开发环境负荷较少的铁道

铁道技术 2017年05月02日

铁道技术人员正努力降低铁道的环境负荷。

根据国土交通省的数据,2014年度单位运输量的二氧化碳(CO2)排放量(旅客)分别如下所示:私家车为133、飞机为99,而铁道为22(单位: g-CO2/人千米)。各铁道公司为进一步降低环境负荷,正在推进各种技术的开发。

东日本旅客铁道(JR东日本)的措施之一是,降低非电气化区间的环境负荷。通常,电气化区间的铁道通过车厢上设置的导电弓从架线上接入电力行驶。另一方面,由于非电气化区间的铁道主要依靠柴油机引擎行驶,会产生氮气氧化物和粒子物质等废气。为解决这些课题,JR东日本从2003年开始推进柴油机混合动力系统车厢的开发,并于2007年在连接山梨县与长野县的非电气化小海线上实现了世界首次“混合动力铁道车厢”营业运行。

传统的车厢将柴油机引擎的动力传递给车轮并启动电车。但是,混合动力车厢为启动发电机而使用柴油机引擎,并且还设置有电机和锂蓄电池。发车时,通过蓄电池的充电电力启动电机。加速时启动柴油机引擎,通过发电机和蓄电池启动电机。刹车时,使用电机作为发电机,刹车产生的能源存入蓄电池。与传统车厢相比较,通过这种柴油机混合动力系统,燃料消费率约减少10%,排放的氮气氧化物和粒子物质也约降低60%。此后,混合动力车厢作为行驶在长野县和青森县等地的观光列车以及宫城县的仙石东北线车厢行驶。

2008年,JR东日本在车厢地面上搭载大容量的锂电池,开始开发可在电气化区间与非电气化区间行驶的“蓄电池驱动电车”。蓄电池驱动电车在电气化区间与普通电车同样依靠从架线接入的电力行驶,同时进行主电路用蓄电池的充电。刹车时的再生电力,基本上通过主电路用蓄电池进行回收。而在非电气化区间放下导电弓依靠主电路用蓄电池中储存的电力行驶。经过长时间的试运行,爱称为“ACCUM”的蓄电池驱动电车于分别于2014年3月在栃木县的乌山县(EV-E301系)、及2017年3月在秋田县的男鹿线(EV-E801系)开始营业运行。

JR东日本车厢技术中心课长外崎昌志谈道:“减少CO2和噪声的环境负荷降低当然是第一开发目的,但还有其他好处。不管是混合动力车厢还是蓄电池驱动电车,从变换器经过电机传递至车轮的驱动系统均与普通电车一样。传统内燃机车上的引擎和变速机等部件减少了,因此,养护也更省力。”

蓄电池驱动电车到达非电气化区间的终点站,即拉起导电弓,通过比正常流通更多电流的专用架线,约需要10多分钟进行快速充电。通过完全充电,能够利用电机在非电气化区间行驶。为控制消费电力,室内照明均为LED。车厢的前部和后部设有台车。使电车可在非电气化区间行驶的锂电池,搭载在这些台车与台车之间车厢地面下。外崎谈道:“开发过程中最困难的是,对重量的加强措施。为搭载沉重的蓄电池,需要进行各种各样的加强措施。但也必须实现轻量化。制造出实现这种矛盾目的的车体结构,我们着实费了一番功夫。”

JR东日本公布了2020年度实现铁道事业的能源使用量比2013年度减少6.2%的目标。为实现该目标,JR东日本计划进一步推进车厢开发来降低环境负荷。


转自Highlighting JAPAN(聚焦日本)
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