中车大连机车车辆有限公司 辽宁大连116000
摘要:对国内外混合动力发动机技术的发展现状进行了分析,对我国发动机的市场需求和技术优势进行了概述,并对其运行效果进行了分析,提出了采用“柴油车+锂离子电池”的混合动力发动机是新一代铁路系统的发展趋势。
关键词:机车;动力电池;混合动力;运用
《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划的建议》明确指出,要推进绿色发展,加强对生态环境的保护,推进交通行业的低碳化、可持续发展。在《能源中长期发展规划纲要》中,国务院发布明确指出:“机车车辆应使用高性能的燃油添加剂,并采取多种节能措施与设备,以减少燃油消耗。”这表明,利用新型技术替代内燃机车是一项迫切而必要的工作。开发的混合驱动系统,满足了我国政府及行业发展的需要;利用该系统研制出一种新的混联式调车机车,并得到了推广应用,这与我国的中长期发展战略计划相一致。
1.混合动力机车的优势
(1)节油效果显著
机车采用混合动力驱动方式,既可以避免停车备车时的油耗,又可以确保发动机工作在高效区域内达到节约燃料的目的,优化了燃油电子喷射、高效高压比增压、提升了柴油机经济性;对车辆的制动能量进行高效回收,达到能源的循环使用,进一步降低了燃油消耗;与常规调车式调车相比,使用更低动力的柴油,使其辅助动力降低3%~5%,提高了机车动力的利用率。
(2)环境友好性更好
这种新型的混合动力机车在运行过程中对驾驶员、机组人员、周围居民以及周围空气的污染具有明显的抑制作用。其中,以混合动力驱动为代表的机车,其运行时间为4—6小时,运行时间只有常规调车的1/4,而其发动机功率比相同牵引能力下的1/2,可显著降低噪音对周边环境的干扰。
2.国内外混合动力机车发展状况
2.1国外
法国阿尔斯通公司推出了V100型液压传动机车,该机车由238千瓦的柴油机和102 kW功率的镉镍电池组成。试验证明,与常规的电力驱动的内燃调车机车比较,其油耗可减少3%左右。由于这个成果,AL-ToM公司一共制造了5辆这种型号的列车供德国的 MG营运公司使用。
日本铁道运输公司研发出一种由柴油发电和锂离子电池蓄能,具有制动能量回收功能,并采用永磁直驱工艺驱动电动机的H-D300型油-电混合型调车机车。实验证明,与常规的电动驱动发动机比较,该车节省了6%的燃料,降低了61%的二氧化碳排放。从2012年起,这款发动机就开始投入使用,到目前为止,日本已经投入使用了32辆。
2.2国内
我国在这方面的研究相对滞后,经过10多年的研发,中车大连机车有限公司先后开发了多种轻混、重混调车机车。2023年研制出一种FXN3B型节能环保型(轻混)调车内燃机车,采用额定功率达2500kW的240H型高速柴油发动机,能够很好的满足TIER II的排放要求。蓄有184 kWh的钛酸锂动力电池。尤其适用于郊区货运站及小运转作业,其长续航能力可作为救援机车使用,应对灾害天气环境。能够完全替代DF7等既有内燃调车机车。同年研制出的FXN3D型混合动力(重混)调车内燃机车,采用额定功率达1250kW的240H型高速柴油发动机以及蓄有630 kWh的钛酸锂动力电池,适用于特大型或中心城市内的客运站,调车、小运转作业,或作为救援机车使用应对接触网断电工况。取得良好的经济效益和社会效益。该车节能减排效果更优。能够替换DF5、DF7系列等既有直流调车机车。
3.混合动力机车运用效果分析
3.1小运转作业运用
FXN3D机车从哈尔滨南站开往绥化,共计运行了2430米,累计完成了59834吨的拖挂,累积燃料消耗11850L,因此FXN3D机车发动机的油耗为14.67L。FXN型调车机车,共计完成8趟,总行程1080km,总牵引吨位29555t,单次累计燃油消耗9400 L,每万吨公里油耗为23.56 L;与之相近动力水平的 D F型调车,共计三趟,共计行程405公里,累积牵引吨位9153t,单次累计燃料消耗约3250L,每104吨公里油耗为26.3 L。整体系统在工作状态下具有良好的稳定性。
3.2推峰解体作业运用
FXN3D机车一共进行了20个峰值分解,378个小时的推峰工作,7738000米的推峰分解工作,总计完成了1732503吨的牵引力,10650 L的燃料消耗,平均燃料消耗量61.47L/(104 t·k m)。在此期间,HX型机车在同一工作条件下进行了668次的解体作业,7吨的拖运,共计燃料消耗量17400L,平均油耗807L/(104 t·k m)。HXN6型机车与此次测试相同动力水平的HX型调车相比节油量为3.2%。
3.3编组作业运用
FXN3D机车共完成580次编组作业,累计牵引共计完成2378.8万吨的任务,燃料消耗量为21.5L,平均油耗为93.13 L/(104 t·k m)。与HXN3B对比,其
在此段时间里进行了638次的编组工作,共计牵引2559.9万吨的燃料,其燃料消耗量大约为320 L,平均油耗为129.97 L/(104 t·k m),与同级别的HX系列调车机车比较,其节油约28.34%。使用检验资料显示,在相同条件下,以更小的油耗值HXN5B与HXN3B对比,在机组运行时,节油率可达28.4%~3.25%;错峰运行时,节油率可达24.6%~24.5%;在小型运行工况下,FXN3D机车与同等动力水平的HX型机车在104 t·k m内的燃油消耗减少了3.73%,而与相同动力水平的DF型机车比较,可节省4.2%。
结束语:
综上所述,根据目前国内外和我国的节能环保政策、使用经济性以及乘客工作环境舒适度等发展需求,研制出低排放、低噪音、低燃油经济性的绿色环保发动机是新一代调车列车发展方向。
参考文献
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