新能源机车在钢铁企业运营的影响范文

摘要:介绍了新能源机车的引入对钢铁企业铁路运营带来的影响，并对钢铁企业铁路运营的发展方向做简要规划。

关键词:新能源机车;钢铁企业;铁路运输;影响

随着化石能源日益枯竭，化石能源的使用过程中会新增大量温室气体CO2，可能产生有污染的烟气，威胁全球生态。节约化石能源和开发替代能源已经成为国家可持续发展的重大战略，并已列入国家中长期发展重大战略课题。目前机动车辆节能减排问题备受关注，成为行业热点。

1传统调车机车在钢铁企业的运用现状

国内钢企内部承担铁路运输任务的调车兼小运转内燃机车工作特点如下:(1)机车起动、加速、换向、制动频繁;(2)机车负荷变化频繁;(3)柴油机满负荷工作时间只占约2%;(4)约50%的工作时间处于空载;(5)柴油机在整个工作期间的平均使用功率只有额定功率的1/3～1/2。基于以上的工作特点，造成调车机车存在柴油机动力潜能得不到充分发挥;柴油机的空载油耗高造成浪费比较严重;柴油机负荷变化频繁造成柴油燃烧不充分、冒黑烟，废气中碳化物含量高，产生环境污染等问题。这些问题产生的后果是将有30%以上的燃油消耗将不为企业带来任何收益，反而这部分燃油消耗在柴油机运转的最差经济区，燃烧效率最低，CO、NH化合物等有害气体的排放相当高。同时，一些50～60年代修建的钢厂，办公区和生产区的规划较混乱，铁路运输线穿插其中，机车待机时对附近造成的噪音影响也相当严重。因此打造现代化的钢铁企业铁路运营模式，必须将淘汰落后技术产品放在首位，引入新技术产品，解决传统铁路运营的弊端。

2新能源机车的定义和技术特点

与新能源汽车领域的起源、发展相仿，轨道运输行业也随着动力储能装置的新材料运用和技术水平提升出现了类似的产品。一般来说，新能源机车是指具有节能、环保技术的机车，这类机车的典型产品为油电混合动力机车和纯电动机车。油电混合动力技术是内燃机车从燃料动力到混合电力，并最终实现零排放的过渡技术。随着技术的不断发展，传统的燃料能源将逐步被清洁动力能源所取代，如氢燃料蓄电池，储能装置所能提供的能源的功率也会不断提升，最终实现整车零排放。混合动力系统的目的是:与传统的内燃调车机车相比，在相应的负荷下降低柴油发电机组的工作时间，并使其在最佳效率区工作，从而实现节省燃油，降低有害物质排放。该系统适用于持续运行的干线机车，而且更适用于对于柴油机长时间处于空转(惰转)或低负荷、低效率区的调车机车，它们不仅可以精确地产生用于牵引所需的能量，还可以将机车制动能量回收存储起来并再利用。该系列机车还有一个显著特点是采用交流传动系统。采用交流传动系统的机车，黏着利用率高、牵引性能好，主要零部件使用维护成本更低。同等功率的交流传动机车可比传统的液力传动机车和直流传动机车牵引更多的货物，却只需要60%左右的维护费用。纯电动机车只有在地面充电完备的条件下，且机车作业时间相对充裕的情况下才适合。

3世界范围内新能源机车的运用

2010年9月，阿尔斯通与德国DBSchenkerRail铁路运输集团的子公司MEG签订租用阿尔斯通5台混合动力调车内燃机车进行长期试验，同时保留在晚些时候买下这些机车的选择权。该协议的签订意味着为欧洲第一个铁路混合动力机车车队的构建打下基础。该批次5台机车中就包含由202型内燃机车改造的混合动力样车，其他4台在2011年底前加入。日本JR铁路公司将使用混合动力调车机车，对目前旗下的150台普通调车机车进行更换，届时将形成世界上最大的节能环保调车车队。2014年初，中车资阳机车公司研制的CKD6E5000型1000kW油电混合动力调车机车5001号在中国日照钢铁有限公司进行试用，通过各种运用工况考核，该车各项性能指标优越，节能降噪效果突出，因此于2015年，中国日照钢铁有限公司正式采购该车，并于2017年又采购了一台CKD6E6000型柴油机最大运用功率570kW、动力电池组装车容量为557kWh、B0—B0轴式的油电混合动力6001号调车机车。这2台混合动力调车机车的成功运用，为国内钢铁企业等工矿企业铁路运营改革奠定了基础。

4新能源机车的应用对钢铁企业的影响

4．1机车采购及运用理念变革

4．1．1机车采购思路新能源机车由于采用交流传动系统，牵引性能较传统的液传和直流电传有明显差异，如采用交流传动系统的1000kW功率等级调车机车，其牵引性能是相同功率的液传或直流电传调车机车可牵引吨位的1．5倍左右，但新能源机车由于装有交流传动系统和动力储能装置，因此采购价格比传统调机更高。按照现在动力储能装置的购买成本，从机车本身的系统构成差异计算，1kW动力储能装置的价格约等于1．3～1．35倍1kW柴油机的价格。同时，新能源机车的地面充电装置采购成本也与机车功率成正比，因此在采购机车时，必须对目前运用的传统调车机车的综合油耗进行仔细核算，避免在动力储能装置的配置上投入不必要的费用。

4．1．2机车运用理念的变革新能源机车与传统调车机车在运用上的最大区别在于，新能源机车具有车载柴油机发电机组充电、地面电源充电和制动能量回收充电功能，为企业最大限度地节约运用成本，建立地面充电装置为机车进行充电。如果采用油电混合动力机车，则动力电池组的能量占比越大，对节约运用成本更有利，同时为了提高机车利用率，还必须选择具有快速充电功能的新能源机车配套充电装置。

4．2综合运营成本大幅降低将日照钢铁控股集团有限公司目前拟采购的1500kW混合动力机车与传统内燃调车机车(DF12型机车)全寿命周期(30年)成本费用相比较。当混合动力机车不具有地面电源充电条件时，全寿命周期内混合动力机车比传统内燃机车节约运用成本约1048万元;利用地面电源每个工作日充电1次，全寿命周期内混合动力机车比传统内燃机车节约运用成本约2133万元。通过对比分析，我们可以得到以下结论:(1)新能源机车的采购价格高于传统调车机车。(2)新能源机车的日常维护和维修成本较传统机车大幅降低。随着动力储能装置的技术水平不断提高，原材料成本逐渐降低，产品寿命不断提高，新能源机车的日常维护和维修成本将进一步降低。(3)新能源机车的燃油消耗费用较传统机车大幅降低。(4)新能源机车的环保性能对企业带来的收益与国家碳排放税的征收幅度成正比。

5钢铁企业未来的机车选型方向

根据传统调车机车在钢铁企业的运用现状及CKD6E5000型5001号和CKD6E6000型6001号混合动力调车机车的运用实例，结合国家产业政策调整，近年来对于钢铁企业节能、环保等要求的不断提高。混合动力机车的能耗和排放相比其他机车具有得天独厚的优势，不但可降低企业机车运用的油耗成本，更顺应国家环保政策的要求，对于企业来说在产生经济效益的同时又可以创造社会价值。保证生产顺利进行是钢铁企业对运输作业的基本要求，混合动力机车由于具有两套独立的动力系统，一套系统出现故障时，另一套系统仍可正常使用，保产优势明显。随着我国动力电池和管理系统技术的不断进步，混合动力机车动力电池的充电时间和维护时间必将逐渐缩短。并且混合动力机车的柴油机工作时间较传统机车大幅降低，柴油机的检修、维护时间也大幅缩短，使得机车可利用率更高。综上所述，从运营成本、节能减排、环境效益着手，对于钢铁企业未来内燃机车选型应以混合动力机车为主。

作者：邓永春1，尹华阳2 单位：1．日照钢铁控股集团有限公司，2．湖北工业大学