觸網的阻抗大小，達到節(jié)能目的。第三，采用雙邊供電方式。第四，對于已經滿足了對通信線路防干擾條件的電氣化區(qū)段，可以采用直接供電的方式。

三、鐵路運輸節(jié)能管理

對鐵路運輸環(huán)節(jié)進行節(jié)能管理，是強化節(jié)能技術的意義和作用，真正實現節(jié)能目標的重要措施。在鐵路運輸節(jié)能管理過程中，可以分為三個不同的層面，分別是微觀層面、中觀層面、宏觀層面，這樣劃分的目的是為了對節(jié)能措施進行細化，將節(jié)能管理責任落實到具體的責任部門，從而促進鐵路運輸節(jié)能工作順利推進。鐵路運輸節(jié)能管理的微觀層面指的是對列車運行的相關線路、組織設計等進行優(yōu)化的過程，比如改善鐵路運輸車輛的運營組織設計，減少停車次數，優(yōu)化緩沖時間等。中觀層面則指的是從制度和體制改革方面著手，對鐵路運輸節(jié)能管理工作進行控制。宏觀層面指的是從全局以及可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，重新制定鐵路運輸行業(yè)的技術標準，節(jié)能法律法規(guī)、節(jié)能政策等，從而對鐵路運輸總體能耗結構進行控制。

1.微觀層面的節(jié)能管理

微觀層面的節(jié)能管理也可以被看成是節(jié)能管理過程中的具體實踐，主要包括以下幾個方面：

1.1減少停車次數。列車在運行過程中出現制動的時候會產生大量動能損失，能耗也會相應增加。據統計，列車制動時產生的能耗大約占機車總牽引能耗的10%-20%。所以在鐵路運輸車輛運行過程中應該要盡量避免緊急制動。但是由于鐵路運輸系統是一個耦合性和系統性很強的系統，當前有的鐵路基礎設施已經達到了極限，所以當運行過程中某一個點出現故障的時候，很有可能會連帶其他的列車也出現停車。因此，要對鐵路運輸網絡進行全面布置，確保鐵路運輸系統暢通，并且可以加強對移動通信技術、遠程信息處理技術等高新技術的應用，建立智能化列車中央控制系統，對所有的鐵路運輸車輛進行調度，從而減少車輛運行過程中的沖突以及突發(fā)情況，達到節(jié)能的目的。

1.2靈活的運營組織和編組。在鐵路運輸過程中，由于運輸任務的分布不均勻，很有可能會導致能源結構不平衡，有的車輛運輸任務重，能耗較大，對資源的利用也比較充分，但是有的車輛運輸任務低，能耗較小，對資源的利用也不夠充分，反而造成能源浪費。所以在鐵路運輸行業(yè)發(fā)展過程中可以采取靈活的運營組織模式和多變的編組方式，對鐵路運輸車輛的運輸任務進行重新布置，充分合理地利用車輛。

1.3貨運重載。牽引重量對列車運行過程中的單耗有重要影響，當列車的牽引重量增加的時候，列車運行的單耗也會顯著降低。所以在鐵路運輸過程中需要對牽引重量進行科學合理的配置。

1.4減少單機和空車。在鐵路運輸車輛調配過程中，單機和空車現象是不可避免的，但是單機和空車會造成能耗增大，所以必須要力爭少開空車，避免單機走行，減少鐵路系統中的無用功，從而減少能耗。

1.5對緩沖時間進行優(yōu)化。在鐵路運輸過程中停車是不可避免的，無論是載人的列車還是運輸貨物的列車，都要在固定的站點停車。為了增加鐵路運輸系統的可靠性，一般停車的時候都需要一個緩沖時間，目的是為了保證列車在減速直到停車的過程中可以保持安全。從能耗的角度來講，緩沖時間與能耗之間的聯系十分緊密，尤其是當緩沖時間比較少的時候，需要列車緊急制動，所以會增加能耗。因此，在滿足列車運行要求的基礎上，稍微增加一點緩沖時間，可以節(jié)約能耗。當然，在對緩沖時間進行優(yōu)化的時候還需要綜合考慮到列車運行的時間成本和節(jié)能要求，力圖將節(jié)能效益最大化。比如可以盡力移除列車運行區(qū)間不合理的低限速，提高列車在某些區(qū)間的運行速度，增加列車運行區(qū)間的緩沖時間等，這些措施都可以減少能源消耗。

2.中觀層面的節(jié)能管理措施

2.1加強列車能耗的測量和記錄。對鐵路運輸車輛的能耗進行監(jiān)控，是節(jié)能管理過程中的重要內容，監(jiān)測能耗過程并不能節(jié)約能源，但是可以為鐵路運輸企業(yè)提供更多客觀、真實的數據，從而便于企業(yè)開展節(jié)能技術、節(jié)能管理措施研究，并且對節(jié)能技術的應用工作進行推進。

2.2完善節(jié)能管理機制。在鐵路運輸企業(yè)發(fā)展過程中應該要將節(jié)能管理當做一個重要的目標，結合國家的綠色節(jié)能發(fā)展理念，建立科學合理的獎罰機制，激勵員工的工作積極性。比如可以采取能源經濟承包和節(jié)能指標考核等經濟手段，對工作人員進行激勵，使得工作人員在日常工作中可以加強對節(jié)能技術的應用，尤其是對于列車的駕駛人員，要控制自己的行為，采取節(jié)能駕駛技巧，減少鐵路運輸車輛運行過程中的能耗。在鐵路運輸車輛的設計與建設過程中，也可以加強對車輛制造商的激勵，給與一定的獎勵，激發(fā)相關企業(yè)進行技術革新，設計出更多高性能、低能耗的運輸車輛。

2.3經濟推行合同能源管理模式。合同能源管理模式是一種新型的市場化節(jié)能機制，其本質是通過減少能源費用來支付節(jié)能項目開展過程中所產生的成本。在鐵路運輸行業(yè)發(fā)展過程中，可以加強對這種模式的研究和應用，成立專業(yè)的鐵路節(jié)能技術服務公司，進行節(jié)能技術改造，使用節(jié)能項目產生的節(jié)能效益返還資金，從而調動企業(yè)進行節(jié)能改造的積極性。

3.宏觀層面的節(jié)能管理

宏觀層面的節(jié)能管理是從全局出發(fā)對鐵路運輸行業(yè)進行節(jié)能引導的過程。一方面可以加強牽引動力升級改造工作。我國的鐵路運輸行業(yè)發(fā)展過程中一直都十分重視牽引動力結構的改革，當前已經研發(fā)的電力牽引系統可以對傳統的蒸汽牽引系統和內燃牽引系統進行代替，而且電力牽引系統的能耗低，排放量下降，可以作為鐵路運輸行業(yè)的主要牽引設備，發(fā)展電氣化鐵路，使得鐵路運輸行業(yè)的能耗結構更加合理，降低對傳統能源的依賴程度。另一方面，應該要加強對鐵路運輸行業(yè)的技術規(guī)范標準的制定，為新建設的鐵路運輸工程項目提供技術指導，結合現代節(jié)能發(fā)展理念，促進鐵路運輸行業(yè)實現可持續(xù)發(fā)展。

結語

綜上所述，鐵路運輸行業(yè)是我國經濟建設過程中的重要行業(yè)之一，傳統的運輸過程中產生的能耗較大，在綠色節(jié)能時代，加強鐵路運輸行業(yè)節(jié)能技術研究和節(jié)能管理具有十分重要的意義，也是鐵路運輸行業(yè)發(fā)展的畢竟之路。針對當前鐵路運輸行業(yè)的能耗現狀，可以從多方面著手，例如技術改進，加強節(jié)能意識宣傳，加強鐵路運輸行業(yè)節(jié)能標準規(guī)范的制定等，為鐵路運輸行業(yè)的發(fā)展指引更明確的方向，優(yōu)化該行業(yè)的能源結構，實現能源資源的充分利用。

參考文獻

[1]馬超云，梁肖，毛保華.鐵路運輸能源消耗現狀分析[J].中國鐵路，2010（11）.

[2]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（08）.

[3]劉莎.鐵路運輸節(jié)能技術與節(jié)能管理研究[J].工程技術：全文版，2016（08）.

[4]周新軍.鐵路系統節(jié)能技術路徑與措施[J].中國能源，2009（07）.

[5]周新軍.鐵路節(jié)能現狀及技術改進路徑[J].鐵道工程學報，2008（11）.