【摘要】：高速鐵路作為快速、大運(yùn)量的城市間公共交通運(yùn)輸方式,能夠較好地解決國(guó)內(nèi)人口較多以及人均資源不足的矛盾。近年來,在國(guó)家政策支持下,高速鐵路建設(shè)速度明顯加快。然而,高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程量大、高速列車行駛的電力消耗高,特別是國(guó)內(nèi)“以橋代路”的高速鐵路建設(shè)思想和仍然以效率較低、排放較高的煤電為主的電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu),導(dǎo)致從生命周期的角度重新審視高速鐵路的環(huán)境影響具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 為實(shí)現(xiàn)該目的,以環(huán)境影響中的能源消耗和碳排放為對(duì)象,在總結(jié)生命周期視角下高速鐵路能源消耗和碳排放特征的基礎(chǔ)上,提出高速鐵路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)階段的能源消耗和碳排放的分析框架和測(cè)算方法�；跈C(jī)械做功,構(gòu)建運(yùn)營(yíng)階段高速列車牽引能耗的數(shù)值計(jì)算模型。從生命周期的視角,評(píng)估高速鐵路的節(jié)能和碳減排效果。最后,從節(jié)能目標(biāo)出發(fā),建立了高速列車的運(yùn)行速度優(yōu)化模型。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下： (1)將高速鐵路按全生命周期劃分為設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)和拆解5個(gè)階段,分析了各階段的典型活動(dòng)。總結(jié)了生命周期視角下高速鐵路的能源消耗和碳排放特征：第一,轉(zhuǎn)移性,即以電力為主要能源的運(yùn)營(yíng)階段的典型活動(dòng)不直接造成碳排放,而是轉(zhuǎn)移到了上游電力生產(chǎn)過程中；第二,隱藏性,即大規(guī)�；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)導(dǎo)致高速鐵路全生命周期的能源消耗和碳排放有較大比重隱藏在建設(shè)階段。而不同地區(qū)高速鐵路的生命周期評(píng)估結(jié)果具有明顯的地域性特征：雖然不同地區(qū)的評(píng)估結(jié)果都表明建設(shè)階段和運(yùn)營(yíng)階段是全生命周期中能源消耗和碳排放的主要階段,但建設(shè)階段和運(yùn)營(yíng)階段的相對(duì)比重在不同地區(qū)之間差異較大。 (2)將高速鐵路拆分成橋涵、隧道、路基、軌道和電氣化系統(tǒng)5個(gè)子模型,通過計(jì)算各子模型的建筑材料使用總量和建設(shè)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間,結(jié)合具有地域性特征的生產(chǎn)數(shù)據(jù)清單,測(cè)算高速鐵路建設(shè)階段的能源消耗和碳排放。對(duì)京滬高速鐵路的應(yīng)用結(jié)果表明：京滬高速鐵路建設(shè)造成的能源消耗為145502TJ,引起的碳排放為19154Kt C02e,兩者90%以上都來自建筑材料使用。建設(shè)單位里程的隧道所造成的能源消耗最大,引起的碳排放也最多,分別是排名第2位的橋涵的1.9和1.7倍。不過,由于京滬高速鐵路高達(dá)86%的橋涵比重,導(dǎo)致其建設(shè)能源消耗的67%和碳排放的66%來源于橋涵建設(shè)。水泥和鋼材是影響高速鐵路建設(shè)碳排放的顯著要素,若兩者生命周期碳排放系數(shù)分別降低20%,則高速鐵路建設(shè)碳排放總量可以分別降低13%和7%。 (3)基于機(jī)械做功,構(gòu)建了高速列車牽引能耗的數(shù)值計(jì)算模型。模型兼顧高速列車因停站間距過短而達(dá)不到預(yù)定速度目標(biāo)值的情形,通過引入發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)效率,提出在列車牽引力或電流曲線缺失條件下,能夠滿足一定精度要求的牽引能耗計(jì)算模型。模型表明,速度目標(biāo)值對(duì)牽引能耗的影響主要表現(xiàn)在加速到的峰值上,從200到350km/h,不同停站方案下列車牽引能耗關(guān)于速度目標(biāo)值的彈性系數(shù)為1.8-2.1。停站次數(shù)對(duì)牽引能耗的影響主要表現(xiàn)在加速的周期上,在169km、共9個(gè)客運(yùn)站的高速鐵路上運(yùn)行的站站停列車的牽引能耗約是直達(dá)列車的1.7倍。 (4)采用概率理論和蒙特卡洛方法評(píng)估了生命周期視角下高速鐵路的節(jié)能和碳減排效果。以三角形分布描述客運(yùn)方式的能源消耗強(qiáng)度和座位利用率及燃料(包括電力)生命周期能源消耗系數(shù)和碳排放系數(shù)的不確定性,以均勻分布描述客流轉(zhuǎn)移比例的不確定性,在高速鐵路客流發(fā)育的皮爾生長(zhǎng)曲線基礎(chǔ)上,評(píng)估高速鐵路運(yùn)營(yíng)階段每年的節(jié)能和碳減排水平及概率,以及因建設(shè)和維護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施所造成的能源消耗和碳排放在運(yùn)營(yíng)時(shí)所需要的償還期。評(píng)估結(jié)果表明,從生命周期角度看,高速鐵路的節(jié)能效果依然明顯,但高速鐵路的碳減排效果具有一定的不確定性,不如其節(jié)能效果明顯。而電力生命周期碳排放系數(shù)、高速鐵路座位利用率以及客流轉(zhuǎn)移和誘增結(jié)構(gòu)都是影響高速鐵路碳減排效果的顯著因素。 (5)提出了基于節(jié)能考慮的高速列車運(yùn)行速度優(yōu)化模型。當(dāng)高速鐵路線路建成、列車型號(hào)確定后,通過優(yōu)化運(yùn)輸組織是降低牽引能耗的重要手段。模型以鐵路運(yùn)輸部門的利潤(rùn)最大和鐵路旅客出行的廣義費(fèi)用最小為優(yōu)化目標(biāo)。運(yùn)行速度通過影響列車的牽引能耗而對(duì)鐵路運(yùn)輸部門的成本產(chǎn)生影響,通過與公路大巴和小汽車的客流競(jìng)爭(zhēng)而對(duì)收入產(chǎn)生影響,并且運(yùn)行速度也與旅客出行廣義費(fèi)用中的快速性直接相關(guān)。在運(yùn)輸供給、列車到發(fā)時(shí)間和列車數(shù)配置等約束下,建立運(yùn)行速度優(yōu)化的多目標(biāo)非線性規(guī)劃模型,并采用基于模糊折中思想的算法進(jìn)行求解。模型優(yōu)化結(jié)果表明：在一定經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度下,一味地追求高速度并不能減少鐵路旅客出行的廣義費(fèi)用,反而造成牽引能耗的大量增加。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：X82;U238
【圖文】：

決的問題和所用方法，每章結(jié)束以主要結(jié)論總結(jié)本章的主要觀點(diǎn)。論文的技術(shù)路線如圖1-1所示。(第；章](勤章]I ■ S速 Ti I-J~I 鐵路上游生命栥H —ggs與I [ ^建筑材料使用h]i-. 1 1￡^設(shè) 十Km牛.產(chǎn)味亡 I燃料生產(chǎn)與?!:存 J 斤々；二”. 1^~Ti存及運(yùn)輸及運(yùn)輸 T~^ 丨 I -— ..........-1 .“—一電力生產(chǎn)及配送 II 1運(yùn)輸組織I ?(第5章)

本文編號(hào)：2725437