新软件模拟替代燃料对货运列车的影响

如果美国各地的货运列车走上摆脱柴油的轨道，会是什么样子？

弗吉尼亚理工大学交通研究所（VTTI）的研究人员最近创建了一种名为NeTrainSim的全国性多列车模拟软件，以更清楚地了解这种情况。

该开源模型对该国由替代燃料（如电力、生物柴油、氢气和混合动力）提供动力的货运列车网络进行了多次模拟。这些结果可能是对整个行业从柴油转向的第一个比较分析。

“我们现在有一些可靠的结果，量化了美国各地将货运列车过渡到电动和其他替代燃料来源的节省，”VTTI可持续交通中心主任Hesham Rakha说。“这个工具现在已经出来供其他人使用。任何人都可以在他们想要的任何铁路网络上运行它。

NeTrainSim的alpha版本可供下载，该团队的研究结果最近发表在学术期刊《应用能源》上。

与目前依赖柴油的网络相比，NeTrainSim的结果显示如下：

• 电动动力总成效率最高，能耗降低 56%。
• 生物柴油和生物柴油混合动力分别减少了6%和21%的二氧化碳排放量，而柴油混合动力技术使二氧化碳排放量减少了16%。
• 氢燃料电池技术在无二氧化碳排放的情况下，能耗降低了15%。

该工具和信息均在1月份的交通研究委员会年会上提出。作为美国国家科学院、工程院和医学院的一部分，在华盛顿特区举行的为期一周的活动将政策制定者和政府代表与行业专家和学术机构聚集在一起。

“NeTrainSim不仅仅是另一个火车模拟器，它是一个全面的创新工具，它突破了火车模拟的界限，并为火车技术的未来提供了宝贵的见解，”该项目的研究生研究员Ahmed Aredah说。“我最希望与会者能带走这种开拓精神和实际应用。”

除了 Aredah，Rakha 的研究团队还包括 VTTI 高级研究员 Jainhe Du;乔治·利斯特（George List），北卡罗来纳州立大学土木、建筑和环境工程系教授;安德烈亚斯·霍夫里希特（Andreas Hoffrichter），德国铁路公司（Deutsche Bahn E.C.O.）首席顾问;俄勒冈州立大学电气工程和计算机科学助理教授曹悦。

多列车网络仿真是作为更大的多大学和多团队项目“实现可持续列车能源路径”的一部分而创建的五种工具之一。该项目由美国能源部资助，专注于货运列车行业的脱碳，目标是创建一些首批最先进的开源工具来评估与这项工作相关的变量。

利斯特是这个更大项目的首席研究员，他说Rakha的模拟器增加了火车需要在轨道上相互互动的真实背景。

“就火车相互通过而言，铁路不像高速公路。它们更像是高速公路上的工作区，“List说。“Hesham的软件已经解决了相遇和通过的问题，这是一件大事，因为即使铁路有乘务员换班点，停车也是一个挑战，必须考虑能源消耗。

模拟的其他一些使其与众不同的功能包括：

• 能够在国家和城市的规模上模拟广泛的多相交走廊网络
• 使用列车跟踪算法以用户指定的时间间隔（例如每秒）跟踪每列列车，以最大限度地提高能量估算精度
• 能够考虑作用在列车上的力，以计算最大加速度并模拟不同条件下的驾驶员行为
• 能够对当前和未来的动力总成技术进行建模

为了确保网络模拟的真实写照，Rakha的团队将所有使用柴油的列车的模拟与现实生活中运行这些网络的全国货运列车柴油消耗统计数据进行了基准测试。

“我们只下降了0.9%，”拉卡说。“因此，我们相当满意，我们的结果与美国的真实经验数据进行了很好的基准测试。

VTTI模型的重点是测量列车油箱或发动机的效率，这意味着需要进行额外的研究来评估电池寿命和用于为电动列车提供动力所需的电力的技术等因素的影响。但Rakha认为，模拟提供了足够的信息来激励其他人努力实现脱碳。

“结果给了我们一些动力，让我们朝着这个方向前进，”Rakha说。“我认为政策制定者可以利用这些结果作为申请资金的手段。

Rakha 还是 Charles E. Via， Jr. 土木与环境工程系的 Samuel Reynolds Pritchard 工程学教授和布拉德利电气与计算机工程系的礼宾教授。

Aredah 还是一名研究生，主修土木与环境工程以及计算机科学。