國外鐵路節能減排發展新趨勢

龍雷

摘 要：現階段國外對于鐵路節能減排技術既保留了傳統節能技術的優勢，同時還能將最新的節能減排技術與鐵路建設進一步結合和推廣，整體呈現將節能技術集中于降低列車行駛牽引能量的消耗以及應用推廣新能源代替煤炭等傳統能源兩大方面，并在未來實現兩者有機結合共同促進鐵路節能減排建設。

關鍵詞：國外;鐵路;節能減排

引言：實施企業化的國外鐵路，長期以來都堅持不斷發展鐵路運營技術的同時，注重鐵路節能減排技術的運用和發展，從而有效減少鐵路運行所消耗的能源以及運行成本。隨著鐵路有關的運輸技術和裝備不斷的優化升級以及節能技術的推廣，也推動著國外鐵路節能減排技術不斷的融入現代化節能技術元素，并通過不斷創新和發展，進一步提高節能減排效果和環境保護效益。

1 國外鐵路節能減排傳統技術發展

傳統節能減排技術主要是將所使用的煤炭資源等能源消耗進一步降低，從而減少對于大氣污染。現階段傳統節能減排技術主要集中于再生制動節能技術、重載運輸節能技術，新材料節能技術、新型節能機車四大類型。

1.1 重載運輸節能技術

國外鐵路企業為了進一步提高鐵路運輸的運輸規模和減少運輸成本，所以選擇重載運輸節能技術來進行優化鐵路運輸。隨著對重載運輸技術的推廣和應用，逐漸發現該技術還能有效減少能源消耗。BHP（澳大利亞）公司于上個世紀70年代采用該技術以來，通過對比2000年上個世紀80年代燃油消耗量，最終得出能源消耗持續下降，最終實現43%的下降幅度。正是因為重載運輸節能技術技能提高運輸規模還能減少能源消耗，所以許多國家鐵路公司普遍認為該方法是現代化鐵路運輸的主流方式。美國，德國，法國，澳大利亞以及歐洲等發達國家早已開啟重載運輸節能技術運用在鐵路運輸當中，通過數十年的發展已呈現急劇增長的趨勢。本世紀初BHP公司創造了世界上重載運輸列車記錄，總重達到99659t。近些年來許多發展中國家也開始模仿歐美國家開始運用重載運輸節能技術。

1.2 再生制動節能技術

當列車在鐵路上減速時，將列車電動機產生的能量轉化為發動機能源，從而形成再生電力回饋電網的循環方式來起到節能減排效果。日本是再生制動節能技術的應用佼佼者，通過調查和數據分析發現，當可容納200名乘客的十節車廂以超過100km的運行速度開始減速時到列車停止，1800kw的再生電量僅需30秒內就能產生。并通過將再生電量借助專門的電線輸送給其他運行的列車，用再生電量代替傳統能源來實現列車的節能減排效果。通過檢測得出列車的運行路線長度決定了再生能量的大小。瑞典Lotschberg鐵路采用再生制動節能技術后超過半成以上的路線可產生再生電量。據該公司的調查發現兩輛下坡的列車在剎車過程中所產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生20%左右的再生電量，城郊列車可產生30%左右的再生電量。

采用再生制動節能技術，不僅可以轉化為再生能源，也可形成其他形式的節能效果。例如德國鐵路公司采用氣體致動能轉化為電能的方式，所產生的反饋接觸網能量高達281GW·每小時，所產生的電能相當于120座以上的風力發電設備每小時產生的發電量。日本鐵路公司將再生制動節能技術轉化為VVVF變壓控制裝置，來將供電線路所產生的直流電轉化為交流電，并根據電車在行駛過程中加速度與速度的變化，來調整供電線路的頻率和電壓，來實現電機的效率提升和減少能源消耗，據統計采用該方法后，日本鐵路減少了30%以上的耗電量。

1.3 新型節能機車

新型節能機車實現能源減少的關鍵在于列車運行所消耗的能源是否能夠得到減少。因此，許多國家鐵路企業制造新型節能機車來實現列車運行能源消耗降低。美國Sav公司通過將兩千英制馬力內燃機車改裝成三柴油發電機組成的機車，最終實現在同樣路線下減少30%～50左右的普通機車燃油消耗，并且減少至少超過七成以上的氮氧化物排放。

將傳統內燃動車在柴油機基礎上加入新型蓄電電池組合成混合型動力內燃機車。西日本鐵路公司將內燃動車系統優勢保存的基礎上，加入再生制動能源來提升機車運行效率。混合動力內燃機車方法主要是將柴油機所產生的能量作為動車的首要能源支撐力，并結合新型蓄電池來提供輔助電能，通過兩者的有效結合將柴油機最大能量水平時選擇用蓄電池進行代替，從有效減少柴油機在最大輸出能量階段能源的消耗，同時還能提高運行速度。在動車進行停止狀態階段，也可用蓄電池代替柴油機進行能源供應。

1.4 新材料節能技術

通過將機車運行的發電系統線路進行改造和升級，提高電力的運行的效率和減少運行階段的能源消耗，最終實現電力的運輸效率和儲存效率最大化。主要的研究方向是電路運輸超導線的開發和用輕金屬高分子材料取代傳統機車部件。

2 新能源節能技術的發展

新能源應用技術是取代過去傳統的煤炭、燃油等不可再生能源，用低碳或無碳能源作為機車的運行能源。

2.1 低碳化牽引用能

全世界超過六成以上的鐵路運輸企業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鍵之一就是有效降低牽引用能。許多國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突破就是油改電。但是現階段油改電推廣仍處在初級階段，許多國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中。有些國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也增加了用電量，總體上仍未實現節能減排效果。

一些國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，來實現列車運輸的無碳發展。德國的鐵路公司10%以上的電能主要是依靠水力、太陽能，風能發電。為了進一步減少鐵路傳統能源消耗，德國公司加大了鐵路運輸新能源使用的比例，預計在本世紀中葉實現鐵路運輸零碳排放。

2.1.2 石油柴油對生物柴油取代

生物柴油所產生的尾氣中含有的有毒有機物僅為普通柴油的1/5，二氧化碳的排放僅為石油柴油排放的一成，最關鍵的沒有硫化物和鉛有毒物的排放。現階段只有國外少數發達國家鐵路公司采用生物柴油取代石油采油。英國virgin鐵路公司在2007年就用20%的生物柴油進行列車運行試行。

2.1.3 燃料電池機車

加拿大龐巴迪公司與日本鐵道研究所共同研發燃料電池機車，將電池燃料轉化為電能，從而有效的減少傳統能源消耗，實現機車運行高效率、低排放的運行標準。燃料電池主要是通過氧氣與氫氣的結合形成簡單的電化學反應最終實現電力的產生。在列車正常加速過程中，燃料電池與蓄電池共同推動機車的正常運轉。蓄電池充電則在機車制動時進行。通過數據調查和分析得出機車每運行80km就需要給蓄電池加一次氫燃料。

2.2 鐵路沿線供電

美國早在1980年就開始利用太陽能供電裝置在鐵路干線讓安裝超過60個以上的太陽能供電裝置，為鐵路運輸過程中的軌道電路，信號機等裝置提供電能。太陽能供電裝置主要是由四組太陽能電池安裝在預置的房屋內，采用太陽能供電裝置供電源遠小于普通電網供電所消耗的成本和能源，而且太陽能供電裝置出現損壞時，維修成本和速度也高于普通供電方式。

結束語：降低列車運行牽引用能消耗以及應用新能源代替傳統煤炭與燃油的方式，是實現鐵路節能減排的必然選擇。也是我國需要學習國外先進的鐵路節能技術和改進自身節能技術的學習方向。

參考文獻：

[1]周新軍.國外鐵路節能減排發展新趨勢[J].鐵路節能環保與安全衛生，2016，6（02）：90-94.