双源动力集中动车组技术经济性评价方法.pdf
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1、2023年第5期 总第175期双源动力集中动车组技术经济性评价方法*张泽锡1,赖晴鹰2(1中国铁路经济规划研究院有限公司 助理研究员,北京 100038;2中国铁路经济规划研究院有限公司 博士后、助理研究员,北京 100038)摘 要:在我国铁路网的末端存在一些电化线路及非电化线路相互混合的现象,双源动力集中动车组具备“宜电则电”“宜内则内”的特性,在混合区段中选用双源动力集中动车组,可以实现内电牵引模式的便捷转换,极大程度满足电气化和非电气化铁路跨线衔接需求。通过划分双源动力集中动车组的主要应用场景,采用定量分析的方法探究利用双源动力集中动车组替换既有机车的可行性,测算出不同典型场景下使用双
2、源动力集中动车组所带来的经济效益,进而推动双源动力集中动车组的部署,利用科技创新实现新时代铁路事业绿色低碳、高质量的发展。关键词:双源动力集中动车组;需求分析;经济性评价;定量分析文献标识码:A 文章编号:1004-9746(2023)05-0018-060引言我国幅员辽阔,受到历史沿革和地缘环境等因素影响,在东北、内蒙古北部、西北和西南等地区既有铁路网的末端存在一些电化线路及非电化线路相互混合的现象。在这些混合区段上会出现内燃机车走行电化线路的情况,从而造成牵引供电设施闲置及投资浪费,并增加燃油消耗及碳排放。铁路部门为避免内燃机车在电化线路上运行带来的负面影响,在混合区段进行换挂作业,确保电
3、力机车在电化线路上运行,内燃机车在非电化线路上运行。然而频繁的换挂作业,又会占用车站及区间通过能力,增*基金项目:中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划课题“内电双源动力集中动车组技术深化研究”(N2021J050)Econnomic EvaluationEconnomic EvaluationEconnomic EvaluationEconnomic EvaluationEconnomic EvaluationEconnomic EvaluationEconnomic EvaluationEconnomic EvaluationEconnomic EvaluationEconnomic E
4、valuationEconnomic EvaluationEconnomic EvaluationEconnomic EvaluationEconnomic EvaluationEconnomic EvaluationEconnomic EvaluationEconnomic EvaluationEconnomic EvaluationEconnomic EvaluationEconnomic EvaluationEconnomic EvaluationEconnomic EvaluationEconnomic EvaluationEconnomic EvaluationEconnomic E
5、valuationEconnomic EvaluationEconnomic EvaluationEconnomic EvaluationEconnomic EvaluationEconnomic EvaluationEconnomic Evaluation经济评价Economic Evaluation Method for Dual-Source Power Centralized EMUs TechnologyZHANG Zexi1,LAI Qingying2(1 China Railway Economic and Planning Research Institute Co.,Ltd.
6、,Assistant Research Fellow,Beijing 100038,China;2 China Railway Economicand Planning Research Institute Co.,Ltd.,Assistant Research Fellow,Beijing 100038,China)Abstract:At the end of Chinas railway network,there are some electrified railways and non-electrified railways mixed with each other.Dual-so
7、urce power centralized EMUs have the characteristics of electricity is suitable for electrified railways and internal combustion is suitable for non-electrified railways.The selection of dual-source power centralized EMUs in the mixed section can realize the convenient conversion of internal combust
8、ion and electric traction mode,and greatly meet the needs of electrified and non-electrified railways cross-line convergence.By dividing the mainapplication scenarios of dual-source power centralized EMUs,we explore the feasibility of replacing existing locomotives with dual-source power centralized
9、 EMUs by quantitative analysis,and measure the economic benefits brought by using dual-source power centralized EMUs under different typical scenarios.The study promotes the deployment of dual-source power centralized EMUs and realizes the green,low-carbon,and high-quality development of the railway
10、 business in the new era by using scientific and technological innovations.Key words:dual-source power centralized EMUs;demand analysis;economic evaluation;quantitative analysis18加旅行时间,进而影响旅客乘车的舒适程度1。双源动力集中动车组具备“宜电则电”“宜内则内”的特性,在混合区段中选用双源动力集中动车组,可以实现内电牵引模式的便捷转换,满足电气化和非电气化铁路跨线衔接需求。双源动力集中动车组的选用除可以有效避免内
11、燃机车在电化线路上运行外,还可以最大程度上消除原有换挂作业所带来的负面影响,充分利用既有固定设施和移动设备的同时,避免投资浪费,降低燃油消耗,进而显著降低运营成本。此外,由于减少了机车换挂作业额外占用咽喉和到发线的时间,也有利于提高车站通过能力,极大程度上提升旅客舒适度。双源动力集中动车组采用内燃和电力两种不同的动力源,当接触网发生故障时可通过切换内燃牵引模式实现自救,无须等待救援机车,有利于保障路网运输秩序的稳定,提升路网容错能力。本文以双源动力集中动车组为主要研究对象,结合双源动力集中动车组的优势潜能,划分出双源动力集中动车组的主要应用场景,通过分析利用双源动力集中动车组替换既有机车的可行
12、性,在运用需求分析成果的基础上,采用定量分析的手段,测算出不同典型场景下使用双源动力集中动车组所具备的经济效益,进而推动双源动力集中动车组的合理部署。1双源动力集中动车组主要应用场景研究双源动力集中动车组的运用推广需要充分考虑既有运力布局和装备生命周期。目前,不适宜作为双源动力集中动车组替换对象的情况有两类:第一类是动力集中型动车组,由于该车组上路年限较短,且已经采用了主流电力牵引的模式,因而从合理投资回报的角度来看不应在短期内淘汰换新;第二类是公益性“慢火车”,由于运行速度较低,且乘坐该火车的旅客对运到时限要求不高,因而从投入产出的角度来看宜保持现状。根据应用场景的不同,双源动力集中动车组主
13、要包括以下三种不同的类型,分别为:(1)平原型电力、内燃动力分置式动力集中动车组;(2)更高海拔电力、内燃动力分置式动力集中动车组;(3)内电集成式动力集中动车组2。其中,在拉林、拉日高原铁路中更适合选用更高海拔电力、内燃动力分置式动力集中动车组3。而双源动力集中动车组在平原地区的运用则需要充分考虑条件变化,例如:在运用方式、牵引动力、编组方式、设备布局、混合牵引能力等方面,以最终确定双源动力集中动车组的类型4。结合平原型电力、内燃动力分置式动力集中动车组,更高海拔电力、内燃动力分置式动力集中动车组以及内电集成式动力集中动车组的技术指标,通过分析可能替换的对象,得出双源动力集中动车组的三种主要
14、应用场景5。“场景一”是指在既有电化线路上由内燃机车牵引普速客车完成的工作改由双源动力集中动车组(电力模式)完成,如图1所示。“场景二”是指在混合区段中存在机车换挂情况的普速客车改由双源动力集中动车组完成,如图2所示。“场景三”是指在既有电化线路上由电力机车牵引普速客车完成的工作改由双源动力集中动车组(内燃模式)完成。其中,“场景三”存在一个较为强烈的前提假设,即需要完全拆除基础供电设施后,内燃牵引模式才能获得成本节约,由于这种前提假设落地门槛较高,经过多方论证后,暂不考虑该场景。同时,采用双源动力集中动车组(内燃模式)替换运量不足的电力普速客车会增加碳排放,与“碳达峰”“碳中和”的“双碳”目
15、标不符。此外,由电力牵引改为双源动力集中动车组(内燃模式)后会明显降速,对区间通过能力以及运到时限均有较大影响,因而暂不考虑“场景三”。围绕“场景一”和“场景二”,分别考虑平原及高原地形下的成本变化,通过三个步骤,确定两个不同场景下可采用双源动力集中动车组替换的列车数图1“场景一”应用场景示意图图2“场景二”应用场景示意图双源动力集中动车组技术经济性评价方法张泽锡,赖晴鹰192023年第5期 总第175期量,具体步骤如图3所示。综上,双源动力集中动车组潜在的替换对象包括两类:一类是在电化线路上运行的内燃普速客车;另一类是存在换挂情况的内燃及电力普速客车。2双源动力集中动车组经济效益测算方法2.
16、1 测算原则为了测算出不同典型场景下使用双源动力集中动车组所带来的经济效益,确定双源动力集中动车组经济效益测算的基本原则如下:1)全流程、全链条对比。测算既有普速列车和双源动力集中动车组全程运输效益(即完整交路),不仅需要关注双源动力集中动车组(电力模式)替换内燃普速列车后取得的成本节约,同时也要分析双源动力集中动车组(内燃模式)在非电化线路上运行时的成本增量。2)指标一致。既有普速列车和双源动力集中动车组使用的成本、效益参数是统一的。3)周期一致。将所有成本效益的测算结果均转换为年化值。4)统一维度简化模型。为了便于对比分析,假设双源动力集中动车组与既有旅客列车的单位运价率及上座率相同,即客
17、源不变、收入一致,重点比较二者的单位成本。在测算双源动力集中动车组所具备的经济效益过程中,应遵循由点到面、由典型到全路的规律,在运用需求分析成果的基础上匡算出车型替换所产生的经济效益6-10。不同场景下,测算替换双源动力集中动车组所带来的经济效益的侧重点不同。具体而言,“场景一”利用双源动力集中动车组替换电化线路上的内燃普速客车,其经济效益主要体现在电化牵引替代内燃牵引后的成本节约。“场景二”利用双源动力集中动车组“宜电则电、宜内则内”的优势消除了由于机车换挂而带来的成本增加,但需要同时考虑“场景一”与“场景二”叠加的情况。双源动力集中动车组技术经济性分析的思路如图4所示。图3 场景需求车次筛
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