軌道運輸的節能方法

軌道運輸的節能方法(The Methods of Energy Saving on Rail Transportation)
國立臺灣大學土木工程系 陳俊嘉

近年來環保意識抬頭，能源的節約為各國所提倡。而軌道運輸系統是很常見的交通設施，它可以如何節省能源呢？鐵路列車在鐵軌上行駛時，會有阻力阻礙其前行，將這些阻力降低，就能有效節能；鐵路公司的營運，如列車能源的使用方式，也會影響到能源的消耗量，因此節能也能由此著手。

首先，介紹列車阻力的來源，主要可以分為內部阻力和外部阻力，簡介如下：

一、內部阻力

發生在傳動系統的阻力，如內部機件接合時所產生的摩擦力、汽缸運作時產生的阻力等，而其大小與動輪載重和動輪數目成正比。

如何改善以節能

要減少內部阻力，必須確保機件接合處的傳動是順暢的。這可以透過定期維修檢查，除了淘汰磨損嚴重的機件，也適當增添潤滑油減少摩擦力。

二、外部阻力

主要分為五個項目，分別為輪緣阻力、大氣阻力、軌道阻力、軸頸阻力和滾動阻力，但在此只針對前兩者以及其節能方法介紹。

輪緣阻力：輪緣為行駛於軌道之車輛特有的構造。當列車行進時，靠著輪緣左右碰觸鋼軌頭部在軌距的範圍內得以向前，這些碰觸造成一定的摩擦力，即為輪緣阻力，與列車的速率成正比。

圖一$$~~~$$輪緣示意圖(本文作者陳俊嘉繪)

大氣阻力：列車行進時，空氣對車頭、車輛表面及車尾產生的阻力，此力與車速的平方和接觸的斷面積成正比。

如何改善以節能

輪緣阻力方面，列車在行駛時，其與鋼軌的碰觸在所難免，因此其中一種方式是改善潤滑系統，使輪緣附著的潤滑油充足。另外，確保鋼軌的筆直，至少不會對輪緣產生不必要的擠壓，也能減少阻力以節能。

大氣阻力方面，可以將列車的車頭設計為流線型，使空氣的流動表現變為層流，以降低阻力。另外，適當減少車廂的間距也能降低空氣的擾動。

圖二$$~~~$$流線型之列車(引用自 https://www.flickr.com/photos/billy1125/12803558404 ,billy1125攝)

接著來談談營運方面對能源的影響：

三、營運與能源之關係

傳統柴聯車靠柴油引擎驅動，列車行駛時，能源無法回收，且會對沿線的環境產生空氣汙染。而鐵路的選線和設站也會對能源的使用產生影響，若路線讓列車必須頻繁地煞車再啟動的話，會造成過多的能源消耗，譬如高鐵的增站不僅失去「高速」的精神，且會使列車停站和出站的次數增加。

如何改善以節能

軌道運輸的列車若能以電力的方式推動，且消耗的電能可在煞車減速時回收，勢必能節約不少能源。另外，對於選線，除了評估載客需求外，也要考慮將來設站的情形，經過審慎分析後再選出最佳的方案，才能將列車的能源用在刀口上。

軌道運輸是所有運具中能源使用效率最高的系統之一，因為它可以同時載運許多人或物。而在未來，也許有創新的方式使其更為節能。屆時，不僅能提高軌道運輸的營運績效，也減少能源消耗對環境的影響。

參考文獻

1. 周義華 (2007)。列車阻力。運輸工程。P361-P373。
2. 黃慶祥 (2005)。鐵道車輛輪緣改良型潤滑系統之研製。碩士論文。
   http://handle.ncl.edu.tw/11296/ndltd/37776859161187428688
3. 軌道運輸控制與能源應用｜科技部工程科技推廣平台。
   http://www.etop.org.tw/dsp/E18.php?c=dsp12220&p=4025