国外铁路节能减排发展新趋势

龙雷

摘 要：现阶段国外对于铁路节能减排技术既保留了传统节能技术的优势，同时还能将最新的节能减排技术与铁路建设进一步结合和推广，整体呈现将节能技术集中于降低列车行驶牵引能量的消耗以及应用推广新能源代替煤炭等传统能源两大方面，并在未来实现两者有机结合共同促进铁路节能减排建设。

关键词：国外;铁路;节能减排

引言：实施企业化的国外铁路，长期以来都坚持不断发展铁路运营技术的同时，注重铁路节能减排技术的运用和发展，从而有效减少铁路运行所消耗的能源以及运行成本。随着铁路有关的运输技术和装备不断的优化升级以及节能技术的推广，也推动着国外铁路节能减排技术不断的融入现代化节能技术元素，并通过不断创新和发展，进一步提高节能减排效果和环境保护效益。

1 国外铁路节能减排传统技术发展

传统节能减排技术主要是将所使用的煤炭资源等能源消耗进一步降低，从而减少对于大气污染。现阶段传统节能减排技术主要集中于再生制动节能技术、重载运输节能技术，新材料节能技术、新型节能机车四大类型。

1.1 重载运输节能技术

国外铁路企业为了进一步提高铁路运输的运输规模和减少运输成本，所以选择重载运输节能技术来进行优化铁路运输。随着对重载运输技术的推广和应用，逐渐发现该技术还能有效减少能源消耗。BHP（澳大利亚）公司于上个世纪70年代采用该技术以来，通过对比2000年上个世纪80年代燃油消耗量，最终得出能源消耗持续下降，最终实现43%的下降幅度。正是因为重载运输节能技术技能提高运输规模还能减少能源消耗，所以许多国家铁路公司普遍认为该方法是现代化铁路运输的主流方式。美国，德国，法国，澳大利亚以及欧洲等发达国家早已开启重载运输节能技术运用在铁路运输当中，通过数十年的发展已呈现急剧增长的趋势。本世纪初BHP公司创造了世界上重载运输列车记录，总重达到99659t。近些年来许多发展中国家也开始模仿欧美国家开始运用重载运输节能技术。

1.2 再生制动节能技术

当列车在铁路上减速时，将列车电动机产生的能量转化为发动机能源，从而形成再生电力回馈电网的循环方式来起到节能减排效果。日本是再生制动节能技术的应用佼佼者，通过调查和数据分析发现，当可容纳200名乘客的十节车厢以超过100km的运行速度开始减速时到列车停止，1800kw的再生电量仅需30秒内就能产生。并通过将再生电量借助专门的电线输送给其他运行的列车，用再生电量代替传统能源来实现列车的节能减排效果。通过检测得出列车的运行路线长度决定了再生能量的大小。瑞典Lotschberg铁路采用再生制动节能技术后超过半成以上的路线可产生再生电量。据该公司的调查发现两辆下坡的列车在刹车过程中所产生的再生电量可供一辆列车完成上坡;中等坡度的路线可产生20%左右的再生电量，城郊列车可产生30%左右的再生电量。

采用再生制动节能技术，不仅可以转化为再生能源，也可形成其他形式的节能效果。例如德国铁路公司采用气体致动能转化为电能的方式，所产生的反馈接触网能量高达281GW·每小时，所产生的电能相当于120座以上的风力发电设备每小时产生的发电量。日本铁路公司将再生制动节能技术转化为VVVF变压控制装置，来将供电线路所产生的直流电转化为交流电，并根据电车在行驶过程中加速度与速度的变化，来调整供电线路的频率和电压，来实现电机的效率提升和减少能源消耗，据统计采用该方法后，日本铁路减少了30%以上的耗电量。

1.3 新型节能机车

新型节能机车实现能源减少的关键在于列车运行所消耗的能源是否能够得到减少。因此，许多国家铁路企业制造新型节能机车来实现列车运行能源消耗降低。美国Sav公司通过将两千英制马力内燃机车改装成三柴油发电机组成的机车，最终实现在同样路线下减少30%～50左右的普通机车燃油消耗，并且减少至少超过七成以上的氮氧化物排放。

将传统内燃动车在柴油机基础上加入新型蓄电电池组合成混合型动力内燃机车。西日本铁路公司将内燃动车系统优势保存的基础上，加入再生制动能源来提升机车运行效率。混合动力内燃机车方法主要是将柴油机所产生的能量作为动车的首要能源支撑力，并结合新型蓄电池来提供辅助电能，通过两者的有效结合将柴油机最大能量水平时选择用蓄电池进行代替，从有效减少柴油机在最大输出能量阶段能源的消耗，同时还能提高运行速度。在动车进行停止状态阶段，也可用蓄电池代替柴油机进行能源供应。

1.4 新材料节能技术

通过将机车运行的发电系统线路进行改造和升级，提高电力的运行的效率和减少运行阶段的能源消耗，最终实现电力的运输效率和储存效率最大化。主要的研究方向是电路运输超导线的开发和用轻金属高分子材料取代传统机车部件。

2 新能源节能技术的发展

新能源应用技术是取代过去传统的煤炭、燃油等不可再生能源，用低碳或无碳能源作为机车的运行能源。

2.1 低碳化牵引用能

全世界超过六成以上的铁路运输企业能源消耗比重最大的都是牵引用能。日本铁路新干线铁路总消耗接近九成都是牵引用能消耗的。作为铁路能源消耗主要贡献者，列车牵引用能主要消耗列车九成以上柴油资源以及八成左右电能资源。因此铁路能源消耗的关键之一就是有效降低牵引用能。许多国家开始用新能源取代化石能源来减少牵引能耗。

2.1.1 煤炭、燃油被新能源取代

铁路牵引用能低碳化的重要技术突破就是油改电。但是现阶段油改电推广仍处在初级阶段，许多国家的铁路牵引用能仍采用煤炭和燃油，尽管尽最大程度减少碳排放，但是仍属于碳排放序列当中。有些国家采用电气化作为铁路牵引用能的主要能源，但是减少煤油消耗的同时也增加了用电量，总体上仍未实现节能减排效果。

一些国家开始将新能源取代煤炭和燃油作为牵引用能的能源主要提供者，来实现列车运输的无碳发展。德国的铁路公司10%以上的电能主要是依靠水力、太阳能，风能发电。为了进一步减少铁路传统能源消耗，德国公司加大了铁路运输新能源使用的比例，预计在本世纪中叶实现铁路运输零碳排放。

2.1.2 石油柴油对生物柴油取代

生物柴油所产生的尾气中含有的有毒有机物仅为普通柴油的1/5，二氧化碳的排放仅为石油柴油排放的一成，最关键的没有硫化物和铅有毒物的排放。现阶段只有国外少数发达国家铁路公司采用生物柴油取代石油采油。英国virgin铁路公司在2007年就用20%的生物柴油进行列车运行试行。

2.1.3 燃料电池机车

加拿大庞巴迪公司与日本铁道研究所共同研发燃料电池机车，将电池燃料转化为电能，从而有效的减少传统能源消耗，实现机车运行高效率、低排放的运行标准。燃料电池主要是通过氧气与氢气的结合形成简单的电化学反应最终实现电力的产生。在列车正常加速过程中，燃料电池与蓄电池共同推动机车的正常运转。蓄电池充电则在机车制动时进行。通过数据调查和分析得出机车每运行80km就需要给蓄电池加一次氢燃料。

2.2 铁路沿线供电

美国早在1980年就开始利用太阳能供电装置在铁路干线让安装超过60个以上的太阳能供电装置，为铁路运输过程中的轨道电路，信号机等装置提供电能。太阳能供电装置主要是由四组太阳能电池安装在预置的房屋内，采用太阳能供电装置供电源远小于普通电网供电所消耗的成本和能源，而且太阳能供电装置出现损坏时，维修成本和速度也高于普通供电方式。

結束语：降低列车运行牵引用能消耗以及应用新能源代替传统煤炭与燃油的方式，是实现铁路节能减排的必然选择。也是我国需要学习国外先进的铁路节能技术和改进自身节能技术的学习方向。

参考文献：

[1]周新军.国外铁路节能减排发展新趋势[J].铁路节能环保与安全卫生，2016，6（02）：90-94.