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

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

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[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.