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高铁运行1小时,耗电多少度?

2019-02-02 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。nSbednc

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。nSbednc

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。nSbednc

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。nSbednc

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怎样能让高铁更省电?nSbednc

省电首先要从速度着手。nSbednc

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。中国工程院院士、铁路专家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。nSbednc

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。nSbednc

另外,省电与否还跟型号相关。nSbednc

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。nSbednc

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。nSbednc

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。nSbednc
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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。nSbednc

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。nSbednc

单纯比这个能耗,飞机大概是高铁的3.5倍。nSbednc

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。nSbednc

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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:nSbednc

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。nSbednc

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。nSbednc

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。nSbednc

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。nSbednc

2. 车体前方的吸气风扇,减少空气阻力。nSbednc

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。nSbednc

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。nSbednc

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。nSbednc

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。nSbednc

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nSbednc

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。nSbednc

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。nSbednc

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。nSbednc

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。nSbednc

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。nSbednc

以下为超级高铁的示意图:nSbednc
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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。nSbednc

注:车体下方排气,不产生多大推力,只是一个排气管道。nSbednc

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。nSbednc

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)。nSbednc

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。nSbednc
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那么,超级高铁是否可行?nSbednc

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。nSbednc

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。nSbednc
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。nSbednc

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。nSbednc

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。nSbednc

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。nSbednc

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。nSbednc

也许,在未来的500年里,超级高铁是人类最高效的运输方式。nSbednc

(本文综合整理自知乎、电网头条)nSbednc

责编:Jenny LiaonSbednc

  • 真会扯。节能在于减少能源的浪费,而不是凭空让能量增多或减少,与能量守恒定律毫无冲突。
  • 夜间运行增大了不安全因素,与节能相比安全是第一位的。
  • 感谢作者和杂志平台推出的科普文章科普工作是提高全民素质的一项伟大工程。许多愚昧的狂言都是出自缺乏科学知识者之口。
  • 你白白读了这篇文章
  • ok
  • 耗电大户,但是不怕,我国发电正在兴建很多核电、风电、太阳能各种绿色发电
  • 谢谢科普(虽然不是都懂)
    高铁是中国的一张名片——《厉害了我的国》
  • 能量守恒定律还存在,没有节能一说,除非不用。
    所以人类做不到节能减排,除非人人做到自律节制。
  • 如此这般,应该安排高铁夜间低谷运行,节能环保效率高。
  • 看来不是一般的财力搞高铁还真弄不起啊。
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