高速铁路轮轨与磁悬浮方案对比分析

　总第204期交　通　科　技

Ser ial N o.204　2004年第3期T r anspo rt atio n Science &T echno lo gy N o.3June.2004

收稿日期:2004-02-22

高速铁路轮轨与磁悬浮方案对比分析

肖新立

(铁道第四勘察设计院　武汉　430063)

摘　要　从主要技术标准、客运量、输送能力、能量消耗、对环境的影响与工程投资等方面对京沪高速铁路的轮轨方案与磁悬浮方案进行对比分析,提出京沪高速铁路宜采用轮轨方案。关键词　轮轨高速铁路　磁悬浮　技术方案

1　高速铁路轮轨与磁悬浮方案的主要技术标准京沪高速铁路轮轨方案与磁悬浮方案的主要

技术标准对比见表1所列[1]。

表1　磁悬浮与轮轨系统主要技术标准对比表

项目轮轨系统磁悬浮系统

正线数目双线双线设计速度/km ・h -1

300500平面最小曲线半径/m 一般7000困难5500一般7000困难6000最小竖曲线半径/m 2500045000最大坡度/‰12100线间距/m 5.0 5.1牵引种类电力电力机车类型动车组T R 08到发线有效长度/m 650260列车运行控制方式

自动控制

自动控制

2　京沪高速铁路轮轨与磁悬浮方案客运量对比分析2.1　两种方案的客流密度

京沪高速铁路运量采用四阶段法预测,不仅可以动态分析通道上各方式的分工,而且可以分析如票价、运行速度等对旅客选择的影响,还可以通过社会总需求的预测,合理分出运量来源(诱发、转移运量),为研究客车开行方案、运营管理模式、经济效益分析等提供基础。根据上述因素预测的京沪高速铁路磁悬浮和轮轨两种方案客流密度见表2所列[2]。

表2　京沪高速铁路两种方案客流密度表　万人

区段2010年2015年2020年磁悬浮轮轨磁悬浮轮轨磁悬浮轮轨徐州-蚌埠177938872478489734065831蚌埠-南京192341382645511135726033南京-常州202544712791542837196221常州-无锡199542992764520137305897无锡-苏州208943232838518737455752苏州-上海

1896

3951

2545

4716

3301

5121

　注:轮轨方案运量数据源自2001年6月版《京沪高速铁路运量

预测研究报告》。

2.2　两种方案的客运量对比分析

一方面,磁悬浮方案与轮轨铁路不兼容,因而不能开行跨线车。从北京至上海间将全部开行高速客车,在客流来源上,比轮轨方案减少了;另一方面,磁悬浮方案票价0.62元/(人・km ),比轮轨技术方案票价0.45元/(人・km )高37.78%。虽然磁悬浮方案旅行速度比轮轨方案高,但客流分配率比轮轨方案低。因此,磁悬浮方案的客运量仍然低于轮轨方案客运量的2/3,具体情况见表3所列[3]。

表3　京沪高速磁悬浮方案与轮轨方案

客运量对比分析表 %

区段2010年2015年2020年徐州-蚌埠45.7650.6058.41蚌埠-南京46.4751.7559.20南京-常州45.2951.4259.78常州-无锡46.4053.1363.25无锡-苏州48.3254.7165.10苏州-上海

47.99

53.97

64.46

3　轮轨与磁悬浮方案的输送能力对比分析

3.1　磁悬浮方案输送能力

采用无越行开行方案,其区间能力适应情况见表4所列。

表4　京沪高速磁悬浮方案区间能力适应情况表

区段满载能力

/对

使用能力

/对

需要能力/对

2010年2015年2020年

徐州-南京1221096290117

南京-常州1201086493120

常州-上海1341206696124

计算设计年度输送能力时,列车定员:高速列车采用1000人/列,列车满载率采用0.85。经计算,单向输送能力为3350万人/年,预测2010年、2015年及2020年本段客流密度分别为2089万人、2838万人、3745万人。因此,输送能力均能满足2010年及2015年能力要求,但使用能力不能满足2020年需要能力要求。

3.2　轮轨方案的输送能力

采用有越行开行方案,其区间能力适应情况见表5所列。

表5　京沪高速轮轨方案区间能力适应情况表　万人区段

单向输送能力客流密度

2010年2015年2020年2010年2015年2020年

徐州-蚌埠422853596446388748975831

蚌埠-南京452756016741413851116033

南京-常州478458976665447154286221

常州-上海461356446412432352015897

根据2001年6月版《京沪高速铁路运量预测研究报告》,计算设计年度输送能力时,列车定员:高速列车2010年采用1300人/列,2015年采用1600人/列,2020年采用1600～1800人/列,中速车均采用1300人/列,列车满载率采用0.85。经计算,输送能力均能满足客运量需求。

3.3　两种方案的输送能力对比分析结论

(1)轮轨方案的单向输送能力(最大为6741万人/年)远大于磁悬浮方案的单向输送能力(3350万人/年)。

(2)轮轨方案的单向输送能力能满足2010年、2015年及2020年客运量需求;磁悬浮方案的单向输送能力能满足2010年、2015年客运量需求。也就是说,2020年以后京沪磁悬浮高速铁路的少部分客运量要强制分流到其他运输方式上。4　轮轨与磁悬浮方案能量消耗对比分析

4.1　轮轨方案能耗量

根据1999年7月的《京沪高速铁路综合技术研究》汇编资料,京沪高速铁路轮轨方案能量消耗量计算值为43.46kW・h/(万人・km),511.29 kW・h/(万人・km)。上述列车公里能耗换算为万人公里能耗时,列车定员按1000人,满员率按85%计算。能耗与国外高速轮轨铁路实际能耗相比,有高有低,这是因为影响能耗的因素很多,各国情况不同,相差较大。

德国曼海姆至斯图加特间ICE高速列车最高速度250km/h,每列车公里能耗29.1kW・h,比我国低33%,ICE列车定员为760人,满员率为50%,则每万人公里能耗为765.80kW・h,显然高于我国计算值,这主要是因为其满员率低于京沪高速铁路轮轨方案。

随着列车速度提高,空气阻力与能耗也增加,而且呈几何级数增加,但是高速铁路由于延长了站间距离,减少了制动与起动次数,又采用了交流驱动方式及再生制动,特别是不断改进车体的流线型结构,减轻轴重,增加定员等,高速列车的电能消耗量实际上并没有随着速度的改变而急剧增加,有的单位能耗甚至没有变动或有所降低。如德国ICE高速列车曼海姆至斯图加特间由103型电力机车牵引的旅客列车在速度为160km/h 时,每列车公里能耗为23.80kW・h,而ICE列车速度提高到250km/h时,每列车公里能耗仅上升到29.10kW・h,速度提高了56%而能耗仅增加了22%;法国T CV列车15年来,车内舒适度提高了,载客量也增加了,相同速度下每座席公里能耗却下降了20%;日本新干线300系高速列车,最高速度270km/h,从东京至大阪515.3 km,列车定员1323人,每万人公里耗电仅318.26kW・h,与100系(最高速度200km/h)比较,电能消耗仅增加了14.7%,与0系(最高速度200km/h)比较,单位能耗反而减少了。

由上述可知,京沪高速铁路轮轨方案能耗值是以最高速度250km/h为基础计算的,但还有很大的节能潜力,因而亦可作为远景目标时速300km/h列车能耗的参考值。

4.2　磁悬浮方案能耗量

京沪高速铁路磁悬浮方案按设计年度总能耗

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