電力機(jī)車的節(jié)能減排成效分析

摘要：節(jié)能減排有助于發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，全面落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，實(shí)現(xiàn)我國(guó)的和諧與可持續(xù)發(fā)展。應(yīng)用于交通運(yùn)輸行業(yè)中，優(yōu)化資源，尋求替代能源，節(jié)能減排同樣也是交通企業(yè)發(fā)展的迫切需要。與其他運(yùn)輸方式相比，鐵路運(yùn)輸有一定的優(yōu)勢(shì)，為我國(guó)當(dāng)前面臨的石油資源匱乏，氮氧化物、二氧化硫污染物排放量多以及節(jié)能減排措施提供了支持。

關(guān)鍵詞：電力機(jī)車；節(jié)能減排；電氣化鐵路；交通運(yùn)輸行業(yè)；石油資源；污染物 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U664 文章編號(hào)：1009-2374（2016）21-0097-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.21.047

運(yùn)輸鐵路在單位運(yùn)輸上具有很大的優(yōu)勢(shì)，如效率高、能耗低、占地小、污染小等，其中的鐵路機(jī)車主要依靠蒸汽機(jī)車、內(nèi)燃機(jī)車以及電力機(jī)車進(jìn)行牽引，而后者與前兩者相比更是具備了明顯的優(yōu)勢(shì)，過(guò)載能力非常強(qiáng)、功率大且速度較快，這與我國(guó)各項(xiàng)政策與舉措中的節(jié)能減排要求相符，不但實(shí)現(xiàn)了對(duì)資源的合理利用，同時(shí)還很好地保護(hù)了生態(tài)環(huán)境，具有符合時(shí)代發(fā)展與要求、與過(guò)去傳統(tǒng)能耗浪費(fèi)情況相比無(wú)法超越的優(yōu)勢(shì)，于是電力機(jī)車在運(yùn)輸鐵路事業(yè)上的發(fā)展也成為了鐵路現(xiàn)代化發(fā)展的方向。

1 在節(jié)能方面電力機(jī)車展現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)

1.1 實(shí)現(xiàn)了能源的多元化利用且熱效率較高

電力機(jī)車牽引所使用的電能是二次能源，具有多種轉(zhuǎn)化方法，因此能夠?qū)崿F(xiàn)綜合利用資源的效果，尤其是可利用的水利資源、天然氣資源以及核能資源等，即便供電方位火力發(fā)電站，也可選擇劣質(zhì)的煤或是重用多次的油來(lái)使用。因此能源的利用具備了多元化的特征，為電力牽引的節(jié)能奠定了無(wú)可比擬的基礎(chǔ)與優(yōu)勢(shì)，如果將液壓傳動(dòng)部分出現(xiàn)的損失或電力傳動(dòng)損失考慮其中，那么內(nèi)燃機(jī)車的平均熱效率大約為26%，電力機(jī)車的平均熱效率為28%，如果采用核能或是太陽(yáng)能進(jìn)行發(fā)電的電力機(jī)車平均熱效能將達(dá)到更高的值。由此可見(jiàn)，加強(qiáng)能源的高效利用，盡可能地減少熱損，并開(kāi)發(fā)電力機(jī)車牽引，對(duì)我國(guó)鐵路運(yùn)輸在節(jié)能降耗方面的工作有著重大的價(jià)值與意義。

1.2 “再生制動(dòng)”技術(shù)為電氣化鐵路帶來(lái)的節(jié)能效應(yīng)

再生制動(dòng)技術(shù)是通過(guò)轉(zhuǎn)變牽引電動(dòng)機(jī)為發(fā)電機(jī)發(fā)出電能，通過(guò)第三軌或是接觸線反饋至鐵路的供電系統(tǒng)，而這些反饋電能還可以供給其他的機(jī)車使用。與傳統(tǒng)機(jī)械化的制動(dòng)方式進(jìn)行比較，再生制動(dòng)系統(tǒng)和交流調(diào)速具有更多的優(yōu)勢(shì)，比如降低制動(dòng)的噪音，可將能源再生利用、環(huán)保效應(yīng)更好。在能效的利用率上，再生制動(dòng)與內(nèi)燃機(jī)車通常使用的空氣制動(dòng)方法相比，能效利用率高出很多，比如常見(jiàn)的和諧號(hào)動(dòng)車組，如果動(dòng)車從200公里的時(shí)速下降到90公里，這個(gè)過(guò)程是需要電機(jī)的反向旋轉(zhuǎn)進(jìn)行制動(dòng)，很好地利用了動(dòng)車的慣性動(dòng)力使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能，電能輸入電網(wǎng)形成降速。一旦速度降到90公里以下時(shí)，所采用的剎車屬于機(jī)械剎車，而這時(shí)的剎車又不會(huì)產(chǎn)生尖銳的噪音，也不會(huì)發(fā)生列車晃動(dòng)等情況，因此帶來(lái)的效果是雙重性的。

1.3 機(jī)車直供電帶來(lái)的節(jié)能效益

電力機(jī)車直供電系統(tǒng)電力工作原理是從機(jī)車變壓器交流電輸出，再經(jīng)過(guò)整流濾波后輸出的電壓為DC600V+5%電壓，供電需要包括了客車車廂中的照明、取暖以及車廂空調(diào)設(shè)備的使用，這就取代了傳統(tǒng)的柴油發(fā)電車。電力機(jī)車的取電方式是直通電網(wǎng)，通過(guò)變壓整流以后為列車供電，屬于一種環(huán)保能源的直供，具有損耗少，且能源利用率大大提高的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)的柴油發(fā)電車主要是依靠燃燒柴油，并通過(guò)在化學(xué)能或是熱能等多種能源的轉(zhuǎn)換而形成，因此傳統(tǒng)柴油發(fā)電車能源利用率較低，且損耗非常大。

2 在環(huán)保方面電力機(jī)車展現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)

2.1 控制廢氣污染

內(nèi)燃機(jī)車在當(dāng)前鐵路的運(yùn)輸中還有一些價(jià)值得以運(yùn)用，但也成為了鐵路運(yùn)輸業(yè)中產(chǎn)生廢氣的主要?jiǎng)討B(tài)污染源，它對(duì)環(huán)境造成的污染影響了整個(gè)鐵路覆蓋區(qū)內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)，對(duì)周邊植物、人體、氣候等都造成較大的影響。有相關(guān)資料顯示，每噸的柴油燃燒所排出的有害氣體需要依靠新鮮空氣進(jìn)行稀釋的體積為1.34萬(wàn)立方米，需要大量的空氣稀釋才能保證范圍內(nèi)的空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)，但應(yīng)用在電力機(jī)車上，需要依靠接觸網(wǎng)傳送的電能以獲取動(dòng)力，其本身不帶原動(dòng)機(jī)，不依靠燃油，也不會(huì)排放或是產(chǎn)生廢油與有害氣體，因此不會(huì)對(duì)鐵路覆蓋區(qū)域造成環(huán)境污染，還能在很大程度上改善機(jī)車乘務(wù)員以及周邊沿線養(yǎng)路工作人員的勞動(dòng)環(huán)境與勞動(dòng)條件。在丁魏對(duì)《電力機(jī)車的節(jié)能減排實(shí)效分析》中局內(nèi)實(shí)施以電代油的措施后，每年所減少的機(jī)車使用柴油達(dá)到4萬(wàn)多噸，以這個(gè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，那么每年能夠有效減少氮氧化物排放量達(dá)到760噸，二氧化氮減少量達(dá)到128噸，煙塵減少量達(dá)到608噸。由此可見(jiàn)，電力機(jī)車在運(yùn)行時(shí)對(duì)環(huán)保工作有著巨大的作用。

2.2 控制機(jī)車司機(jī)室的噪聲污染

鐵路所產(chǎn)生的噪音主要包括如下五種，即機(jī)車的動(dòng)力噪聲、機(jī)車?guó)Q笛噪聲、列車運(yùn)行輪軌噪聲、空氣動(dòng)力噪聲以及其他機(jī)械性噪聲。在內(nèi)燃機(jī)車或是電力機(jī)車運(yùn)行過(guò)程中，其時(shí)速非常接近，在都不進(jìn)行機(jī)車?guó)Q笛的前提下，運(yùn)行所產(chǎn)生的噪聲也大致相同。但內(nèi)燃機(jī)車的機(jī)車柴油運(yùn)轉(zhuǎn)則會(huì)產(chǎn)生更大的噪聲，并且噪聲與柴油機(jī)功率成正比，也就是說(shuō)，柴油機(jī)功率越大，噪聲也就越大，但在電力機(jī)車運(yùn)行時(shí)，因?yàn)樵诮Y(jié)構(gòu)上電力機(jī)車本身不帶任何原動(dòng)機(jī)，所以動(dòng)力產(chǎn)生的噪音是可控范圍內(nèi)最小的，運(yùn)行中的噪聲大概在82～87dB之間，在同等條件下的內(nèi)燃機(jī)車司機(jī)室噪音在100～108dB之間，相比之下電力機(jī)車的機(jī)車噪聲明顯較小。由此可見(jiàn)，電力機(jī)車司機(jī)室噪聲較小的優(yōu)勢(shì)也符合了我國(guó)在鐵路建設(shè)方面提出的“以人為本，構(gòu)建和諧鐵路”的理念，是對(duì)環(huán)保觀念的落實(shí)，也很好地改善了鐵道交通運(yùn)輸生產(chǎn)時(shí)的司機(jī)作業(yè)環(huán)境。

2.3 振動(dòng)控制優(yōu)勢(shì)

鐵路列車在運(yùn)行的過(guò)程中輪軌激勵(lì)產(chǎn)生鐵路振動(dòng)，影響因素包括了列車軸重、軌道質(zhì)量與結(jié)構(gòu)以及列車的運(yùn)行速度等，不同鐵路交通運(yùn)輸在軌道質(zhì)量結(jié)構(gòu)、線路以及運(yùn)行速度均相同的前提下，因?yàn)閯?dòng)車組和電力機(jī)車軸重輕的優(yōu)勢(shì)，與內(nèi)燃機(jī)車相比產(chǎn)生的環(huán)境振動(dòng)更小。有相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，如果運(yùn)行條件相同，而列車運(yùn)行的時(shí)速為160公里，那么動(dòng)車組中心軌道30米產(chǎn)生的Z振級(jí)與內(nèi)燃機(jī)車相比，降低的幅度在10～20dB之間，由此可見(jiàn)，電力機(jī)車對(duì)振動(dòng)的控制也具備了很大的優(yōu)勢(shì)。

2.4 機(jī)車檢修時(shí)的環(huán)保優(yōu)勢(shì)

檢修內(nèi)燃機(jī)車的工作中，其產(chǎn)生的含油廢水成為了鐵路運(yùn)輸固定的污染源。有相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，每一年中機(jī)車檢修產(chǎn)生的化學(xué)需要氧量以及石油類的污染物占據(jù)了總污染排放量的40%以上，而在使用了電力機(jī)車以后，檢修工作上污染因素明顯減少，特別是石油類的污染物更是大量減少。另外，還有數(shù)據(jù)類報(bào)告指出，電力機(jī)車檢修過(guò)程產(chǎn)生的脂類、柴油遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于內(nèi)燃機(jī)車的檢修。

3 應(yīng)用電力機(jī)車后所產(chǎn)生的節(jié)能減排實(shí)效分析

電氣化鐵路的開(kāi)通在我國(guó)鐵路交通中實(shí)施已有一定的時(shí)間，為了更科學(xué)地研究電力機(jī)車應(yīng)用后所產(chǎn)生的節(jié)能減排實(shí)際效果，本文以數(shù)據(jù)對(duì)比的方法針對(duì)我國(guó)某城市鐵路局的相關(guān)資料進(jìn)行分析，共同探討應(yīng)用電力機(jī)車后在數(shù)據(jù)的顯示上所帶來(lái)的節(jié)能效果。

3.1 引入電力牽引，有效控制能耗增幅

我國(guó)很多的大中型城市大約于10年前陸續(xù)開(kāi)通了電氣化鐵路，將電力機(jī)車牽引成功引入并應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)內(nèi)燃機(jī)車運(yùn)輸工作的替代，并出現(xiàn)了各種跨段機(jī)車交通。在電氣化普及以前，我國(guó)很多城市的機(jī)車使用能源較為統(tǒng)一，結(jié)構(gòu)單一，基本依靠柴油，且消耗量非常大。某城市鐵路局在10年前上半年中機(jī)車使用的柴油量達(dá)到了33萬(wàn)噸，牽引工作僅為1500多萬(wàn)公里，標(biāo)準(zhǔn)煤消耗約為48萬(wàn)噸。引入電力機(jī)車至今，牽引工作量的完成度較之前增長(zhǎng)了15%，標(biāo)準(zhǔn)煤消耗足足少了3萬(wàn)噸，這得益于電力機(jī)車的節(jié)能減排功能，同時(shí)也是鐵路交通在運(yùn)輸結(jié)構(gòu)性方面的調(diào)整，電力機(jī)車節(jié)能的優(yōu)越性在數(shù)據(jù)上突出明顯。有相關(guān)文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)指出，電力機(jī)車平均牽引總重每列均比內(nèi)燃機(jī)車高出500噸，而能源的消耗卻僅僅為內(nèi)燃機(jī)車的三分之一，可見(jiàn)在每公里的運(yùn)行中，電力機(jī)車所消耗的標(biāo)準(zhǔn)煤約少于內(nèi)燃機(jī)車的60%。由此可見(jiàn)，以電代油以后，不但增加了工作量，還實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗的效果。

3.2 加強(qiáng)牽引比重，降低節(jié)能減排指標(biāo)

我國(guó)鐵路的六次大提速中最后一次出現(xiàn)在2007年，當(dāng)時(shí)已基本實(shí)現(xiàn)了電力機(jī)車的普及，和諧號(hào)動(dòng)車組的運(yùn)營(yíng)實(shí)現(xiàn)了鐵路客運(yùn)公交化，同時(shí)也帶來(lái)了節(jié)能減排的效果。在當(dāng)時(shí)，我國(guó)已有個(gè)別城市在鐵路運(yùn)輸工作上全面實(shí)現(xiàn)了2億人發(fā)送量，以2億為標(biāo)準(zhǔn)，周算約為21萬(wàn)噸公里，與未提速前相比提高了2%，而能源消耗量降幅約為7%。在環(huán)保方面，據(jù)研究二氧化硫與化學(xué)需氧量均實(shí)現(xiàn)了減排，能源的高效使用使得電力機(jī)車總耗能降低，在節(jié)能減排上實(shí)現(xiàn)了重大的突破。很多城市的節(jié)能減排標(biāo)志正是以10年前采用電力機(jī)車牽引為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，通過(guò)電氣化建設(shè)，徹底改變了機(jī)車的能耗結(jié)構(gòu)，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排與經(jīng)濟(jì)效益的雙指標(biāo)達(dá)標(biāo)。

4 電力機(jī)車節(jié)能減排的展望

隨著社會(huì)的進(jìn)步與科技的發(fā)展，如今電氣化鐵路已覆蓋了我國(guó)大范圍區(qū)域，真正實(shí)現(xiàn)了機(jī)車能源高利用率，并有效減少污染排放，而生產(chǎn)模式也由傳統(tǒng)的粗放型轉(zhuǎn)變?yōu)榧s型。鐵路事業(yè)中的運(yùn)量與運(yùn)輸工作得到了提高與發(fā)展，在大力提倡環(huán)保的號(hào)召下，能源低消耗、污染物低排放的目標(biāo)也漸漸接近，可以說(shuō)，鐵路事業(yè)的節(jié)能減排任務(wù)實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。“十三五”對(duì)未來(lái)交通鐵路事業(yè)的發(fā)展以及能源低消耗、低排放提出了明確的要求，將電力機(jī)車作為順應(yīng)時(shí)代發(fā)展與社會(huì)進(jìn)步的重要運(yùn)輸載體，未來(lái)節(jié)能減排的前景將會(huì)更加開(kāi)闊。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)鐵路軌道交通的大力發(fā)展是符合我國(guó)乃至全球關(guān)于能源節(jié)約及排放控制等戰(zhàn)略要求的，相關(guān)鐵路交通部門應(yīng)該樹(shù)立節(jié)能環(huán)保意識(shí)，利用先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，采用科學(xué)的管理方法，保障優(yōu)質(zhì)的運(yùn)輸服務(wù)，努力組織，認(rèn)真謀劃，更好地實(shí)現(xiàn)在“十三五”中對(duì)節(jié)能減排任務(wù)提出的具體要求與目標(biāo)，為我國(guó)鐵路運(yùn)輸工作的發(fā)展、和諧鐵路的目標(biāo)建設(shè)、全球環(huán)境保護(hù)工作的支持以及我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

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作者簡(jiǎn)介：黨小杰（1987-），男，甘肅正寧人，南寧鐵路局南寧機(jī)務(wù)段助理工程師。

（責(zé)任編輯：小 燕）