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高铁运行1小时,耗电多少度?

时间:2019-02-02 作者:网络整理 阅读:
过年了,大家都归心似箭,很多人选择乘坐高铁回家。但是,可能很少有人想过这个问题:高铁运行一小时,要耗多少电?

中国高铁是世界第一,是高铁运营里程最多的国家,超过了2.2万公里。

高铁是靠电力驱动的,这个大家都知道。高铁每前进一米就需要使用相应的电量。

我国时速350公里的高铁每小时耗电9600多度,时速250公里的高铁每小时耗电4800多度,我国工业用电每度收费1元左右,时速350公里的高铁每小时消耗电费成本大概不到1万元,算上其他开销每小时成本总计大约2万元。高铁一般有8节或16节车厢,按16节算,从北京到上海要5个小时,这样算下来单节车厢的运行成本为6250元。

高铁的电从哪里来?

那么,高铁的电从何而来?下面这张图给出了答案。

HS-rail-F1-20190202.jpg

怎样能让高铁更省电?

省电首先要从速度着手。

中国铁路总公司前总经理盛光祖算了一笔账,高铁时速在现基础上提高50公里,成本将提高三分之一左右。但很多高铁专家对此并不认同。王梦恕算了一笔细帐:现在高铁按300公里时速运行,如果运行100公里,一个70公斤重的人,会耗电5.12度。速度要是提到350公里,阻力系数到90%,耗电量就会增加到5.2至5.3度。

王梦恕的另外一个观点:“首先是考虑机车的寿命;其次是考虑空气阻力系数,时速300公里以下的空气阻力系数将近80%。如果时速达到350公里,空气阻力系数可能要达到90%,那样用电量就会增大。时速250公里时,空气阻力系数还不到30%。”他解释,高铁按照350公里的时速会面临更大的空气阻力,为了克服阻力消耗的能量也更多,车身损耗也更严重,水准推力增大会造成钢轨不稳定,大量增加维护维修的成本。

另外,省电与否还跟型号相关。

例如,CR400AF动车组一亮相,其修长的流线型车头“飞龙”便引起广泛关注。“车头造型不仅是为了好看,更关键的是要降低空气阻力。”中车四方股份公司副总工程师丁参参解释,当动车组在时速350公里的高速状态下运行时,90%左右的阻力来自空气,动车组的动力输出几乎都消耗在与空气的对抗上了。

头型的制造是一大挑战。“’飞龙’车头棱线曲面造型复杂,由80多块蒙皮拼接而成,对成型精度的要求极高。”中车四方股份公司技术工程部部长张志毅说,80多块蒙皮形状各异,共有3000多条焊缝,加起来长达600多公尺,如此高的焊接密度,几乎囊括了平焊丶横焊丶仰焊等所有高难度的焊接姿势。

果然,”飞龙”不负重望,表现优异。整车运行阻力降低12%,人均百公里能耗下降17%,当它以时速350公里运行时人均百公里能耗仅3.8度电。”往返一趟京沪节省5000多度电。”丁参参计算出这样一个数字。

HS-rail-F2-20190202.jpg

从上海到北京,高铁和飞机的人均成本哪个高?

飞机百公里人均油耗,320每小时耗油2.5吨,飞行速度700公里,百公里0.36吨,1440元,满载150人,人均百公里10元。北京上海1100公里,人均110元。

高铁,百公里人均耗电量4.5度,全程1300公里,人均58.5度电,约30元。

单纯比这个能耗,飞机大概是高铁的3.5倍。

实际上,飞机的人均成本视机型的不同而不同。有些飞机短距离好,有的长距离好,不同飞机载客量也不一样,这就导致人均成本会有很大的差异。而且,飞机落地后的场地费占很大一部分。


马斯克1200公里/时超级高铁能否颠覆传统高铁?

知乎网友“科技之光”认为马斯克提出的超级高铁与流传已久的真空管道磁悬浮列车类似,但有三点重要改进:

1. 超级高铁的采用被动磁悬浮技术,相比传统磁悬浮轨道造价便宜。

被动磁悬浮技术无需使用超导体或是驱动磁铁,只需在轨道中安装无动力线圈环路,将永磁铁植入到列车车厢中,就能创造出悬浮效应。省去传统磁悬浮轨道安装内置铜线圈的巨额成本。

中国建造传统磁悬浮轨道的成本是高铁的3倍,京沪高铁造价1亿元1公里,传统磁悬浮轨道要3亿每公里,日本正的磁悬浮中央新干线每公里10亿人民币。

至于被动磁悬浮轨道的造价,应该是在高铁与传统磁悬浮之间,最低也得2亿元每公里。在欧美日国家的造价会更高,也许至少每公里5亿元人民币。整个系统每公里造价还得翻倍。

2. 车体前方的吸气风扇,减少空气阻力。

在长达数千公里的列车管道内,是很难做到100%真空,需要巨大的能量,对管道材料强度要求极高,导致造价和运营成本高得惊人。

但在管道内保留10%的空气,还是可以做到的,而且对管道材料要求不高,大幅降低制造成本。

不过,当列车在以1000公里每小时的高速行驶,会挤压前方空气,即使管道内有10%的空气,在列车高速挤压下,也能形成一股阻力极大的空气墙。

因此,超级高铁的车体前方加装吸气风扇,把空气排到车体下方,就会驱散前方的空气墙,让列车高速行驶。这样即降低管道的造价,又能让列车高速行驶。

3. 管道上方扑满太阳能电池板,不需要外部能源,降低运营成本

充分利用管道上方的空间,铺满太阳能电池板。超级高铁仅靠自身太阳能输电就能维持运营,甚至还有电力余额送入国家电网。

因为轨道采用被动磁悬浮技术,不需要持续供电,大幅降低能耗需求。

同时,车体在接近真空的管道内悬浮飞行,阻力非常低。而且当车加速时,系统要供电,但在车体减速时,会为向系统供电。

所以,整个超级高铁系统耗电量低,仅靠自己的太阳能供电就能维持运营。

有了以上三点重要改进,流传已久的真空管道磁悬浮列车,变得有一定可行性,不再是造价高不可攀的科学幻想。

以下为超级高铁的示意图:

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车体前方风扇吸进空气,由车体下方排出,减少前方阻力。

注:车体下方排气,不产生多大推力,只是一个排气管道。

车体是靠被动磁悬浮轨道托举,不是靠下方排出的空气托举,车体下方喷出气体不足以托举车体。

车体前进动力来自电磁加速器,每10公里有一段电磁弹射加速器,让车体保持高速运行(1200公里/小时)。

由于车体阻力很小,所以每段加速阶段,不需要很大的推力,就能让车体保持高速匀速滑行,乘客不会感受到一段一段的加速感觉。

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那么,超级高铁是否可行?

即便超级高铁采用成本略低的被动磁悬浮轨道,以及10%真空的廉价管道。但在中国整体造价也不会低于5亿元每公里,在美日欧等国的造价会超过10亿元每公里,超级高铁的造价大概是轮轨高铁的3倍。

虽然,超级高铁不需要外部电能,但是电力能耗只占高铁运营成本比例小于10%,所以超级高铁的运营成本不会比普通高铁低很多。
以目前世界各国高铁的运营状况来看,少数勉强收支平衡,大部分高铁线路都是在赔钱运营。

因此,以现有的技术和经济条件下,很难想象造价提高3倍的超级高铁能够推广,必然是建设一条线路就赔钱。

时速350公里的高铁,以及日益廉价的航空运输,完全能满足人们的交通需求,而超级高铁没有任何经济可行性。

当然,超级高铁也不是高得离谱的项目,建设一两条作为大城市,国力象征,还是可以的。如同2002年中国上海机场建设的世界第一条磁悬浮列车,仅此而已。对于不差钱迪拜土豪,建设世界第一条超级高铁还是蛮适合的。

最近中国也在投资研发4000公里时速的真空管道列车,但更多是面子工程。即使技术上可行,经济上却不可行。也许等到2050年以后,人类生产力和经济水平进一步提高,如石墨烯,纳米技术,人工智能等技术获得突破,制造成本降下来,超级高铁才能得到推广。

也许,在未来的500年里,超级高铁是人类最高效的运输方式。

(本文综合整理自知乎、电网头条)

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