國(guó)外鐵路節(jié)能減排發(fā)展新趨勢(shì)

龍雷

摘 要：現(xiàn)階段國(guó)外對(duì)于鐵路節(jié)能減排技術(shù)既保留了傳統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還能將最新的節(jié)能減排技術(shù)與鐵路建設(shè)進(jìn)一步結(jié)合和推廣，整體呈現(xiàn)將節(jié)能技術(shù)集中于降低列車行駛牽引能量的消耗以及應(yīng)用推廣新能源代替煤炭等傳統(tǒng)能源兩大方面，并在未來實(shí)現(xiàn)兩者有機(jī)結(jié)合共同促進(jìn)鐵路節(jié)能減排建設(shè)。

關(guān)鍵詞：國(guó)外;鐵路;節(jié)能減排

引言：實(shí)施企業(yè)化的國(guó)外鐵路，長(zhǎng)期以來都堅(jiān)持不斷發(fā)展鐵路運(yùn)營(yíng)技術(shù)的同時(shí)，注重鐵路節(jié)能減排技術(shù)的運(yùn)用和發(fā)展，從而有效減少鐵路運(yùn)行所消耗的能源以及運(yùn)行成本。隨著鐵路有關(guān)的運(yùn)輸技術(shù)和裝備不斷的優(yōu)化升級(jí)以及節(jié)能技術(shù)的推廣，也推動(dòng)著國(guó)外鐵路節(jié)能減排技術(shù)不斷的融入現(xiàn)代化節(jié)能技術(shù)元素，并通過不斷創(chuàng)新和發(fā)展，進(jìn)一步提高節(jié)能減排效果和環(huán)境保護(hù)效益。

1 國(guó)外鐵路節(jié)能減排傳統(tǒng)技術(shù)發(fā)展

傳統(tǒng)節(jié)能減排技術(shù)主要是將所使用的煤炭資源等能源消耗進(jìn)一步降低，從而減少對(duì)于大氣污染?，F(xiàn)階段傳統(tǒng)節(jié)能減排技術(shù)主要集中于再生制動(dòng)節(jié)能技術(shù)、重載運(yùn)輸節(jié)能技術(shù)，新材料節(jié)能技術(shù)、新型節(jié)能機(jī)車四大類型。

1.1 重載運(yùn)輸節(jié)能技術(shù)

國(guó)外鐵路企業(yè)為了進(jìn)一步提高鐵路運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)輸規(guī)模和減少運(yùn)輸成本，所以選擇重載運(yùn)輸節(jié)能技術(shù)來進(jìn)行優(yōu)化鐵路運(yùn)輸。隨著對(duì)重載運(yùn)輸技術(shù)的推廣和應(yīng)用，逐漸發(fā)現(xiàn)該技術(shù)還能有效減少能源消耗。BHP（澳大利亞）公司于上個(gè)世紀(jì)70年代采用該技術(shù)以來，通過對(duì)比2000年上個(gè)世紀(jì)80年代燃油消耗量，最終得出能源消耗持續(xù)下降，最終實(shí)現(xiàn)43%的下降幅度。正是因?yàn)橹剌d運(yùn)輸節(jié)能技術(shù)技能提高運(yùn)輸規(guī)模還能減少能源消耗，所以許多國(guó)家鐵路公司普遍認(rèn)為該方法是現(xiàn)代化鐵路運(yùn)輸?shù)闹髁鞣绞健Ｃ绹?guó)，德國(guó)，法國(guó)，澳大利亞以及歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家早已開啟重載運(yùn)輸節(jié)能技術(shù)運(yùn)用在鐵路運(yùn)輸當(dāng)中，通過數(shù)十年的發(fā)展已呈現(xiàn)急劇增長(zhǎng)的趨勢(shì)。本世紀(jì)初BHP公司創(chuàng)造了世界上重載運(yùn)輸列車記錄，總重達(dá)到99659t。近些年來許多發(fā)展中國(guó)家也開始模仿歐美國(guó)家開始運(yùn)用重載運(yùn)輸節(jié)能技術(shù)。

1.2 再生制動(dòng)節(jié)能技術(shù)

當(dāng)列車在鐵路上減速時(shí)，將列車電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為發(fā)動(dòng)機(jī)能源，從而形成再生電力回饋電網(wǎng)的循環(huán)方式來起到節(jié)能減排效果。日本是再生制動(dòng)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用佼佼者，通過調(diào)查和數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)可容納200名乘客的十節(jié)車廂以超過100km的運(yùn)行速度開始減速時(shí)到列車停止，1800kw的再生電量?jī)H需30秒內(nèi)就能產(chǎn)生。并通過將再生電量借助專門的電線輸送給其他運(yùn)行的列車，用再生電量代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源來實(shí)現(xiàn)列車的節(jié)能減排效果。通過檢測(cè)得出列車的運(yùn)行路線長(zhǎng)度決定了再生能量的大小。瑞典Lotschberg鐵路采用再生制動(dòng)節(jié)能技術(shù)后超過半成以上的路線可產(chǎn)生再生電量。據(jù)該公司的調(diào)查發(fā)現(xiàn)兩輛下坡的列車在剎車過程中所產(chǎn)生的再生電量可供一輛列車完成上坡;中等坡度的路線可產(chǎn)生20%左右的再生電量，城郊列車可產(chǎn)生30%左右的再生電量。

采用再生制動(dòng)節(jié)能技術(shù)，不僅可以轉(zhuǎn)化為再生能源，也可形成其他形式的節(jié)能效果。例如德國(guó)鐵路公司采用氣體致動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能的方式，所產(chǎn)生的反饋接觸網(wǎng)能量高達(dá)281GW·每小時(shí)，所產(chǎn)生的電能相當(dāng)于120座以上的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備每小時(shí)產(chǎn)生的發(fā)電量。日本鐵路公司將再生制動(dòng)節(jié)能技術(shù)轉(zhuǎn)化為VVVF變壓控制裝置，來將供電線路所產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)化為交流電，并根據(jù)電車在行駛過程中加速度與速度的變化，來調(diào)整供電線路的頻率和電壓，來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的效率提升和減少能源消耗，據(jù)統(tǒng)計(jì)采用該方法后，日本鐵路減少了30%以上的耗電量。

1.3 新型節(jié)能機(jī)車

新型節(jié)能機(jī)車實(shí)現(xiàn)能源減少的關(guān)鍵在于列車運(yùn)行所消耗的能源是否能夠得到減少。因此，許多國(guó)家鐵路企業(yè)制造新型節(jié)能機(jī)車來實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)行能源消耗降低。美國(guó)Sav公司通過將兩千英制馬力內(nèi)燃機(jī)車改裝成三柴油發(fā)電機(jī)組成的機(jī)車，最終實(shí)現(xiàn)在同樣路線下減少30%～50左右的普通機(jī)車燃油消耗，并且減少至少超過七成以上的氮氧化物排放。

將傳統(tǒng)內(nèi)燃動(dòng)車在柴油機(jī)基礎(chǔ)上加入新型蓄電電池組合成混合型動(dòng)力內(nèi)燃機(jī)車。西日本鐵路公司將內(nèi)燃動(dòng)車系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)保存的基礎(chǔ)上，加入再生制動(dòng)能源來提升機(jī)車運(yùn)行效率?；旌蟿?dòng)力內(nèi)燃機(jī)車方法主要是將柴油機(jī)所產(chǎn)生的能量作為動(dòng)車的首要能源支撐力，并結(jié)合新型蓄電池來提供輔助電能，通過兩者的有效結(jié)合將柴油機(jī)最大能量水平時(shí)選擇用蓄電池進(jìn)行代替，從有效減少柴油機(jī)在最大輸出能量階段能源的消耗，同時(shí)還能提高運(yùn)行速度。在動(dòng)車進(jìn)行停止?fàn)顟B(tài)階段，也可用蓄電池代替柴油機(jī)進(jìn)行能源供應(yīng)。

1.4 新材料節(jié)能技術(shù)

通過將機(jī)車運(yùn)行的發(fā)電系統(tǒng)線路進(jìn)行改造和升級(jí)，提高電力的運(yùn)行的效率和減少運(yùn)行階段的能源消耗，最終實(shí)現(xiàn)電力的運(yùn)輸效率和儲(chǔ)存效率最大化。主要的研究方向是電路運(yùn)輸超導(dǎo)線的開發(fā)和用輕金屬高分子材料取代傳統(tǒng)機(jī)車部件。

2 新能源節(jié)能技術(shù)的發(fā)展

新能源應(yīng)用技術(shù)是取代過去傳統(tǒng)的煤炭、燃油等不可再生能源，用低碳或無碳能源作為機(jī)車的運(yùn)行能源。

2.1 低碳化牽引用能

全世界超過六成以上的鐵路運(yùn)輸企業(yè)能源消耗比重最大的都是牽引用能。日本鐵路新干線鐵路總消耗接近九成都是牽引用能消耗的。作為鐵路能源消耗主要貢獻(xiàn)者，列車牽引用能主要消耗列車九成以上柴油資源以及八成左右電能資源。因此鐵路能源消耗的關(guān)鍵之一就是有效降低牽引用能。許多國(guó)家開始用新能源取代化石能源來減少牽引能耗。

2.1.1 煤炭、燃油被新能源取代

鐵路牽引用能低碳化的重要技術(shù)突破就是油改電。但是現(xiàn)階段油改電推廣仍處在初級(jí)階段，許多國(guó)家的鐵路牽引用能仍采用煤炭和燃油，盡管盡最大程度減少碳排放，但是仍屬于碳排放序列當(dāng)中。有些國(guó)家采用電氣化作為鐵路牽引用能的主要能源，但是減少煤油消耗的同時(shí)也增加了用電量，總體上仍未實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排效果。

一些國(guó)家開始將新能源取代煤炭和燃油作為牽引用能的能源主要提供者，來實(shí)現(xiàn)列車運(yùn)輸?shù)臒o碳發(fā)展。德國(guó)的鐵路公司10%以上的電能主要是依靠水力、太陽(yáng)能，風(fēng)能發(fā)電。為了進(jìn)一步減少鐵路傳統(tǒng)能源消耗，德國(guó)公司加大了鐵路運(yùn)輸新能源使用的比例，預(yù)計(jì)在本世紀(jì)中葉實(shí)現(xiàn)鐵路運(yùn)輸零碳排放。

2.1.2 石油柴油對(duì)生物柴油取代

生物柴油所產(chǎn)生的尾氣中含有的有毒有機(jī)物僅為普通柴油的1/5，二氧化碳的排放僅為石油柴油排放的一成，最關(guān)鍵的沒有硫化物和鉛有毒物的排放?，F(xiàn)階段只有國(guó)外少數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家鐵路公司采用生物柴油取代石油采油。英國(guó)virgin鐵路公司在2007年就用20%的生物柴油進(jìn)行列車運(yùn)行試行。

2.1.3 燃料電池機(jī)車

加拿大龐巴迪公司與日本鐵道研究所共同研發(fā)燃料電池機(jī)車，將電池燃料轉(zhuǎn)化為電能，從而有效的減少傳統(tǒng)能源消耗，實(shí)現(xiàn)機(jī)車運(yùn)行高效率、低排放的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。燃料電池主要是通過氧氣與氫氣的結(jié)合形成簡(jiǎn)單的電化學(xué)反應(yīng)最終實(shí)現(xiàn)電力的產(chǎn)生。在列車正常加速過程中，燃料電池與蓄電池共同推動(dòng)機(jī)車的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。蓄電池充電則在機(jī)車制動(dòng)時(shí)進(jìn)行。通過數(shù)據(jù)調(diào)查和分析得出機(jī)車每運(yùn)行80km就需要給蓄電池加一次氫燃料。

2.2 鐵路沿線供電

美國(guó)早在1980年就開始利用太陽(yáng)能供電裝置在鐵路干線讓安裝超過60個(gè)以上的太陽(yáng)能供電裝置，為鐵路運(yùn)輸過程中的軌道電路，信號(hào)機(jī)等裝置提供電能。太陽(yáng)能供電裝置主要是由四組太陽(yáng)能電池安裝在預(yù)置的房屋內(nèi)，采用太陽(yáng)能供電裝置供電源遠(yuǎn)小于普通電網(wǎng)供電所消耗的成本和能源，而且太陽(yáng)能供電裝置出現(xiàn)損壞時(shí)，維修成本和速度也高于普通供電方式。

結(jié)束語(yǔ)：降低列車運(yùn)行牽引用能消耗以及應(yīng)用新能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)煤炭與燃油的方式，是實(shí)現(xiàn)鐵路節(jié)能減排的必然選擇。也是我國(guó)需要學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)的鐵路節(jié)能技術(shù)和改進(jìn)自身節(jié)能技術(shù)的學(xué)習(xí)方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]周新軍.國(guó)外鐵路節(jié)能減排發(fā)展新趨勢(shì)[J].鐵路節(jié)能環(huán)保與安全衛(wèi)生，2016，6（02）：90-94.