HSR में रोलिंग स्टॉक का ऊर्जा-कुशल संचालन
श्री संदीप श्रीवास्तव, कार्यकारी निदेशक (रोलिंग स्टॉक), NHSRCL द्वारा

सारांश: हाई-स्पीड रोलिंग स्टॉक की कार्यक्षमता और उसका कुशल संचालन किसी भी हाई-स्पीड रेल (HSR) प्रोजेक्ट की निरंतरता के लिए महत्वपूर्ण है। डिज़ाइन के दृष्टिकोण से, 'पावर/सीट' हाई-स्पीड रोलिंग स्टॉक की ऊर्जा दक्षता का एक संकेतक है। हालाँकि, 'ऊर्जा/सीट-किमी' किसी भी हाई-स्पीड रोलिंग स्टॉक की ऊर्जा दक्षता का वास्तविक पैमाना है, और इसे HSR दक्षता भी कहा जाता है। यह शोध-पत्र इस बात की पड़ताल करता है कि परिचालन तकनीकों को रोलिंग स्टॉक के कुशल डिज़ाइन के साथ मिलाकर HSR दक्षता को कैसे बेहतर बनाया जा सकता है। ऊर्जा दक्षता पर 'कोस्टिंग' (बिना पावर के चलना) के प्रभाव की तुलना 'स्थिर गति' (constant speed) से चलने के साथ करने के लिए एक अध्ययन किया गया है। यह अध्ययन हाई-स्पीड रोलिंग स्टॉक के संचालन का सिमुलेशन करके किया गया, जिसमें लगभग 10 MW पावर और 320 km/h की अधिकतम परिचालन गति वाले एक मानक रोलिंग स्टॉक को 500 km लंबी एक विशिष्ट HSR लाइन पर चलाया गया। यह अध्ययन दर्शाता है कि कैसे 'स्मार्ट टाइम-टेबलिंग' और स्टेशनों के बीच की दूरी के आधार पर 'कोस्टिंग' का उपयोग करने से ऊर्जा दक्षता में सुधार हो सकता है, भले ही यात्रा के समय में थोड़ा सा इज़ाफ़ा हो जाए। मुख्य शब्द: HSR, ऊर्जा दक्षता, रोलिंग स्टॉक।

परिचय
 

डिज़ाइन जीवनकाल के दौरान स्थिरता सुनिश्चित करने के लिए ऊर्जा-कुशल रोलिंग स्टॉक का डिज़ाइन अत्यंत महत्वपूर्ण है। कम एक्सल लोड तथा प्रति सीट कम शक्ति (Power/Seat) उच्च गति रेल (HSR) रोलिंग स्टॉक के ऊर्जा-कुशल डिज़ाइन के प्रमुख संकेतक हैं। तालिका-1 में विश्व के प्रमुख उच्च गति रेल रोलिंग स्टॉक्स की तुलनात्मक विशेषताएँ दर्शाई गई हैं। जैसा कि तालिका से स्पष्ट है, जापान तथा ताइवान में प्रति सीट शक्ति की आवश्यकता सबसे कम है। ताइवान में भी जापानी शिंकान्सेन तकनीक का उपयोग किया गया है। इसका मुख्य कारण कम एक्सल लोड तथा अधिक सीटों को समायोजित करने के लिए चौड़ी बॉडी संरचना है।

जापान फ्रांस इटली जर्मनी स्पेन दक्षिण कोरिया ताइवान चीन
रोलिंग स्टॉक EMU लोको लोको / EMU लोको / EMU लोको / EMU लोको EMU EMU
कोच बॉडी की चौड़ाई (मिमी) 3350 - 3380 2814 - 2904 2750 - 3000 2950 - 3020 2830 - 2960 2904 - 2970 3380 3200 - 3380
अधिकतम एक्सल भार (टन) ≤ 13.1 17 17 ≤ 16 ≤ 17 NA NA ≤ 17
अधिकतम परिचालन गति 300 / 320 किमी/घंटा (N700 / E5) 320 किमी/घंटा 300 किमी/घंटा 300 किमी/घंटा 300 किमी/घंटा 300 किमी/घंटा 300 किमी/घंटा 300 किमी/घंटा
शक्ति / सीट (kW/सीट) 12.9 / 13.13 (N700 / E5) 23.47 (TGV-R) 16.67 (AGV) 18.65 (Velaro 403) 21.84 (5103) 24.24 (KTX-II) 10.37 (700T) 20.00 (CRH380A)

तालिका-1 : विश्व के विभिन्न उच्च गति रेल रोलिंग स्टॉक्स की तुलनात्मक विशेषताएँ (NA: जानकारी उपलब्ध नहीं)

उच्च गति रेल (HSR) की दक्षता का उपयोग सामान्यतः संचालन के दौरान वास्तविक ऊर्जा दक्षता को दर्शाने के लिए किया जाता है। विश्व भर में संचालित विभिन्न HSR प्रणालियों की दक्षता का आकलन करने हेतु अनेक अध्ययन किए गए हैं। विभिन्न देशों की HSR प्रणालियों के तुलनात्मक आंकड़े प्रदर्शित किए गए हैं। शिंकान्सेन विश्व की सबसे अधिक ऊर्जा-कुशल HSR प्रणालियों में से एक है, जिसकी HSR दक्षता 0.029 kWh/seat-km है।

यद्यपि HSR रोलिंग स्टॉक की दक्षता सामान्यतः 0.029 kWh/seat-km से 0.041 kWh/seat-km के बीच होती है, फिर भी ऊर्जा दक्षता विभिन्न HSR लाइनों में कई कारकों के आधार पर भिन्न होती है, जैसे कि मार्ग की दूरी, स्टॉप की संख्या, रोलिंग स्टॉक का प्रकार, सीट क्षमता, परिचालन गति आदि।

प्रदर्श-1: विश्व भर में HSR की सापेक्ष ऊर्जा दक्षताएँ (kWh/सीट-किमी)

कुशल रीजेनरेटिव ब्रेकिंग सिस्टम, इंटेलिजेंट ब्रेक ब्लेंडिंग और हाई-स्पीड रोलिंग स्टॉक के स्मार्ट ऑपरेशन के साथ मिलकर HSR की कार्यक्षमता बढ़ाने में अहम भूमिका निभाते हैं।

ऊर्जा दक्षता पर लगातार गति से चलने की तुलना में कोस्टिंग के प्रभाव का अध्ययन किया गया है। इसके लिए हाई-स्पीड रोलिंग स्टॉक के चलने का सिमुलेशन किया गया, जिसमें 500 km की एक सामान्य HSR लाइन पर 320 km/h की अधिकतम ऑपरेटिंग गति वाले लगभग 10 MW पावर के एक मानक रोलिंग स्टॉक को आधार बनाया गया। यह अध्ययन दिखाता है कि कैसे स्मार्ट टाइम टेबलिंग और स्टेशनों के बीच कोस्टिंग का इस्तेमाल करने से ऊर्जा दक्षता में काफी सुधार हो सकता है।

500 km की लाइन में 10 स्टॉपेज माने गए हैं, जिसमें स्टेशनों के बीच की औसत दूरी लगभग 50 km है। इस अध्ययन के लिए स्टेशनों के बीच की न्यूनतम दूरी 35 km और अधिकतम दूरी 75 km मानी गई है।

चित्र-2 और 3 में 50 km के एक सेक्शन में रोलिंग स्टॉक का लगातार गति मोड और कोस्टिंग मोड में चलना दिखाया गया है। जैसा कि देखा जा सकता है, लगातार गति मोड की तुलना में कोस्टिंग मोड में यात्रा का समय 7% बढ़ जाता है, जबकि कुल ऊर्जा की खपत 3% कम हो जाती है।

प्रदर्श-2: स्थिर गति मोड में चलना (गति km/h में और समय सेकंड में)
प्रदर्श-3: कोस्टिंग मोड में चलना (गति km/h में और समय सेकंड में)

प्रदर्श-4, अलग-अलग स्टेशनों के बीच की दूरियों के लिए, ऊर्जा दक्षता और यात्रा समय पर पड़ने वाले उस प्रभाव को दर्शाता है, जब स्थिर गति से चलने के बजाय 'कोस्टिंग' (coasting) का सहारा लिया जाता है।

प्रदर्श-4: स्थिर गति से चलने की तुलना में कोस्टिंग का ऊर्जा दक्षता और यात्रा समय पर प्रभाव*

*नोट:
(i)    गणनाएँ समतल अनुभाग (level section) को ध्यान में रखकर की गई हैं।
(ii)    शुरुआती और गंतव्य स्टेशन पर प्रतीक्षा समय 5 मिनट माना गया है।
(iii)    बीच के स्टेशनों पर रुकने का समय छोटे स्टेशनों पर 1 मिनट और बड़े स्टेशनों पर 2 मिनट माना गया है।
(iv)    मोड़ों (curves) के कारण गति पर किसी भी तरह की पाबंदी को ध्यान में नहीं रखा गया है।
(v)    पूरी यात्रा के लिए 100% सहायक ऊर्जा खपत (auxiliary energy consumption) मानी गई है।
(vi)    320 km/h से 120 km/h की गति के बीच रीजेनरेटिव ब्रेकिंग (Regenerative braking) का उपयोग माना गया है।
(vii)    पहिए से लाइन तक की दक्षता (efficiency) 82% मानी गई है।

लगभग 40 km तक की स्टेशनों के बीच की दूरी के लिए, स्थिर गति (constant speed) से चलना फ़ायदेमंद होता है, क्योंकि स्थिर गति से चलने के बजाय 'कोस्टिंग' (बिना इंजन की शक्ति के चलना) करने पर ऊर्जा दक्षता बढ़ जाती है। वहीं, 45 km से ज़्यादा की दूरी के लिए, कोस्टिंग करना फ़ायदेमंद होता है, क्योंकि इससे ऊर्जा दक्षता बढ़ती है, भले ही यात्रा का समय थोड़ा बढ़ जाए।

इस प्रकार, स्टेशनों के बीच की कम दूरी के लिए स्थिर गति से चलने और ज़्यादा दूरी के लिए कोस्टिंग करने का तरीका अपनाकर, एक सामान्य 500 km लंबी HSR लाइन पर कुल ऊर्जा दक्षता में लगभग 8% का सुधार किया जा सकता है, जबकि यात्रा के समय में लगभग 14% की बढ़ोतरी होगी। समय-सारिणी (Time tables) में आमतौर पर न्यूनतम चलने के समय में कुछ 'रिकवरी टाइम' (अतिरिक्त समय) जोड़ा जाता है, ताकि छोटी-मोटी देरी को समायोजित किया जा सके। यह रिकवरी टाइम आमतौर पर न्यूनतम चलने के समय का 5% से 12% होता है। इसलिए, समय में हुई इस 14% की बढ़ोतरी को इसी रिकवरी टाइम में समायोजित किया जा सकता है। भारत में HSR सेवा शुरू होने के बाद इस अध्ययन की पुष्टि करना दिलचस्प होगा।

संदर्भ

1.MAHSR परियोजना के लिए संयुक्त व्यवहार्यता अध्ययन रिपोर्ट

2.MAHSR परियोजना के लिए सितंबर 2018 की पूरक EIA रिपोर्ट

3.जर्नल ऑफ़ मॉडर्न ट्रांसपोर्टेशन: मार्च 2016, खंड 24, अंक 1, पृष्ठ 1–21 / HSR (हाई-स्पीड रेल) ​​प्रणालियों के प्रदर्शन की एक बहुआयामी जाँच

4.UIC

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