設計寿命全体を通じた持続可能性を確保するためには、省エネルギー型車両（Rolling Stock）の設計が極めて重要です。低い軸重（Axle Load）および低い座席当たり出力（Power/Seat）は、高速鉄道車両の省エネルギー設計を示す重要な指標です。表1は、世界の主要な高速鉄道車両の比較特性を示しています。表から分かるように、日本および台湾では座席当たり出力が最も低くなっています。台湾でも日本の新幹線技術が採用されています。これは、軸重が小さいことと、より多くの座席を配置できる広幅車体を採用しているためです。

表1：世界の高速鉄道車両の比較特性 （NA：情報なし）

高速鉄道（HSR）の効率は、高速鉄道車両の実際の運用時のエネルギー効率を示す指標として一般的に使用されています。世界各国で運行されている高速鉄道システムの効率を評価するため、多くの研究が実施されています。各国の高速鉄道の比較データによると、新幹線は世界で最もエネルギー効率の高い高速鉄道システムの一つであり、その効率は 0.029 kWh/seat-km です。

高速鉄道車両のエネルギー効率は一般的に 0.029 kWh/seat-km ～ 0.041 kWh/seat-km の範囲にありますが、 実際のエネルギー効率は路線距離、停車駅数、車両形式、 座席定員、運転速度などのさまざまな要因によって異なります。

高効率な回生ブレーキシステムに加え、インテリジェントなブレーキ協調制御や高速鉄道車両のスマートな運行管理は、高速鉄道（HSR）の効率向上において極めて重要な役割を果たします。

定速走行に対する惰行走行がエネルギー効率に及ぼす影響について、シミュレーションを用いた研究が行われました。このシミュレーションでは、出力約10MW、最高運転速度320km/hの標準的な高速鉄道車両を想定し、全長500kmの典型的な高速鉄道路線における走行状況を再現しました。本研究により、スマートなダイヤ設定や駅間の惰行走行の活用が、エネルギー効率の大幅な向上につながることが実証されました。

対象とした全長500kmの路線には10箇所の停車駅が設定されており、駅間の平均距離は約50kmとなっています。なお、本研究における駅間の最短距離は35km、最長距離は75kmとして設定されました。

図2および図3は、50kmの区間における車両の走行状況を、定速走行モードと惰行走行モードのそれぞれについて示したものです。図から読み取れるように、惰行走行モードでは、定速走行モードと比較して所要時間が7%増加する一方で、正味のエネルギー消費量は3%削減されるという結果が得られました。

図4は、駅間距離が異なる場合に、定速走行に代えて惰行走行を採用した際の、エネルギー効率および所要時間への影響を示している。

*注記：
(i)    計算にあたっては、平坦区間を想定している。
(ii)    始発駅および終着駅での停車時間は、5分と想定している。
(iii)    途中駅での停車時間は、小規模な駅では1分、大規模な駅では2分と想定している。
(iv)    曲線区間による速度制限は考慮していない。
(v)    全走行区間を通じて、100%の補機用電力消費（補助電源負荷）が発生するものと想定している。
(vi)    回生ブレーキの使用は、320 km/hから120 km/hの速度域において想定している。
(vii)    車輪から架線までの総合効率は、82%と想定している。

駅間の距離がおよそ40 kmまでの区間においては、定速走行が有利である。これは、定速走行の代わりに惰行運転を行った場合、エネルギー効率が低下するためである。一方、駅間距離が45 kmを超える区間においては、惰行運転が有利となる。これは、走行時間は増加するものの、エネルギー効率が向上するためである。

したがって、駅間距離が短い区間では定速走行を、長い区間では惰行運転を採用することで、標準的な500 km級の高速鉄道（HSR）路線において、所要時間が約14%増加するのと引き換えに、全体として約8%のエネルギー効率改善を達成することが可能となる。通常、鉄道のダイヤ（運行計画）には、軽微な遅延を吸収できるよう、最小限の走行時間に「回復時間（余裕時分）」が加算されている。この回復時間は、通常、最小走行時間の5%から12%の範囲で設定される。そのため、今回算出された所要時間の14%増分については、この回復時間の中で調整・吸収することが可能である。インド国内で高速鉄道の運行が開始された暁には、本研究の検証を行うことが興味深い課題となるであろう。

1.MAHSRプロジェクトに関する共同実現可能性調査報告書

2.MAHSRプロジェクトに関する環境影響評価（EIA）補足報告書（2018年9月）

3.『Journal of Modern Transportation』：2016年3月、第24巻第1号、pp. 1–21 ／ 高速鉄道（HSR）システムの性能に関する多角的検討

4.UIC