SIRIO系列100%低地板现代有轨电车 配置TramWave地面供电系统 实现非架空接触网供电模式
« »

欧洲内燃车组的市场前景

意大利制造的IC4内燃动车组

意大利制造的IC4内燃动车组

摘要: 有关机车车辆的ⅢB级欧洲生态标准将于2012年末生效。该标准要求把氮氧化物和固体颗粒物排放量降到ⅢA级标准的90%。为此,美国Frost & Sullivan国际咨询公司对欧洲现在的铁路市场情况作了一番调查。研究发现,法国、德国、意大利、西班牙、英国等国铁路上所运用的内燃车组均发生了不同程度的老化,对陈旧车辆进行更新不仅十分必要而且刻不容缓。另外,更新现有的老化机车有利于推广牵引传动装置的替代系统。Frost & Sullivan公司综合其调研结果,在整个系统方面、动力机组方面及能源选择方面展望了对内燃车组的牵引传动装置实行现代化工艺的前景并列举了技术革新清单,这些改革成果到2020 年前将逐步在西欧铁路内燃牵引的车组上推行,以期降低油耗。

关键词:Frost & Sullivan 公司 内燃车组 工艺改进 氮氧化物排放 降低油耗

1 更新的必要性

有关机车车辆的ⅢB级欧洲生态标准将于2012年末生效。这个标准要求把氮氧化物和固体颗粒物排放量降低到ⅢA 级标准的90%。为了使内燃车组(内燃机车和柴油动车列车)和它的动力机组(发动机)符合排放标准,制造公司计划采用可以实现废气再循环的工艺。但是随着机车的柴油牵引传动装置竞争的加剧,就有了新的替代工艺。

Frost & Sullivan公司(总部设于美国得克萨斯州圣安托尼欧市)不久前的分析研究结果“欧洲内燃机车和柴油动车列车市场的牵引传动装置的替代工程的战略分析”表明,到2020年前将为西欧铁路生产10862台内燃机车和9314台动车组(订货量包括增补机车现有量和更换陈旧的机车车辆)。

陈旧机车车辆运营费用的增加促使运营商安排购买新机车车辆,这样就可以更换使用寿命几乎耗尽的机车车辆。Frost & Sullivan公司的分析研究表明:仅在法国和德国就有运营期限接近40年或已经超过40年的内燃机车2326辆。

法国、德国、意大利、西班牙和英国铁路所有内燃机车的平均寿命大约是37年。这些国家有10298台正在运营的内燃机车已超过30年。在近几年燃油费用增加的特殊背景下,运营商和租赁公司力求购买最经济和最节能的机车车辆。

根据制造公司的意见,用新柴油发动机、牵引传动和控制系统对内燃机车重新进行技术装备的费用要比照新一代现代化机车的价格,但是供货商能提供的与运营商能购买的机车供求间存在严重脱节。

内燃车组领域的主要问题是要正确评估市场规模。以铁路现有机车的实际损耗为基础调研市场需求,并根据预算条件确定租赁公司、运营商和终端用户的需求量和购买能力,这是铁路车辆生产者必须解决的最重要的问题。

为了保证市场竞争力,制造公司能为他们供货的机车车辆提供新的工艺方案。大家都认为,比如说像永磁同步牵引电动机这样的技术革新到2017年前会成为行业标准。新的战略还在制造公司的商业模式中推行。

在很大程度上排除单独设计的必要性后,证明了机车和动车组构造原型车的标准化是正确的。现在都是根据模块原则生产的机车车辆而且可根据用户的单独要求完成产品的具体改变。

2 市场情况

图1 欧洲一些国家的内燃机车、柴油动车列车和轨道汽车市场份额(2010年)

图1 欧洲一些国家的内燃机车、柴油动车列车和轨道汽车市场份额(2010年)

2.1 内燃机车
如图1所示,目前西欧内燃机车市场的总量估计为9502台,其中德国和法国占6198台或65%。意大利的份额估计为18.6%。英国的份额非常少(783台或8.2%),但预计这个国家主要由内燃牵引完成的货运量会快速增长。西班牙的份额大约能与英国相等。

现有机车的老化和预计每年以4.1%的平均速度增长的运量都将促进机车销售量的增加。

2.2 柴油动车组和轨道汽车
目前西欧动车组市场的总量估计为6116台。德国是该型机车车辆的最大潜在用户,它占有的份额是42.1%,紧跟在它之后的是意大利(20.7%)和英国(17.8%)。

增加带有混合(内燃-电力)牵引传动的动车组列车的数量是将来的主要趋势,这些车辆既能用在非电气化线路上,也能用在电气化线路上;由于电气化线路不断增长,动车组列车的这种通用性认为十分有益。

3 某些国家的情况

西欧铁路现有机车和动车组的总数估计有101097台,其中内燃机车是25717台;柴油动车组和轨道汽车的数量是17568台。下面列举了对地区的一些最大国家现有情况的评估。

3.1 英国
英国现有机车和动车组的总数估计有4491台,其中包括内燃机车969台,柴油动车组和轨道汽车的数量是1150台。

看来这个国家还是要开始实行大规模的电气化计划,从现有机车牵引种类的分配情况来看,至少在客运上有利于电力机车的发展。

3.2 德国
德国现有机车和动车组的总数估计有13514台,其中包括内燃机车2918台,柴油动车组和轨道汽车的数量是2577台。

德国铁路是西欧功率超过2000kW的内燃机车的最大市场。

3.3 法国
法国铁路现有机车和动车组的总数估计有8752台,其中包括内燃机车3280台,柴油动车组和轨道汽车的数量是831台。

客运方面电气化线路所占的份额较大,阻碍了内燃车组数量的增加。

3.4 西班牙
西班牙现有机车和动车组的总数估计有3216台,其中包括内燃机车553台,柴油动车组和轨道汽车的数量是355台。

由于这个国家有不同轨距的线路,且电气化线路的供电制式不同,迫切需要机车车辆的通用化,因此可以预计内燃机车的订货量会增加。

3.5 意大利
意大利现有机车和动车组的总数估计有6554台,其中包括内燃机车1765台,柴油动车组和轨道汽车的数量是1264台。

虽然电气化水平高,内燃动车组仍然广泛服务于客流量相对小的线路,因此保有量增加的可能性很大。

4 现有机车的老化

使用寿命超过30年的内燃机车的总数在德国估计有5501台,法国有2327台,意大利有1548台,西班牙有424台,英国有498台。上述国家内燃机车的平均寿命是36.7年。

使用寿命超过25年的柴油动车组和轨道汽车的总数在德国估计有289台,法国有202台,意大利有930台,西班牙有160台,英国有279台。上述国家内燃动车组的平均寿命是26.9 年。

因此必须更新这些机车车辆,首先是德国和法国。

DB Schenker德国铁路货运公司运营709台功率为2200kW的232系列内燃机车,它们的平均寿命是38年,408台功率为810kW的290系列内燃机车的平均寿命是47年,DB Regio区域客运公司运营398台功率为2061kW的218系列内燃机车,它们的平均寿命是40年。

SNCF 法国铁路运营公司运营着374台功率为220kW的Y8000系列内燃机车,它们的平均寿命是34年,还运营着437台功率为129kW的Y7400系列内燃机车,它们的平均寿命是48年。

5 2020年前的销售

图2 2010年和 2020年不同功率内燃机车的分布情况

图2 2010年和 2020年不同功率内燃机车的分布情况

图3 2010年和2020年现有柴油动车列车的动车和轨道汽车的功率分布情况

图3 2010年和2020年现有柴油动车列车的动车和轨道汽车的功率分布情况

5.1 内燃机车
到2020年前内燃机车的销售总量估计有10862台,并且大部分的功率范围将在560kW到2000kW之间,也就是说无论是调车作业的还是行车作业的内燃机车总数都将增加54%。很显然,上述功率的电力机车实际上不存在。

内燃机车的功率分布情况如图2所示。2010年功率在560kW 以内的内燃机车的份额占内燃机车总数的34%,功率在560kW 到2000kW之间的内燃机车的份额占内燃机车总数的44%,功率超过2000kW的内燃机车的份额占内燃机车总数的22%。2020年上述功率标准的内燃机车的份额预计分别会占内燃机车总数的32%、48%和20%。

5.2 柴油动车列车的动车和轨道汽车
到2020年为止,柴油动车列车的动车和轨道汽车的销售总量估计有9314台,同时该机车占优势的份额是功率为560kW以内的动车,它们的总数增加了45%,小份额是功率在560kW到2000kW之间的动车,功率超过2000kW的动车的份额不是很大。

柴油动车和轨道汽车的功率分布情况如图3所示。2010年功率在560kW以内的动车份额占总数的68%,功率在560kW 到2000kW之间的动车份额占总数的31%,功率超过2000kW的动车份额占总数的1%。2020年上述功率标准的动车份额相信分别会占车辆总数的65%、34%和1%。

由于许多国家实行的铁路客运区域化政策,区域和地方行政参与拨款,因此在购买内燃动车组中起重要的作用。

6 技术进步

在内燃机车和柴油动车列车的动车及轨道汽车领域技术进步(已经取得的成就和预计将来进行的革新)在几个方面都有表现。

6.1 整个系统方面
•由于应用了辅助动力机组和用来起动与关闭动力机组的自动装置,减少了空转时主动力机组工作的持续时间;
•依靠动力制动(2015年以前)和再生制动(2025年前)来节省燃油;
•采用储能器—铅酸蓄电池和超级电容器(2015 年前)、离子锂电池和镍镉蓄电池(2025年前);
•采用交流牵引电动机—永磁异步(2015年前)和永磁同步(2025年前)电动机;
•牵引传动装置中采用动力半导体装置—IGBT(2015年前),宽脉冲调节(2020年前)和自适应系统控制(2025年前)。

6.2 动力机组方面
•依靠采用涡轮增压器、中冷器(2015年前)和有几何变化的涡轮增压器(2025年前)使柴油发动机达到最佳化;
•依靠采用柔性调整阀门的开与关和优化控制点火来改善燃油的燃烧(2025年前);
•通过废气再循环和采用氧化催化剂、固体颗粒物过滤器和选择催化还原的方法来提高废气的纯度(2025年前)。

6.3 选择能源方面
•推广应用了铅酸蓄电池(2015年前)和锂离子(2025年前)蓄电池的混合柴油-电力牵引传动装置;
•研发应用氢燃料电池的混合牵引传动装置(2025年前)。

应当指出,世界各国在上述方面积累了一定的经验,并且一些技术革新已经在运营条件下进行了试验。辅助动力机组(APU)和储能器也被纳入研究之中。

2010年9%的内燃机车上已经安装了辅助发电机组,当内燃机车热停车时它们通常都是开通的,这样在空转工况下就可以缩短主发电机组的工作时间。这里还包括带有两个或三个相同功率的发电机组的内燃机车,例如,Railpower公司生产的带有三个发电机组的RP20BD型调车内燃机车;另外,根据牵引功率需求,起动或停止发电机组的工作也是应用辅助发电机组的一个方案。涉及到柴油动车列车,可以认为这个构思在100%现有的这些列车上能够实现,因为现代化的柴油动车列车不少于两个动车,根据列车运行的方向其中一个动车的发电机组可以看作是辅助的。

估计到2020年前超过60%的内燃机车将装备APU 装置。一台这样的内燃机车估计一年节省燃油29000L。

内燃机车上的储能器主要用于繁重工况下工作时,当主发电机组功率不足时用来补充功率。储能器中储存的是电空制动时产生的能量。

作为传统储能器的铅酸蓄电池逐渐让位于新的更经济的镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池。这些电池具有较大的电容率(单位重量的储能量),并能保持较多的充、放电次数。因此与铅酸蓄电池相比,锂离子电池有3倍多的电容,而镍镉电池能保持3倍多的充、放电次数。

东芝公司生产的带柴油-储能器混合牵引传动装置的HD300系列内燃机车,即为一种带有混合牵引传动装置的内燃机车,传动装置中储能器与主发电机组的联合使用能节省30%~40%的柴油,并且降低噪音级10dB。

另外,还开发了采用以氢燃料电池为基础的装置作为辅助发电机组,并开始进行试验。

7 结 论

Frost & Sullivan公司在自己完成的研究成果中列举出了技术革新清单(其中包括上面已经研究过的),根据公司专家们的意见,这些革新成果到2020年前将逐步在西欧铁路内燃牵引的车组上推行,与2010 年相比可以降低16%~20%的燃油消耗率。

下列措施是可以期待在不久的将来推行的一些改革:
•生产小型且有完善的喷射和控制阀门工作系统的柴油发动机,该系统能降低摩擦损失;
•为了减少固体颗粒物和氮氧化物的排放量,对废气进行后处理;
•采用最优化的带调节涡轮增压器的增压系统;
•采用能控制、检测牵引传动装置和能量分配的现代化微处理系统;
•采用更轻型、更结实且可重复使用的构造材料。

下列措施属于可以期待在更远的将来在内燃牵引的车组上推行的一些改革:
•采用辅助发电机组(或几个主发电机组);
•有效应用电空制动时产生的能量;
•推行以新的更有效的半导体动力装置为基础的变流器;
•柴油发动机上采用更有效的HCCI型点火系统;
•采用更有效的储能器;
•柴油发动机的电子集成构造。

感谢 王丽 译自 《ЖЕЛЕЗНЫЕДОРОГИМИРА》 2012 (1) – 38-42

分享文章 »

0

日志信息 »

该日志于2012-12-19 14:02由 Zac 发表在市场营销分类下, 你可以发表评论。除了可以将这个日志以保留源地址及作者的情况下引用到你的网站或博客,还可以通过RSS 2.0订阅这个日志的所有评论。

相关日志 »

2条评论

  1. 城际市场说道:

    中国城际列车已规划若干条线路,未来,这种动力分散式内然动车组包括电动车组将成为主流趋势。

  2. 城际市场说道:

    轨道交通行业,欧洲“五巨头”和美国“两巨头”,包括阿尔斯通运输公司、庞巴迪运输公司、西门子运输公司、德国沃斯洛赫(Vossloh)公司和德国福伊特(Voith Turbo)公司,以及美国GE公司运输部和EMD公司。

发表评论 »

要发表评论,您必须先登录



返回顶部