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    國外資訊

    日本大力發展鐵路節能技術利用再生電力節能耗

    時間:2015-3-19 8:55:42   作者:空氣能網   來源:http://www.lc95.cn   閱讀:776   評論:0
    內容摘要:  日本的電車長期以來都受到節能技術的困擾。通過利用剎車時產生的再生電力,以及改進列車電機技術,列車在減少電力能耗方面逐步有了進展。本身在技術上領先全球的日本鐵路,這次在節能技術上又取得了新突破! ∽鳛橹匾煌üぞ叩牧熊,行駛一千米所排放的二氧化碳僅相當于家用汽車的九分之一,一直被視為交通部門中的環!皟灥壬。然而...

      日本的電車長期以來都受到節能技術的困擾。通過利用剎車時產生的再生電力,以及改進列車電機技術,列車在減少電力能耗方面逐步有了進展。本身在技術上領先全球的日本鐵路,這次在節能技術上又取得了新突破。

     

      作為重要交通工具的列車,行駛一千米所排放的二氧化碳僅相當于家用汽車的九分之一,一直被視為交通部門中的環!皟灥壬。然而,在2013年,日本鐵路的用電總量共計173億kWh,占大宗用電行業內用電總量的6.4%,不得不說電車耗電量巨大。

     

      日本非常希望鐵路方面能夠出現新的節能對策,并呼吁全社會共同提高節能意識。國土交通省在2013年啟動了“環保鐵路項目”,為發展節能鐵路提供了有力支撐。通過采用節能設備以及利用可再生能源,日本鐵路方面的目標是,在2030年鐵路的用電量和二氧化碳排放量爭取比2010年減少兩成。

     

      利用新型電機可減少30%耗電

      日本各大鐵道公司目前正在引進的節能技術之一就是利用再生能源。這里的再生能源是指在列車剎車時,將電機作為發電機工作所產生的電力。在容納150名乘客的10節車廂以時速90km運行時,從剎車到列車停止的30秒內大約能夠產生1500kW的再生電量。產生的再生電力通過專門架設的電線輸送給其它列車。其它列車以這些再生電量為動力,從而實現了列車的節能運行。

     

      鐵路所引進的另一個節能技術是采用了“可變電壓可變頻率(VVVF)變壓控制裝置”以更有效地制動。這一裝置可將上述供電線路中的直流電轉換為交流電,根據電車的加速度和速度的變化調整電壓和頻率,從而使得電機更有效運轉。其最大優點就是比過去的列車減少了約30%的耗電量。

     

      京王電鐵公司最早引進節能技術

      最早引進這兩項技術的是京王電鐵公司。同時采用再生電力裝置與VVVF變壓控制裝置后,一節列車走行1千米所消耗的必要電量比過去減少了約45%。

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      圖1為京王電鐵公司已經完成全部列車的節能技術改裝

      京王電鐵公司在2000年就出臺了環;痉结,很早就致力于環保問題的對策研究。目前公司在京王線與井之頭線全線皆完成了再生能源利用設備的安裝,2012年9月已在全部列車上安裝了VVVF變壓控制裝置。大手鐵道公司約有50%的列車安裝了VVVF變壓控制裝置。目前,只有京王電鐵公司運營的全部線路上都采用了節能技術。

     

      東京地鐵公司計劃在2015年投入運行的銀座線列車上安裝永磁同步電機,力求更加節能。電車上的主流電機目前都是利用電樞線圈產生驅動轉矩,而采用了永磁同步電機后,永久磁鐵代替了電樞線圈,從而不再需要為其供電,有效控制了電量損耗。該公司目前同時采用了永磁同步電機與VVVF變壓控制設備,預計能耗將比過去的列車減少約37%,一組列車平均每天能夠節920kWh的用電。

     

      再生電力可不通過變電站直接輸送

      隨著電機技術每年不斷革新進步,所產生的再生電力總量也在不斷增加。然而,再生電力無法得到充分利用的問題也逐漸顯現。

     

      電車在發車時用電最多,因此產生再生電力后必須有其他電車發車,這樣才能得到有效利用。一旦時機不對,再生電力就會被浪費。鑒于此問題,京王電鐵公司打造了不通過變電站便可直接輸送再生電力的系統。該設備以最短的線路輸送再生電力,以使產生的再生電力盡可能多地得到利用。

     

      東京地鐵則在2014年6月開始投入使用“車站輔助電源設備”,可使多余的再生電力用于車站內的照明和空調用電。該設備能夠通過監視線路電壓的變化,來判斷電車是否即將進站,如附近沒有進站列車,那么再生電力將通過該裝置為車站內的電力設備提供電源。

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      圖2為車站內利用再生電力示意圖

      減小設備體積以縮小占地

      地鐵因每站之間間隔較短,且轉彎較多,所以列車剎車的頻率更高。雖然產生了更多的再生電力,但不能充分利用的情況時有發生。與此同時,地鐵因為常年需要開啟照明和空調等設備,導致耗電量巨大,因此如何將這些浪費的再生電力投入到站內設備使用中,成為目前要解決的難題。

     

      在相對狹窄的地鐵隧道空間內安裝設備,最大的問題是如何將設備做小。這一設備由三菱電機制造,采用了碳化硅來替代普通的硅作為半導體材料,從而減少了半導體的發熱,簡化了冷卻裝置。而整個設備的線路空隙等方面都盡可能地做到了小型化。

     

      該設備首先在日本東西線的妙典站投入使用,試驗結果顯示一天節省下的電量約為600kWh,相當于60戶家庭一整天的耗電量。東京地鐵公司車輛部設計科負責人大橋聰表示,這種小型的設備尤其適合在地鐵站內使用。在2014年內,這一設備預計將在另外7個車站投放使用。

     

      蓄電池也同樣被用于節能發電措施中,利用蓄電池儲存再生電力,在需要時提供給電車,從而達到高效利用的目的。

     

      東日本旅客鐵路公司(JR東日本)在2013年2月開始,在青梅線的拜島變電站(東京昭島市)安裝了容量為76.12kWh的鋰電池,該蓄電池放置在距離首都圈50km左右的地方,儲存的再生電力將為幾分鐘一班的列車提供動力。該裝置在一年內為列車運行提供了約40萬kWh的再生電力,相當于減少了拜島變電站4-5%的能耗。

     

      當下難題是電力輸送與控制成本

      然而,采用鋰電池蓄電的成本高達數億日元。由于短期內無法看到投資收益,因此公司目前正在努力拓展該蓄電池技術的使用范圍,甚至考慮將其應用于災害時應急使用等。

     

      JR東日本公司同時也在對可再生能源進行開發利用。如在車站內采用太陽能發電為主的環保技術,并且已經計劃將在今后逐步推廣這種“環保站點”。

     

      大型太陽能發電站(Mega Solar)同樣被用于節能措施中,2014年2月,公司在京葉線的車輛段的地基建設中,引進了輸出功率達1050kW的太陽能發電站。太陽能發電將用于車輛段內的使用,其余的經由變電站為電車運行提供能源。該發電站建成之后,每年約可以節省100萬kWh的電量,減少500t的二氧化碳排放量。公司還計劃在未來繼續建設5個這種大型太陽能發電站。

     

      在利用再生能源方面,如何讓發電電力得到有效利用,以及如何降低成本成為今后需要解決的課題。隨著太陽能發電設備建設的逐步增多,解決儲存電力以及輸送電力問題的必要性也在逐步凸顯。

      該公司計劃在未來和機電制造企業一道,共同推進可將太陽能發電輸送至遠距離車站的變壓器的研發。公司鐵道事業總部電網部門電力技術小組的負責人稱,為了加快技術研發,公司增加了100萬日元左右的投資,力求將太陽能發電站的電力實現遠距離輸送。

     

      在不久的將來,這項技術有望與ICT(信息通信技術)相結合,構成集發電、送電和用電為一體的綜合電力控制系統,實現“鐵路智能電網”的目標。


    標簽:鐵路節能技術 交通部門 節能設備 鐵路項目 優等生 

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