עלייתו של הדחף החשמלי ב High-Speed Rail

רכבת מהירה גבוהה שינתה את נסיעות בין-עירוניות, המציעה אלטרנטיבה בת קיימא לטיסות קצרות ועומס כביש. בלב הטרנספורמציה הזו שוכנת הנעה חשמלית, אשר עכשיו היא בעלת רוב הרכבות המהירות המודרנית המודרנית.ממנה שינקנסן ועד ל-TGV של צרפת ורשת ההנעה העצומה של סין, מערכות מערכת החיסרון החשמלי מאפשרות מהירויות גבוהות של מעל 300 קמ"ש תוך שמירה על צריכת אנרגיה נמוכה במהירות גבוהה וחוקרים אתגרים חשמליים.

המעבר מ דיזל ועד מערכת חשמלית הוא לא רק שדרוג מצטבר - זה מאפשר יסוד של הצעת ערך הליבה של רכבת מהירה במהירות גבוהה: מהירות, יעילות וביצועים סביבתיים. בניגוד למנועי דיזל, אשר להמיר אנרגיה כימית לאנרגיה מכנית עם מגבלות תרמודינמיקה, מנועים חשמליים יכולים לספק מומנט קרוב-intaneous, המאפשר בקרת מהירות מהירה יותר וחלקית שליטה זה עושה את ההסתברות רק עבור תחנות כוח פעיל של 200 ק"מ / יותר.

כמו ערים ברחבי העולם להשקיע במסדרונות רכבת חדשים ומטרות של פחמן הידוק, הבנת ההזדמנויות - ואת האתגרים האמיתיים - הנטומנט החשמלי ההפוך קריטי עבור קובעי מדיניות, מהנדסים, ותכנני תשתיות.

אפשרויות ל- Electric Propulsion in High-Speed Rail

מערכות הנעה חשמלית מציגות נתיב ברור לכיוון נקי, מהיר יותר, ואמין יותר שירות הרכבות.היתרונות משתרעים מעבר לרכבות עצמן לתוך מערכות אנרגיה ותכנון עירוני.

יתרונות סביבתיים ודה-קרבן

רכבות חשמליות מהירות גבוהות לייצר אפס פליטות זנב ישירות, יתרון גדול על רכבת דיזל מופעלת. כאשר החשמל מגיע ממקורות מתחדשים, המסע כולו הופך כמעט פחמן-ניטרלי.לדוגמה, רשת TGV הצרפתית יש טביעת רגל פחמן ממוצעת של רק 2.6 גרם של CO2 לקילומטר נוסעים, בהשוואה ל-150 גרם עבור מכונית טיפוסית ומעל 200 גרם לטיסה מקומית זו במהירות גבוהה של אסטרטגיות אוויריות.

הובלת חשמל מאפשרת גם לרכבות למנף את הדה-קרבה של רשת החשמל הרחבה יותר, שכן מדינות שופכות השקעות לתוך הרוח, השמש וה הידרואלקטרי, כל שעה חדשה של מגה-וואט מתחדשת מפחיתה את פליטת מחזור החיים של פעולות רכבת.

מהירות גבוהה וביצועים גבוהים

מנועים חשמליים מספקים צפיפות גבוהה וצוצות מצוינות מעמוד.רכבת חשמלית מהירה יכולה להגיע 300 קמ"ש בפחות מארבע דקות, בהשוואה להפחתה איטית של היברידיות דיזל-חשמליות.התועלת בביצוע הזה מתורגמת לזמני נסיעה מהירים יותר, יכולת קו גבוהה יותר וגמישות תפעולית גדולה יותר.הסדרה של שינקנסן N700S, למשל, משתמשת ב-FLT:0manentant מגנטית גבוהה יותר להפחתה של 360 ק"מ"מ"מ עד למהירות של צריכת אנרגיה עד ל- 7.

יתר על כן, הנעה חשמלית מאפשרת מתקדם FLT:0 ⁇ מחדש של ⁇ FLT ( 1:1), שבו המנוע הופך את הפונקציה להיות גנרטור, המרת אנרגיה קינטית חזרה לחשמל אשר ניזון לתוך קווי ראש או מאוחסן על הסיפון. Regenerative braking יכול להתאושש בין 20% ל-40% של האנרגיה הנמשכת במהלך האצה טיפוסית, להפחית משמעותית את צריכת החשמל הכוללת.

שילוב עם מקורות אנרגיה מתחדשת

רשתות הרכבות החשמליות יכולות לפעול כעומסים גמישים או אפילו נכסים של אחסון ברשת.במשך תקופות של דור מתחדשים גבוה (למשל, לילות סוערים או אחר הצהריים שמש), רכבות יכולות לקבוע טעינה או להגדיל את תדירות השירות לספוג עודף כוח.

בגרמניה, הכביש המהיר החשמלי החדשני (FLT:0) "Matph:1" (בספרדית: 1) נבדק על קו פרנקפורט-קוקאין, שבו משתמשים קווים מעל הראש כדי לספק אנרגיה מחודשת של רכבות מצטברות על אותו סעיף, צמצום אובדן קו הכולל של סינרגיות כאלה בין הסמכת רכבת ודור מתחדשים ליצור מחזור רוטט של קיימות.

עלויות הפעלה ותחזוקה נמוכות

מנועים חשמליים יש פחות חלקים נעים מאשר מנועי הבעירה פנימית, וכתוצאה מכך דרישות תחזוקה נמוכות יותר מרווחי שירות ארוכים יותר.אין צורך בשינויי שמן, לאחר טיפול ממצה, או סינון דלק.ה-FLT:0total Lifecycle CostFLT:1 של קטר חשמלי הוא לעתים קרובות נמוך מ -10% בהשוואה ליחידת דיזל-חשמל דומה, אפילו כאשר תשתית חשמלית, בנוסף לכשלונות גבוהה יותר (יותר מ רזולוציה של 1 ק"מ) בין שיטות לכשלים חשמליים).

נוחות הנוסעים גם יתרונות: הנעה חשמלית מבטלת רעש דיזל, רטט, ו fumes ממצה, יצירת סביבה פנימית שקטה יותר, נקייה יותר.זה חשוב במיוחד עבור שירותים בין לילה או נסיעה למרחקים ארוכים שבו חווית נוסעים היא רבת ערך.

אתגרים של הנעה חשמלית ב High-Speed Rail

למרות ההזדמנויות המשכנעות הללו, מסדרון מהיר דורש מעבר למכשולים טכניים, פיננסיים ותפעוליים משמעותיים.האתגרים הם החשים ביותר במהלך הגלגול הראשוני ובאזורים עם יכולת רשת מוגבלת.

השקעות תשתיות

המחסום הבולט ביותר הוא ה- Upfrontion הנדרש.a.a.a.a.a.a. Rail החשמלי דורש מערכת רכבת חשמלית רציפה (FLT:0overhead Catenary Wire) ראשי תיבות של OCS) ראשי תיבות של מערכת 1:1, בעלות גבוהה גבוהה גבוהה של 2 ק"מ עבור מסדרון 3 ק"מ בלבד, כולל 1 מ- 30-60 ק"מ, ו-FLT:4, כולל 1 ק"מ ל- 2 ק"מ בלבד, 000, כולל קיבולת גבוהה של מדרגה ראשונה, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 $ בלבד, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 עבור קיבולת גבוהה של קונסולת בלבד.

בנוסף, מערכת אספקת החשמל חייבת להתמודד עם עומסי שיא כאשר כמה רכבות מאיצה בו זמנית.לדוגמה, רכבת באורך של 400 מטר שציירה 16MW בסטארט-אפ דורשת מערך חשמל חזק:0110 kV או 220 קווי שידור kV VE:1 וקיבולת תת-קרקעית משמעותית.הפחתת הרשת הלאומית כדי לספק רמות כוח גבוהות כאלה יכולות לקחת שנים של היתרים ובנייה.

ניהול אנרגיה ו- Peak Demand Management

בעוד ש-Regenerative braking מסייע, האופי לסירוגין וכוח גבוה של הביקוש לרכבת מציב אתגרים עבור מפעילי רשת. קו חד-פעמי עשוי לראות ספייקות כוח של 100-200MW בשעות העומס, ללא מספיק FLT:0 Energy StorageFLT:1 או ניהול הביקוש, ספייקטים אלה יכולים לגרום לאי יציבות או לדרוש יכולת עלייה יקרה.

באזורים עם רשתות חלשות, הסלקציה עשויה לדרוש בניית תחנות כוח ייעודיות או הרחבת קווי השידור מאות קילומטרים, הגדלת מורכבות הפרויקט ואת זמן להוביל.זו הסיבה שכמה מדינות מתפתחות בוחרים עבור FLT:0hybriated דיזל-electricFLT:1 או FLT:2bi-mode רכבות FLT 3 שיכול לפעול תחת חוטים באזורים עירוניים ולעבור דיזל על פי מגזרים כפריים בלתי מזוהים.

היפוצים טכניים במבצע המהיר

במהירויות מעל 300 קמ"ש, שמירה על אוסף מודרני אמין של חוטים מעל פני השטח הופכת לאתגר הנדסי גדול.ה-FLT:0 (FLT:0) וקטנרית חייבת לשמור על קשר קבוע למרות כוחות אווירודינמיקה דינמיים, חוטי חבלה ורטטציה.

בנוסף, רכבות מהירות גבוהה ניסיון גרר אווירודינמיקה משמעותית, הדורש אפילו יותר כוח במהירות העליונה.צריכת האנרגיה של רכבת עולה בערך עם FLT:0 square של מהירותהFLT:1, כך לדחוף מ 300 ק"מ / שעה ל 350 ק"מ / שעה יכול להגדיל את שואב האנרגיה על ידי 30.

מחסומים רגולטוריים ותקנות סטנדרטיזציה

מדינות שונות משתמשות בתקני מתח ותדירות שונים עבור אספקת הרכבות: 25 kV 50 הרץ נפוץ על קווי מהירות חדשים (צרפת, סין, ספרד), אך תשתיות ישנות יותר עשויות להשתמש 15 kV 16.7Hz (גרמניה, אוסטריה, שוויץ) או 3 kV DC (איטליה, פיזור זה מסבך בין יכולת בין מערכות LT - או למערכות מרובות (אך) לשנות את הגבולות הבין-אוויריים (אך) אך ורק אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי הם מסובכים את המשתנים בין המדינות) בתקני האיחוד האירופי (אומטרידים) לבין ספקטרום (אומטרידים) בתקני המשתנים בין המדינות) לבין ספקטרום גבוה יותר (FERC) לבין ספקטרום) בתקני המשתנים בין היתר, אך ורק בתקני המשתנים בין המדינות) לבין ספקטרום גבוה יותר (FIar) לבין למערכות בין היתר, אך ורק בתקני המשתנים (אך) בתקני המשתנים בין המדינות) לבין למערכות בין היתר, אך ורק בתקני המשתנים בין היתר, 1FUSDFUSC) בתקני המשתנים בין המדינות (אך הם מסבך בין המדינות) בתקני המשתנים בתקני המשתנים בין מערכות ספקטרום גבוה יותר (אך ורק בתקני המשתנים בין

יתר על כן, הערכות השפעה סביבתית לקווים חדשים וצוללות לעתים קרובות להתמודד עם התנגדות ציבורית ואתגרים משפטיים, במיוחד באזורים נופיים או רגישים לסביבה.

חדשנות טכנולוגית נהיגה בעתיד

למרות האתגרים, המשך המחקר והפיתוח הם צמצום בהתמדה בעלויות ושיפור ביצועים. כמה חידושים מפתח מעצבים מחדש את ההנעה החשמלית עבור רכבת מהירה גבוהה.

הבא: Traction Motors

מנועים סינכרוניים (PMSMs) ו-High-temperature Superconducting (HTS) נכנסים לבדיקות אבטיפוס. PMSMs - מוכן לשימוש ב- N700S - יותר יעילות גבוהה (עד 97%) וגודל קטן יותר מאשר מהירויות ניכוי מנועים קונבנציונליות. HTS מנועים, אם כי עדיין ניסיוני, יכול להפחית את משקל המנועים על ידי 50% תוך מתן צפיפות עצומה של יפן:0J) הוא יעיל לשימוש מרכזי ל-HMACV (מעלהמרכז) הוא צורך ב-HS (מעלהמפתחים חשמליים) הוא 60 ק"מסלולאריכות מגנטיים (מעלהמרכז) הוא צורך ב-HS) הוא צורך ב-HTS מרכזי של מגנטיים (מעל 60 ק"מסלולאריים) הוא מרכזי של מגנטיים) הוא צורך ב-HTS) אפילו ב-HTS מרכזי של מגנטיים (מעלהמניעהמרכזיים ריכוזיים (מעלהמפתחים (מעלהמרכזיים ריכוזיים שונים של מגנטיים) הוא צורך ב-HTS) כולל מגנטיים רבים של מגנטיים (מעל ל-HTS) הוא צורך ב-HTS) הוא צורך ב-HTS) כולל מרכזי של מנועים (מעל ל-H

חיסכון באנרגיה

עלויות סוללות ליתיום-יון נפלו על ידי כמעט 90% בעשור האחרון, מה שהופך את ה-FLT:0onboard Energy StorageFLT:1 יותר ויותר בר-קיימא.כמה יחידות מרובות (EMUs) לשלב חבילות סוללות קטנות המאפשרות תנועה מוגבלת-עצמית הרחק מן החוטים - שימוש יעיל עבור depot מחסנים או אחרון-kilometer, ללא דרישות מהירות גבוהה של דיזל, ללא מגבלות מהירות גבוהה של רכבות ללא מגבלות מהירות גבוהה של דיזל, ללא מגבלות מהירות גבוהה של ציוד לטווח קצר, על ידי רכבות עם טווח חשמליות, ללא מגבלות לטווח קצר, 000 מוגבל, 000 מוגבל, ללא מגבלות מהירות גבוהה, 000 מוגבל של תרופות לטווח קצר יותר, 000 מוגבל של תרופות נגד כלי רכב לטווח קצר יותר, ללא מגבלות לטווח קצר יותר, 000 מוגבל של דיזל, 000 מוגבל של תרופות עם טווח מוגבל של תרופות לטווח קצר יותר, ללא מגבלות לטווח קצר יותר, 000 מוגבל, ללא מגבלות לטווח קצר יותר, 000 מוגבל של ציוד אחוריות, ללא מגבלות לטווח קצר יותר, ללא מגבלות מהירות גבוהה ללא מגבלות מהירות גבוהה ללא מגבלות מהירות גבוהה של ציוד אחוריות לטווח קצר יותר, 000 מוגבל של תרופות לטווח קצר על ידי דיזל, 000 מוגבל של תרופות נגד סולמות, 000 מוגבל של ציוד אחוריות ללא מגבלות מהירות גבוהה ללא מגבלות מהירות גבוהה ללא מגבלות מהירות

מערכות חשמל בשליטה דיגיטלית

(הופנה מהדף אלקטרוניקה) - במיוחד FLT:0silicon carbide (SiC) ו-Gerium nitride (GaN) SemiconductorsveFLT:1 - במצע של חומרים להפחית את אובדן המעבר ולשפר את איכות הכוח.

העברה אלחוטית (Inductive Charging)

עבור יישומים מהירים נמוכים, טעינה אינדוקטיבית (כמו זה המשמש אוטובוסים) נבדק עבור הרכבת.החברה הבריטית (FLT:0IPT TechnologyFLT:1) הטילה על מערכת טעינה אלחוטית של 300 קילוואט עבור מסילות חשמלית. Scaling זה כדי במהירות גבוהה רכבת מהירה יהיה דורש שדות מגנטיים עצומים והיערכות מדויקת במהירות גבוהה, עם זאת, עבור אזורים או depots, יכול לאפשר טעינה אלחוטית בסביבות ללא תשלום.

מחקרים: הצלחה ושיעורים

צרפת: תקן הזהב

רשת TGV הצרפתית, שנחנך בשנת 1981, פועלת ב-320 ק"מ / שעה באמצעות 25 kV 50 הרץ מעל קווי ראש.אמינות הנעה חשמלית הייתה יוצאת דופן, עם רכבות להשגת מעל 99% טוהריות.המערכת מתאוששת כ -30% של אנרגיה מתפתלת ברוב המסלולים.הצלחתה של צרפת מוכיחה כי עלייה בהשקעות בחשמליות מראש משלמת באמצעות שימוש גבוה, תחזוקה נמוכה, וביקוש חזק.

רשת הכבישים המהירים של סין: סולם ומהירות

סין מפעילה כיום יותר מ-42,000 ק"מ של רכבת מהירה, כמעט כל מהחשמל.הרשת משתמשת ב-25 kV 50 הרץ סטנדרטית ארצית, עם רכבות לרוץ באופן שגרתי ב-350 ק"מ /h. סין חלוצה:0 התפעול של רכבות אוטוומטיות (ATO)FLT:1 עם מערכת חשמלית, השגת חיסכון באנרגיה של עד 15% באמצעות מהירות אופטימלית פרופיל ה- המהירות הייתה לבנות קווי אספקה גבוהים בלבד.

מערכת מעורבות-Voltage

גרמניה משתמשת במערכת 15 kV 16.7Hz הישנה, אשר מגבילה את יכולת ההתערבות אך הוכיחה חזקה עבור מהירויות גבוהות עד 330 ק"מ / שעה על קו פרנקפורט-קולוגין:0ICE 4FLT:1 רכבות תכונה יכולת רב-מערכתית, המאפשר מעברים חלקה לתוך צרפת (25 kV) או הולנד (1.5 kV DC) הוא המפתח כי תשתיות יכולות להיות מוכחות עם עלייה של מערכת חשמלית, אך גבוהה יותר.

חלופות והשוואה

כדאי לשקול כיצד הנטומנטציה החשמלית מתפרסמת נגד שיטות הנעה מהירות חלופיות, לפחות ביישומים נישה.

  • (בלטינית:0 Magnetic לויtation (Maglev): ההרחבה של האלקטרומגנטים החזקים (GalLT:1) משתמשת באלקטרומגנטים חזקים כדי להרים את הרכבת, חיסול חיכוך חולף (בדרך כלל, Maglev יכול לעלות על 600 ק"מ / שעה, כפי שמוצג על ידי יפן של FLT:2Chu ShinkansenFLT 3 (תחת בנייה, במטרה ל-500 קמ"מ) דרישות חשמל מיוחדות לחלוטין -2Chu ShinkansenFLT 3.
  • (FLT:0) תאי דלק הינדרגן: FIRLT:1 (כמו Alstom's Coradia iLint) נמצאים כעת בשירות קווים אזוריים שאינם חשמליים, אבל תאי דלק לא יכולים לספק את הכוח המגוואט המתמשך הדרוש למהירות גבוהה (200+ ק"מ) רכבת מימן במהירות גבוהה תדרושה עצומה על אחסון ותשתית דלק.
  • (ב) מהירויות אזוריות (עד 160 קמ"ש), יחידות מרובות חשמליות סוללות נכנסות לשירות: FLT:2Hitachi MasaccioFLT 3LT ביפן משתמשות ב-2.5 מגה-וואטיום ליתיום ים ל- 100 ק"מ.

לכן, עבור העתיד הנראה לעין, מערכת חשמלית ישירה באמצעות חוטים מעל פני השטח נותרה הטכנולוגיה היחידה מוכחת עבור רכבת מהירה גבוהה מעל 250 ק"מ / שעה.

מסקנה

הנעה חשמלית היא עמוד השדרה של רכבת מהירה, המספק ביצועים סביבתיים לא תואמים, מהירות ויעילות תפעולית.ההזדמנויות ברורות: ליד אפס פליטות, שילוב עם מתחדשים, נסיעות חלקה יותר, ועלויות מחזור חיים נמוכות יותר.אבל האתגרים הם משמעותיים באותה מידה: הון עצום על פני קווים ושידרוגים ברשת, ניהול שיא, מורכבות טכנית במהירויות קיצוניות, רגולציה על פני גבולות.

אלה אינם מכשולים בלתי אפשריים, עם המשך ההשקעה ב-FLT:0 מנועים מגנטיים, סיליקון אלקטרוניקה כוח סיליקון, אחסון אנרגיה מתקדם ומערכות בקרה דיגיטלית, פער הביצועים יהיה להרחיב עוד יותר מדינות מחויבים לדהור תחבורה חייב לתכנן עבור אספקת מסדרונות במהירות גבוהה כעדיפות אסטרטגית, לזהות כי היתרונות על פני עשורים.

(ב) לצליל עמוק יותר ב-WikiFLT (בהמשך) של אלקטרוניקה של כוח ספציפי (המכונה: ⁇ ) ⁇ (ה) ב-Vikitive in the rightion in the system of the system of the system of high-speed tubes:0Traction Inverter article on the Rails Report of WikipediaFLT 3: and the High Speed Departments of the 7LTs and the International Labs Report for the Internationals Report for the Internationals Report for the Internationals Report for the Seconds Report in the 7LTs Report of the Seconds and the 7.

הנעה חשמלית במסילות מהירות גבוהה אינה רק בחירה טכנולוגית – היא מחויבות לעתיד נקי, מהיר יותר, מחובר יותר.על ידי התייחסות לאתגרי התשתית והאנרגיה בראש, מדינות יכולות לפתוח את מלוא הפוטנציאל של רכבות מהירות גבוהה כעמוד השדרה של ניידות בת קיימא.