铁路系统节能技术

节能技术ＥｎｅｒｇｙＣｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ铁路系统节能技术路径与措施周新军（中国铁道科学研究院运输及经济研究所，北京１０００８１）摘要：本文分析了各国铁路实施节能技术的路径与措施，阐述了我国铁路节能技术的路径及未来发展方向，包括大量使用电力机车、提高电气化铁路比重、提高机车牵引效率以及优化运输组织等。关键词：铁路；节能技术；路径；措施；运输组织中图分类号：Ｆ４０７．４７２文献标识码：Ａ文章编号：１００３—２３５５（２００９）０７—００３４．０４ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００３—２３５５．２００９．０７．００８Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｓｐａｔｔｅｒｎｓａｎｄｍｅａｓｕｒｅｓｏｆｒａｉｌｗａｙｔｅｃｈｎｉｃａｌｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇｓｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｏｕｎｔｒｉｅｓ．ＩｔｓｅｔｓｆｏｒｔｈｔｈｅｐａｔｔｅｒｎｓｔＯｓａｖｅｅｎｅｒｇｙａｎｄｆｕｔｕｒｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｄｉｒｅｃｔｉｏｎｉｎｏｕｒｃｏｕｎｔｒｙｒａｉｌｗａｙ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｌａｒｇｅｌｙｕｓｉｎｇｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ，ｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃｒａｉｌｗａｙ，ｒａｉｓｉｎｇｔｈｅｄｒａｗｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｔｈｅｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ，ｅｔｃ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｒａｉｌｗａｙｓ；ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｐａｔｔｅｒｎ；ｍｅａｓｕｒｅｓ；ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＯｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ１铁路节能技术路径喷射技术，等等。第三，加强技术管理。具体措施包括：应用内燃机车用油计算机管理系统，监督内燃机车用油执行全过程，保证计量准确，为节奖超罚提供科学依据；加强对内燃机车用柴油、润滑油的质量检验，保证燃油质量；组织试验筛选质量好、效率高的添加剂产品；组织对各炼油厂油品热值参数适用性研究分析，指导机车合理应用和油品采购；开展内燃机车使用代用油的适用性研究，为内燃机车“代用油”的应用做好技术准备。１．２铁路未来发展趋势将会进一步改变目前铁路系统的能源结构，最终完全形成电力和燃油（其中以耗电为主）的能源消费结构。可以预测，适应这一能源结构的节能降耗战略可以定位为“节油代油”技术，即机车推广节油技术和以电代油技术。在机车的使用和发展上，做到合理使用内燃机车，大力发展电力机车，逐步淘汰蒸汽机车。围绕着这一定位，节能技术路径包括２大项：节油技术和节电代电技术。１．１节油技术路径节电技术路径首先是改进和提高内燃机车的技术装备水平，使内燃机车燃泊消耗率达到国际先进水平。具体方法就是采用加装机车新型轮轨自动润滑节能装置，强化柴油机结构和性能参数等技术措施。其次，提高柴油的使用技术。比如：采用高冷凝点的柴油；推广使用零号柴油技术；推广润滑油、燃油添加荆和节油装置的应用；发展电子燃油牧稿日期：２００９・０６．０３首先，研究开发、扩大运用交流传动电力机车。推广机车向客车供电技术，电气化区段运用的新造客车采用ＤＣ６００Ｖ供电制式，逐步减少发电车为客车供电。其次，是改进电气化线路质量。包括：采用各种节电技术，提高电气化铁路的电能质量和供电效率；合理配置电气化铁路用电容量，提高牵引变基金项目：此文为铁道部白皮书项目“铁路发展与国家能源安全的研究”（项目号为２００６Ｆ００３）阶段性研究成果作者简介：周新军（１９６７．）。湖南东安人，高级经济师，博士，研究方向为运输经济，公司治理及战略管理。万方数据３４Ｔ嘲删厶ｒ纫第３１卷第７期２００９年７月ＥｎｅｒｇｙＣｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ节能技术压器的利用效率；电气化铁路牵引供电网采用高性２．２提高电气化铁路比重能的动态无功补偿技术，提高功率因数和变压器加快铁路电气化建设，实现“十一五”期末铁的容量利用率；减少谐波分量和负序电流。合理选路电气化率４５％的目标，从中长期来看，目标仍需择接触线线材，提高弓网受流性能。复线电气化铁进一步提高。我国铁路的现实情况是，电气化铁路路区段牵引供电系统推广采用平衡变压器。的比重多年来一直徘徊在３０％左右，即使加上目前２铁路节能未来发展方向新建的高速铁路，要达到４５％的目标仍有相当大的铁路节能未来发展方向主要集中在２大方面，难度。另一个问题是，即便达到了这一目标，与西一是大力推进“以电代油”工程，实现能源结构根方发达国家相比仍然是很低的。比如，西欧国家电本性调整和优化；二是继续推进内涵式扩大再生气化铁路平均达到了８０％以上，有的国家甚至达到产，通过改善和调整运输组织，挖潜节能。相比较了ｌ００％。因此，提高电气化铁路的比重就成为我而言，起关键性作用的还是实施“以电代油”工程。国铁路发展的一个主攻目标。比较可行的路径是：因此，加快铁路电气化建设，积极推进节约和替代改造存量，保证增量，即对繁忙的既有线实行电气石油工程，仍将是“十一五”期间铁路节能工作的化改造，新建线路全部按电气化线路进行设计和一项重要目标。据测算，通过提高既有线电气化率投资施工。这个方案有３点非常关键，一是新建客和电力机车牵引比重，“十一五”期末，在运输能运专线全部实现电气化，做到“一步到位”，避免耗总量增长幅度低于换算周转量增长幅度的基础二次改造；二是煤运通道全部实现双线电气化；三上，铁路行业将实现以电代油ｌ２００万ｔ，铁路牵是在客货混跑的既有线中，争取做到主要干线全引成品油消耗量将比“十五”期末下降９０万ｔ。部实现电气化。２．１大量使用电力机车２．３提高机车牵引效率铁路以电代油的关键环节是大量使用电力牵由于铁路能源消耗主要集中在机车的使用上，引，合理利用并逐步降低内燃机车的比重。根据铁因此，提高机车牵引效率，直接关系到能耗效率。道部的计划要求，“十一五”期末电力机车牵引比机车能耗包括有效能耗和无效能耗，有效能耗的重要达到８０％以上的目标。新建客运专线，要全部高低取决于机车本身的性能，无效能耗高低取决使用电力牵引。目前电力机车的比重离这一要求于运输组织的优劣。降低机车有效消耗的途径是还有相当大的距离。２００６年国家铁路电力机车在所改进机车的性能，比如，尽量使用电力机车，使用有机车中所占比例为３２％，在某些铁路局电力机车内燃机车也应该向大功率的内燃机方向发展，降的比重还低于全路的平均水平。因此，使用电力机低机车有效能耗。车还有很大的空间。未来的机车构成中，电力机车但在既定的机车条件下，降低无效能耗更容要成为绝对主力，主要干线全部实现电力牵引。在易收到实效。因此，如何降低无效消耗理应成为今电气化线路使用内燃机车牵引，从某种意义上来后节能工作的一个重点。说，也是资源的极大浪费。内燃机车只在支线或者产生无效能耗的情形有２种，第一种情形是机用于特殊条件下救急之用，比如，因严重雪灾或者车站停超时形成的柴油机空转耗油浪费，这跟行车暴风雨导致电力接触网中断供电，电力机车无法调度以及车站组织工作有关系；第二种情形是列车运行，应迅速启用内燃机车救急。在运行途中出现了停车或减速所造成的动能损失，同时，要扩大机车向客车供电技术应用范围，其原因有３：一是因故非正常停车再启动运行所造成在电气化区段逐步取消柴油发电车，无特殊要求的的。二是列车在运行途中由于司机操纵不当造成的禁止使用燃油锅炉。实践证明，电力牵引会带来许浪费。三是单线区段列车交会处置不当造成的浪费。多效益。高速铁路由于使用动车组，节能效果更为显然，降低或避免无效浪费的关键是要创新运输组明显。比如，“和谐号”ＣＩｍ２型和ＣＩｍ３型动车组，织结构以及出台一些制度性的奖励和约束措施。采用了流线型车体和轻量化技术，重量比一般铁路２．４新式的站房设计采用新技术，实现节客车轻３０％以上，降低能耗效果显著。大致测算，能环保ＣＲＨ３型“和谐号”动车组列车每小时人均耗电仅新修建的高速铁路和客运专线除了使用电力机１５ｋＷ，从北京南站到天津站人均耗电７．５ｋｗｈ，是车，能实施“以电代油”工程外，其新式的站房设陆路运输方式中最节省能源的。计由于采用了新技术，实现了节能环保。比如，北～ｌ’雨二Ｊ’暖第３１卷第７期２００９年７月Ｔ洌删厶。铆。：Ｊａ万方数据节能技术ＥｎｅｒｇｙＣｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏＩｏｇｙ京南站、天津站均设计了超大面积的玻璃穹顶，在各层地面还作了透光处理，充分利用自然光照明。北京南站采用了热电冷三联供和污水源热泵技术，可以实现能源的梯级利用，该系统产生的年发电量，能满足站房４９％的用电负荷。北京南站还采用了太阳能光伏发电技术，充分利用了太阳能。根据我国中长期铁路网规划，未来十余年我国将有一批客运专线和高速铁路投入建设和运营，如果其配套的新站房能在节能技术上进一步提高和完善，将对我国铁路系统的节能降耗产生更为积极的影响。２．５大列，并向１．５万ｔ或２万ｔ大列目标方向迈进。（２）提高货物装卸效率提高货物装卸效率是提高运输生产力水平的又一个关键技术环节，尤其是对于煤炭运输而言，提高货物装卸效率，可以大大增强铁路运力，缩短机车停时，降低油耗。其途径包括：一是通过开行直达列车，实施整列配空装车、整列卸车。实践证明，这种“点对点”的运输方式提高了运输组织效率；二是对装卸场所进行改造，打造战略装车点。除了装卸设备进行现代化改造之外，还应对装车线进行改造。这些措施有助于从运输组织上进行优化，提高机车运用效率，实行节约用油和用电的目的。（３）改进列车调度技术，实现信息现代化信息技术在铁路运输中的使用大大提高了铁路作业技术的现代化，并对原有的工作方式和作业流程产生了革命性的变化。比如，ＣＴＣ和ＴＤＣＳ在列车调度中的运用就彻底地改变了原有的列车调度方式，大大提高了工作效率，实现了科学合理地编制列车运行图，使最大化地配置铁路运输资源成为了可能。信息技术实现了列车运行计划的计算机程序设定，列车计划调度人员根据计算机提供的充分信息能对运行图进行灵活、快速的调整，以确保运输组织的各环节更为紧密协调地运作，为科学合理地组织行车调度指挥创造了有利条件：一是可以做到优化机车运用，最大程度地减少机外停车，少放单机，减少备用机车；二是能够均衡上下行车流，避免不合理空车、欠重车；三是能优化牵引定数，合理配置机车。机车与牵引吨位合理配备，组织满载货物运输，减少欠重欠轴，避免功率浪费、损坏机车等，提高机车运用效率。列车调度手段的现代化最直接的效果之一就是大大提高了能源利用效率，降低了能耗，节约了能源。（４）优化运输中间环节的资源配置压缩铁路运输中间环节是最大化利用铁路现有资源，提高运输生产率，实现铁路内涵式扩大再生产的重要手段。代理理论认为，代理链越长，越不利于管理者对执行人员进行控制，组织的效率也就越低。随着市场经济的进一步发展和铁路生产力水平的不断提高，对运输组织中间环节进行改革，优化铁路资源的时机已经逐渐成熟。一是精简机构，简化流程。２００５年３月１８日，全国铁路成功实施了铁路局直接管理站段体制改革，取消了铁路分局；２００３年８月至２００６年３月，铁道部对全路运输生产力布局进行了大范围调整。改进铁路运输组织，提高能源利用效率蓬勃发展的铁路事业对铁路运输组织产生了重大的影响，运输组织方式的这一新变化又引起了对能源利用效率的影响。运输组织方式的变化主要包括货运组织方式实施重载运输，货物装卸技术变化，行车调度方式的变化，以及整个运输组织结构的简化等方面。铁路运输实际上是一个通过铁路组织网络中的各个环节，实现资源优化和高效率的过程。因此，创新运输组织结构，不仅可以使铁路通过挖潜改造，实现自身的大发展，而且可以在发展中有效地降低能耗，节约成本。（１）实施重载运输实施重载运输已成为铁路运输的发展方向之一，除了能够提高铁路运输效率以外，它还能节约能源。西澳大利亚的ＢＨＰ重载铁路公司从１９８０年到２０００年，由于开行重载列车，车轮、钢轨寿命提高了３—５倍，劳动生产率提高５倍，达到了６０００万ｔ・ｋｍ／入年，动力油耗下降了４３％。与国外相比，我国铁路重载运输相对落后，但经过２０多年的努力，也取得了重大的突破。其发展过程可以概括为：通过２种途径，经历了３个阶段和采用３种不同的运输组织模式。２种途径就是新建大能力、高标准的重载列车运输专线和有计划地对既有线进行配套改造。３个阶段和采取３种运输模式，即为第一阶段１９８４—１９９０年，开行组合式重载列车。１９８９年９月１９日第一列万吨重载列车在大秦线试验成功。２０世纪９０年代我国铁路重载技术开始向生产力全面转化；第二阶段１９９０～ｌ９９２年，新建大同至秦皇岛铁路运煤专线，开行单元式重载列车；第三阶段为ｌ９９２年以后，对沿海繁忙干线逐步改造，开行整列式重载列车。对煤炭运输采用重载运输，不仅提高了运力，缓解了煤炭的运输压力，而且有效地降低了能耗。因此，今后应在改造后的既有线和新建煤运通道上，更多地组织ｌ万ｔ丫洌删ｔ，ｒ动第３１卷第７期２００９年７月万方数据３６ＥｎｅｒｇｙＣｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ’驼玟不节能技术实践表明，这２项重大改革彻底打破了我国铁路延续５０多年的运输管理体制和运输生产力布局，使铁路运输组织结构得到优化。首先，提高了线路资源使用效率。机构改革打通了原分局分界口，解决了过去由于运输站段过多、人为分割运力资源的问题，为统筹利用路网能力、进一步提高列车速度、增加客货列车对数、发展重载运输创造了有利条件；其次，提高了机车车辆运用效率，促进了编组站的优化分工、机车车辆的优化配属及合理运用，大大提高了机车车辆运用效率。２００６年与２００４年相比，全路机车日产稳步提高，货车周转时间进一步压缩，节约了大量机车车辆购置费；再次，提高了运输指挥效率。全路四大工种调度台大幅度压缩，调度指挥里程大幅度延长，铁路局直接指挥行车，为实现运力资源优化配置、提高运输组织效率创造了积极条件。二是压缩机车在站无效等待时间。降低和避免无效能耗的方法有以下几种：一是加强对计划调度人员技术培训，提高其作业水平。造成机车站停超时的一个重要原因是列车调度人员指挥不当，工作缺乏效率。因此，需要加强计划调度工作。首先，要认真组织提高列车阶段计划的准确性，计划调度员和机车调度员要及时沟通，安排好机车叫班点，做到不早叫，压缩机车在站无效等待时间；其次，要合理安排好列车的交会和待避时刻，减少机车的中间站停留等待时间。尤其在干线要按照列车运行图的时刻行车是非常关键的，调度员只（上接第３３页）１９９０年到２００５年，蒸汽机车的能源消耗比重快速降低，而内燃机车和电力机车的比重越来越大。在ｌ有按图组织、按线条运行才能尽量减少列车中间站停留时间；第三，切实提高了机车乘务员途中操纵水平。司机操纵不当，主要表现在途中因为速度控制不好，在接近限速时被迫使用制动减速，一般情况下一次制动将使列车速度下降５ｋｍ／ｈ，会造成列车运行中能耗的浪费。３结论构建铁路节能降耗的制度保障包括一系列法律制度的制定以及考核激励机制等无疑是十分必要的，但更重要的是要尽快提高节能技术，大力推进“以电代油”工程，以及继续深化铁路内涵式扩大再生产，实现生产方式的根本性转变和能源消费结构的升级换代。铁路节能技术，如果仅从个别环节上谋求改进和创新，已很难产生明显效果，必须要从全局范围、战略高度以及未来发展的层面来进行谋划和设计。因此，铁路未来节能降耗的发展方向主要集中在２个大的方面，一是提高线路电气化率和电力机车牵引比重，实现铁路大面积“以电代油”，降低对供给日益严峻的石油资源的依赖，进一步改善整个交通运输的用能结构；二是改革和完善铁路运输组织，通过推行提高行车调度技术等内涵式扩大再生产实现铁路的挖潜节能。参考文献：【１】刘志军．我国铁路建设史上的又一座里程碑【Ｊ】．求是，２００８，（２２）：５６—５８．【２】史茂．铁路运输中机车能耗的浪费【Ｊ】．上海铁道科技，２００４，（５）：４２．４３．能潜力与对策分析【Ｊ】．宏观经济研究，２００８，２９（６）：２８・３３，６３．【４】赵静．我国交通运输业能源消费及用电分析【Ｊ】．中国能源，２００８。３０（１２）：２７—３０．【５】吴文化．我国交通运输行业能源消费和排放与典型国家的比较【Ｊ１．中国能源，２００７，２９（１０）：１９．２２，９．【６１吕胜利．创建资源节约型铁路运输企业探讨【Ｊ】．中国能源，２００５，２７（９）：２９—３０．【７】周新军．铁路发展与国家能源安全关联度研究【Ｊ】．中国能源，２００８。３０（１２）：１０．１６．【８】交通科学数据共享网铁路数据中一Ｌ，［ＤＢ／ＯＬ】．ｈｔｔｐ：／／ｒｓｄ．ｒａｉｌｓ．ｃｏｍ．ｃｎ／ＲａｉｌＤａｔａＳｈａｒｅ／．９９０年，蒸汽机车的能源消耗量占我国铁路机车能源消耗总量的近７１％，而内燃机车和电力机车的能源消耗量比重分别只占２６％和３％。到了２００５年，蒸汽机车已从运输牵引中退出，此时内燃机车已经成为我国铁路机车的能源消费大户，占到机车能源消耗总量的７８％，电力机车的能源消耗比重也升至２２％。参考文献：【１】何建坤，刘滨．我国减缓碳排放的近期形势与远期趋势分析【Ｊ】．中国人口・资源与环境，２００６，１６（６）：１５３—１５７．【２】朱跃中．“十一五”期间我国交通部门能源需求展望及节能潜力分析［Ｊ】．中国能源，２００７，２９（１２）：１８－２５．【３】吴文化，樊桦，李连成，等．交通运输领域能源利用效率、节【９】姜正才．中国铁路取得增运不增能耗的节能好成绩【Ｊ】．中国铁路，１９９５，（７）：２３—２４．【１０】国建华．交通运输的可持续发展【Ｊ】．中国铁路，２００３。（１２）：２２．２５．【１１】佟立本．铁道概论【Ｍ】．北京：中国铁道出版社，２００８．万方数据第３ｌ卷第７期２００９年７月Ｔ洌哪厶。幼３７