日本大力发展铁路节能技术
利用再生电力节省能耗

译自：【日本】http://business.nikkeibp.co.jp/
编译：工业和信息化部国际经济技术合作中心 张瑞婷

     日本的电车长期以来都受到节能技术的困扰。通过利用刹车时产生的再生电力，以及改进列车电机技术，列车在减少电力能耗方面逐步有了进展。本身在技术上领先全球的日本铁路，这次在节能技术上又取得了新突破。

     作为重要交通工具的列车，行驶一千米所排放的二氧化碳仅相当于家用汽车的九分之一，一直被视为交通部门中的环保“优等生”。然而，在 2013 年，日本铁路的用电总量共计 173 亿 kWh，占大宗用电行业内用电总量的 6.4%，不得不说电车耗电量巨大。

     日本非常希望铁路方面能够出现新的节能对策，并呼吁全社会共同提高节能意识。国土交通省在 2013 年启动了“环保铁路项目”，为发展节能铁路提供了有力支撑。通过采用节能设备以及利用可再生能源，日本铁路方面的目标是，在 2030年铁路的用电量和二氧化碳排放量争取比 2010 年减少两成。

利用新型电机可减少 30% 耗电

     日本各大铁道公司目前正在引进的节能技术之一就是利用再生能源。这里的再生能源是指在列车刹车时，将电机作为发电机工作所产生的电力。在容纳 150名乘客的 10 节车厢以时速 90km 运行时，从刹车到列车停止的 30 秒内大约能够产生 1500kW 的再生电量。产生的再生电力通过专门架设的电线输送给其它列车。其它列车以这些再生电量为动力，从而实现了列车的节能运行。

     铁路所引进的另一个节能技术是采用了“可变电压可变频率（VVVF）变压控制装置”以更有效地制动。 这一装置可将上述供电线路中的直流电转换为交流电，根据电车的加速度和速度的变化调整电压和频率，从而使得电机更有效运转。其最大优点就是比过去的列车减少了约 30%的耗电量。

京王电铁公司最早引进节能技术

     最早引进这两项技术的是京王电铁公司。同时采用再生电力装置与 VVVF 变压控制装置后，一节列车走行 1 千米所消耗的必要电量比过去减少了约 45%。

图 1 为京王电铁公司已经完成全部列车的节能技术改装

     京王电铁公司在 2000 年就出台了环保基本方针，很早就致力于环保问题的对策研究。目前公司在京王线与井之头线全线皆完成了再生能源利用设备的安装，2012 年 9 月已在全部列车上安装了 VVVF 变压控制装置。大手铁道公司约有 50%的列车安装了 VVVF 变压控制装置。 目前，只有京王电铁公司运营的全部线路上都采用了节能技术。

     东京地铁公司计划在 2015 年投入运行的银座线列车上安装永磁同步电机，力求更加节能。电车上的主流电机目前都是利用电枢线圈产生驱动转矩，而采用了永磁同步电机后，永久磁铁代替了电枢线圈，从而不再需要为其供电，有效控制了电量损耗。该公司目前同时采用了永磁同步电机与 VVVF 变压控制设备，预计能耗将比过去的列车减少约 37%，一组列车平均每天能够节 920kWh 的用电。

再生电力可不通过变电站直接输送

     随着电机技术每年不断革新进步，所产生的再生电力总量也在不断增加。然而，再生电力无法得到充分利用的问题也逐渐显现。

     电车在发车时用电最多，因此产生再生电力后必须有其他电车发车，这样才能得到有效利用。一旦时机不对，再生电力就会被浪费。鉴于此问题，京王电铁公司打造了不通过变电站便可直接输送再生电力的系统。该设备以最短的线路输送再生电力，以使产生的再生电力尽可能多地得到利用。

     东京地铁则在 2014 年 6 月开始投入使用“车站辅助电源设备”，可使多余的再生电力用于车站内的照明和空调用电。该设备能够通过监视线路电压的变化，来判断电车是否即将进站，如附近没有进站列车，那么再生电力将通过该装置为车站内的电力设备提供电源。

图 2 为车站内利用再生电力示意图

减小设备体积以缩小占地

     地铁因每站之间间隔较短，且转弯较多，所以列车刹车的频率更高。虽然产生了更多的再生电力，但不能充分利用的情况时有发生。与此同时，地铁因为常年需要开启照明和空调等设备，导致耗电量巨大，因此如何将这些浪费的再生电力投入到站内设备使用中，成为目前要解决的难题。

     在相对狭窄的地铁隧道空间内安装设备，最大的问题是如何将设备做小。这一设备由三菱电机制造，采用了碳化硅来替代普通的硅作为半导体材料，从而减少了半导体的发热，简化了冷却装置。而整个设备的线路空隙等方面都尽可能地做到了小型化。

     该设备首先在日本东西线的妙典站投入使用，试验结果显示一天节省下的电量约为 600kWh，相当于 60 户家庭一整天的耗电量。东京地铁公司车辆部设计科负责人大桥聪表示，这种小型的设备尤其适合在地铁站内使用。在 2014 年内，这一设备预计将在另外 7 个车站投放使用。

     蓄电池也同样被用于节能发电措施中，利用蓄电池储存再生电力，在需要时提供给电车，从而达到高效利用的目的。

     东日本旅客铁路公司（JR 东日本）在 2013 年 2 月开始，在青梅线的拜岛变电站（东京昭岛市）安装了容量为 76.12kWh 的锂电池,该蓄电池放置在距离首都圈 50km 左右的地方，储存的再生电力将为几分钟一班的列车提供动力。该装置在