日本鐵路節(jié)能環(huán)保新技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)分析

王永澤，荊曉霞

（1.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京100081；2.中國鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 科學(xué)技術(shù)信息研究所，北京100081）

1 概述

隨著全球能源和環(huán)境形勢(shì)的日益嚴(yán)峻，世界各國尤其是發(fā)達(dá)國家對(duì)鐵路的節(jié)能環(huán)保重視程度日漸提高。與此同時(shí)，隨著新一代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，鐵路節(jié)能環(huán)保技術(shù)更新?lián)Q代速度變得更快。德國、法國、日本等國家的鐵路節(jié)能環(huán)保技術(shù)水平較為領(lǐng)先[1]，其中日本由于其資源短缺等國情特點(diǎn)，多年來持續(xù)在鐵路節(jié)能環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域開展大量研究工作，并取得了較為領(lǐng)先的節(jié)能環(huán)保技術(shù)成果。加強(qiáng)對(duì)日本等國外先進(jìn)鐵路節(jié)能環(huán)保新技術(shù)的研究，有助于改進(jìn)和提升我國鐵路既有節(jié)能環(huán)保技術(shù)水平，推動(dòng)重點(diǎn)領(lǐng)域節(jié)能環(huán)保技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展，為我國“交通強(qiáng)國、鐵路先行”發(fā)展戰(zhàn)略和鐵路綠色發(fā)展目標(biāo)提供新動(dòng)力。

縱觀世界鐵路節(jié)能環(huán)保技術(shù)發(fā)展研究和應(yīng)用現(xiàn)狀，在鐵路節(jié)能新技術(shù)發(fā)展方面，鐵路牽引節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域逐漸成為世界鐵路主要發(fā)達(dá)國家爭(zhēng)相研究的對(duì)象，法國、德國、日本等國家在新能源及混合動(dòng)力機(jī)車[2]、車體輕量化、永磁同步牽引系統(tǒng)及牽引供電節(jié)能技術(shù)等方面不斷發(fā)力[3]，引領(lǐng)鐵路新一代牽引節(jié)能技術(shù)的發(fā)展；在鐵路非牽引節(jié)能領(lǐng)域，則更關(guān)注生態(tài)車站、新能源技術(shù)、重點(diǎn)節(jié)能設(shè)備研究及設(shè)備運(yùn)營維護(hù)技術(shù)的應(yīng)用。在鐵路環(huán)保新技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域，國外先進(jìn)鐵路國家更多關(guān)注減少溫室氣體排放、廢棄資源循環(huán)利用及減振降噪等技術(shù)領(lǐng)域。

日本鐵路由于其國情特點(diǎn)，十分重視對(duì)節(jié)能環(huán)保技術(shù)的研發(fā)和推廣應(yīng)用，從發(fā)展之初便將鐵路節(jié)能環(huán)保發(fā)展理念貫穿于整個(gè)鐵路技術(shù)發(fā)展，其節(jié)能環(huán)保技術(shù)發(fā)展覆蓋了鐵路機(jī)車車輛、供電、鐵路客運(yùn)站及運(yùn)營等各個(gè)方面，技術(shù)發(fā)展種類齊全、覆蓋范圍廣、技術(shù)先進(jìn)是日本鐵路節(jié)能環(huán)保技術(shù)發(fā)展的重要特點(diǎn)。日本鐵路在廢棄資源回收利用、列車牽引供電節(jié)能、氫燃料混合動(dòng)力機(jī)車、設(shè)備節(jié)能技術(shù)、減振降噪、可再生能源利用[4]、少運(yùn)營維護(hù)系統(tǒng)等多個(gè)技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了大量研究和推廣應(yīng)用，取得了良好的節(jié)能環(huán)保效果。本文結(jié)合對(duì)日本鐵路節(jié)能環(huán)保技術(shù)發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀的研究，篩選了日本鐵路在新能源動(dòng)力及混合動(dòng)力機(jī)車、固體廢棄物循環(huán)再利用、列車再生制動(dòng)能量回收利用技術(shù)[5]、減振降噪控制技術(shù)、鐵路智能供電節(jié)能技術(shù)、少運(yùn)營維護(hù)系統(tǒng)及新能源技術(shù)等具有代表性，同時(shí)很大程度上符合我國鐵路發(fā)展特點(diǎn)的技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了重點(diǎn)研究，并簡要分析總結(jié)日本鐵路未來主要節(jié)能環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)，為我國鐵路節(jié)能環(huán)保技術(shù)發(fā)展提供參考。

2 日本鐵路節(jié)能環(huán)保新技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 采用自營電力及智能化電網(wǎng)控制技術(shù)

與世界上大部分國家鐵路用電直接由電力公司供給不同，日本鐵路公司擁有自營的水力發(fā)電所和火力發(fā)電所，所發(fā)電力主要用于首都圈的列車運(yùn)營，自營電力使用約占該區(qū)域全部電力消耗的57%。相對(duì)于從電力公司獲取電力，自營發(fā)電所的優(yōu)勢(shì)在于可以進(jìn)一步提高電力供給的可靠性、靈活性和穩(wěn)定性，確保鐵路的安全穩(wěn)定運(yùn)輸。此外，新能源發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用還可以有效降低鐵路溫室氣體的排放。為使列車停車制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的再生電力得以有效利用，日本鐵路公司開發(fā)了電力儲(chǔ)存裝置和電力融通裝置，前者已在青梅線、高崎線得到應(yīng)用，后者在常盤線應(yīng)用。日本鐵路公司計(jì)劃增加以上技術(shù)應(yīng)用的車站數(shù)量，積累相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)資料，為研究更為高效的利用方式提供基礎(chǔ)。關(guān)于車站能源管理系統(tǒng)的實(shí)施，日本鐵路公司引入“電力需求控制裝置”，即通過采用智能化電表時(shí)刻監(jiān)測(cè)車站內(nèi)的電力消耗量，根據(jù)不同用電時(shí)段電價(jià)和用電需求自動(dòng)控制電力負(fù)荷，達(dá)到節(jié)電的目標(biāo)。

2.2 開展蓄電池及燃料電池混合動(dòng)力列車研究

為進(jìn)一步改善環(huán)境質(zhì)量，JR東日本公司研發(fā)了世界上第一輛利用70 MPa高壓氫制成的燃料電池混合動(dòng)力列車FV-E991，并進(jìn)行了驗(yàn)證試驗(yàn)。該列車混合動(dòng)力系統(tǒng)通過燃料電池及蓄電池為主的電動(dòng)機(jī)及輔助電源裝置提供能源。其中，燃料電池將氫能作為燃料，能夠減少鐵路CO2排放量；蓄電池能夠通過列車再生制動(dòng)及燃料電池負(fù)荷電力較小時(shí)提供的電能進(jìn)行能量存儲(chǔ)。該混合動(dòng)力列車最高時(shí)速可達(dá)100 km，續(xù)航里程可達(dá)140 km[6]。列車混合動(dòng)力系統(tǒng)如圖1所示。

為了減少非電氣化區(qū)間的環(huán)境壓力，JR東日本鐵路公司研發(fā)了“蓄電池驅(qū)動(dòng)電車系統(tǒng)”，典型列車為“EV-E301型蓄電池驅(qū)動(dòng)電動(dòng)列車”[7]。該列車搭載了大容量、用于主電路的蓄電池，可行駛于非電氣化區(qū)間。在電氣化區(qū)間時(shí)，列車受電弓抬起，借助接觸網(wǎng)的供電行駛，同時(shí)為用于主電路的蓄電池充電；進(jìn)入非電氣化區(qū)間時(shí)，受電弓下降，僅靠蓄電池的電力行駛[8]；制動(dòng)時(shí)，主電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電能通過VVVF逆變器制動(dòng)裝置轉(zhuǎn)換為直流630 V，在非電氣化區(qū)間為蓄電池充電。此外，蓄電池可在設(shè)有專用充電設(shè)備的折返站處快速充電。為了更有效利用蓄電池車輛，日本鐵路公司還針對(duì)“無接觸網(wǎng)化”(即廢除變電設(shè)備和接觸網(wǎng))運(yùn)行線路開展研發(fā)，最大限度節(jié)約線路運(yùn)行成本。

圖1氫燃料電池混合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.3 全面開展廢棄資源的循環(huán)利用

在鐵路車站、列車、車輛基地、檢修站場(chǎng)等各類場(chǎng)所，每日會(huì)產(chǎn)生各種各樣的工業(yè)垃圾和生活廢棄物。為了減少和處理這些廢棄物，日本鐵路公司積極致力于抑制廢棄物產(chǎn)生、再生利用和再生資源化，提高廢棄物資源綜合利用效率的同時(shí)減少了對(duì)環(huán)境的損害。尤其是對(duì)排放量比較多的車站和列車?yán)?、車輛基地的廢棄物、工程施工產(chǎn)生的廢棄物，分別制定了相應(yīng)的再生資源循環(huán)利用目標(biāo)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，日本車站和列車?yán)呐欧帕棵磕昕蛇_(dá)到3萬～4萬t。日本鐵路在車站擺放了分類處理的垃圾箱，在旅客協(xié)助和配合的前提下，通過專門從事環(huán)保的“JR東日本東京資源循環(huán)中心”推進(jìn)廢棄物再生資源化建設(shè)。此外，為了削減鐵路客運(yùn)和生活服務(wù)業(yè)產(chǎn)生的各類廢棄物，JR東日本公司制定了基于垃圾分類的“抑制產(chǎn)生—再利用—再生資源化”目標(biāo)，全面推進(jìn)日本鐵路廢棄資源的循環(huán)再利用。

2.4 大力開展減振降噪技術(shù)研究

鐵路噪聲可分為車內(nèi)噪聲和車外噪聲(沿線噪聲)。車內(nèi)噪聲是影響旅客乘坐舒適感的主要環(huán)境指標(biāo)之一，近年來日本新干線高速列車對(duì)車內(nèi)噪聲的控制要求日益提高。車內(nèi)噪聲的來源主要有轉(zhuǎn)向架、受電弓及車底設(shè)備所產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲，具體包括轉(zhuǎn)向架驅(qū)動(dòng)裝置(電機(jī)、齒輪等)產(chǎn)生的機(jī)械噪聲，車輪與鋼軌間產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)噪聲，受電弓與接觸網(wǎng)線間發(fā)生的滑動(dòng)噪聲，車輛高速行走時(shí)，在車體凹凸、車輛間隙及受電弓等處發(fā)生的氣流噪聲，以及高架橋等線路設(shè)施振動(dòng)產(chǎn)生的構(gòu)造物噪聲等[9]。噪聲從這些源點(diǎn)向車內(nèi)的傳送途徑大體可以歸結(jié)為3類，即固體傳播音、透過音與空氣傳播音。

在明確了車內(nèi)噪聲發(fā)生源及其傳送途徑的基礎(chǔ)上，日本新干線采取了諸多行之有效的降噪措施。在車輛減振降噪技術(shù)方面，日本鐵路采取了包括阻斷車底噪聲源向車內(nèi)的傳播途徑、車底設(shè)備采取彈性支持、轉(zhuǎn)向架上的車廂地板采用“浮床構(gòu)造”(700系列車)、雙皮結(jié)構(gòu)鋁型材、低噪聲受電弓、改良型齒輪裝置、車廂地板與車底板間加緩沖橡膠墊、使用永磁電機(jī)和靜音空調(diào)等一系列技術(shù)措施[10]。作為降低車外噪聲對(duì)環(huán)境影響的重要技術(shù)手段，日本新干線聲屏障在郊區(qū)多采用混凝土結(jié)構(gòu)系列，市區(qū)一般采用金屬結(jié)構(gòu)系列或塑料結(jié)構(gòu)系列；在居民聚居路段，多采用插板式聲屏障，采用珍珠巖混凝土吸聲板、金屬單元板內(nèi)附玻璃棉等結(jié)構(gòu)，利用H型鋼立柱固定，高度為2～3 m。對(duì)于列車在非隧道區(qū)間運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的低頻噪聲，日本鐵道綜合技術(shù)研究所正在研究低頻噪聲的空氣動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象，包括列車端部、尾部的空氣壓力波動(dòng)和主要發(fā)生于中間車輛的5～20 Hz低頻噪聲，通過現(xiàn)車試驗(yàn)和模型試驗(yàn)研究轉(zhuǎn)向架形狀等對(duì)噪聲的影響，從而研究出適用于實(shí)際車輛低頻噪聲的降噪對(duì)策，最大程度地降低鐵路噪聲對(duì)沿線環(huán)境及旅客的影響。

鐵路減振方面，日本鐵道綜合技術(shù)研究所開發(fā)了S型彈直軌道和高衰減板式軌道。S型彈直軌道適用于高架橋等混凝土結(jié)構(gòu)物和隧道內(nèi)。與一般的彈直軌道相比，S型彈直軌道具有同等降低結(jié)構(gòu)物噪聲的效果，但在降低施工成本和縮短工期方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。高衰減板式軌道由螺旋彈簧減振支承裝置和質(zhì)量增加的軌道板組成。經(jīng)室內(nèi)振動(dòng)試驗(yàn)表明，高衰減板式軌道下的地基振動(dòng)(0 m處和12.5 m處)，在10 Hz以上頻域都小于普通板式軌道。隨著新干線最高速度的提升，列車運(yùn)行產(chǎn)生的地基振動(dòng)增加，高衰減板式軌道將成為抑制地基振動(dòng)的對(duì)策之一。

2.5 研究推廣具有自我診斷功能的少維護(hù)系統(tǒng)和技術(shù)

隨著鐵路線路運(yùn)行距離和車輛開行數(shù)量的增加，鐵路相關(guān)設(shè)備運(yùn)營維護(hù)成本成為重要的支出部分。據(jù)日本有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，在鐵路系統(tǒng)的運(yùn)營成本中，設(shè)施設(shè)備的維護(hù)管理成本約占40%。因此，提高鐵路設(shè)施設(shè)備維修管理效率、降低建設(shè)運(yùn)維費(fèi)用，也是鐵路節(jié)能技術(shù)研究應(yīng)用的方向之一。為此，近年來日本鐵路不斷減少地面信號(hào)控制、牽引供電等設(shè)備，積極研究采用具有自我診斷功能的少維護(hù)系統(tǒng)和技術(shù)。

隨著傳感器、監(jiān)視器及故障診斷技術(shù)的快速發(fā)展，維修管理體制從目前的按照使用時(shí)間定期檢修逐步過渡到按照狀態(tài)監(jiān)測(cè)的結(jié)果在發(fā)生列車損壞和事故之前即可及時(shí)維修的“狀態(tài)修”。日本鐵路研究設(shè)置了用于狀態(tài)監(jiān)視的傳感器和數(shù)據(jù)收集、分析系統(tǒng)，能夠在早期發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，根據(jù)設(shè)施設(shè)備狀態(tài)及時(shí)采取必要的措施，使設(shè)施設(shè)備使用年限接近其壽命年限，從而降低全壽命周期使用成本。

為了減少作業(yè)人員前往現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的次數(shù)和成本，日本鐵路還研制了采用運(yùn)營列車收集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的相關(guān)裝置，用以支持“狀態(tài)修”過程。地面設(shè)備設(shè)置發(fā)送器和傳感器組成無線傳感設(shè)備，在運(yùn)營列車上搭載接收器，當(dāng)列車在無線傳感器的通信范圍內(nèi)通過時(shí)可實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集。該采集裝置采用低能耗無線藍(lán)牙通信技術(shù)(BLE)，可實(shí)現(xiàn)無線、快速、少量、低能耗、低成本的近距離無線數(shù)據(jù)采集。研究證明，BLE具有廣播傳送、收發(fā)數(shù)據(jù)的功能，可以同時(shí)處理多批小容量數(shù)據(jù)，在短時(shí)間內(nèi)接收多個(gè)數(shù)據(jù)，是適合車—地間進(jìn)行瞬時(shí)交錯(cuò)通信的無線數(shù)據(jù)交換方式。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能，日本鐵路研制了無線傳感器，由BLE無線通信模塊及熱敏溫度傳感器、熱流傳感器、加速度傳感器3種傳感器構(gòu)成。熱敏溫度傳感器可對(duì)設(shè)備惡化和故障時(shí)的溫度變化進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，熱流傳感器可直接測(cè)量設(shè)備的散熱量，加速度傳感器則用于測(cè)量設(shè)備的振動(dòng)變化。

通過對(duì)采集數(shù)據(jù)的分析和建模，獲取設(shè)備最佳的運(yùn)維時(shí)間，由人工運(yùn)維轉(zhuǎn)向自動(dòng)運(yùn)維。通過不同速度等級(jí)的數(shù)據(jù)交互采集試驗(yàn)證明，采用高速行駛的新干線列車收集地面設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)是可行的。

為實(shí)現(xiàn)節(jié)能控車，日本鐵路還推廣列車運(yùn)行電力模擬器。該模擬器由運(yùn)行管理、饋電線電路計(jì)算、車輛計(jì)算、駕駛曲線計(jì)算等部分構(gòu)成。根據(jù)列車的運(yùn)行條件，可以精確計(jì)算變電所所需承載的負(fù)荷容量，從而確定變電設(shè)備的相應(yīng)性能，也可用于評(píng)價(jià)節(jié)能技術(shù)的導(dǎo)入效果和因時(shí)刻表修改等產(chǎn)生的電力消費(fèi)變化等。該設(shè)備還可預(yù)測(cè)列車運(yùn)行的能源消耗，采用能源網(wǎng)絡(luò)控制方法，在電力設(shè)備與列車群之間構(gòu)筑信息網(wǎng)絡(luò)，通過科學(xué)的算法實(shí)現(xiàn)車輛運(yùn)行的節(jié)能控制。

以上鐵路節(jié)能環(huán)保新技術(shù)一定程度上代表了日本鐵路節(jié)能環(huán)保技術(shù)應(yīng)用的主要方向和技術(shù)領(lǐng)域。此外，日本鐵路還積極引進(jìn)太陽能、風(fēng)能等可再生能源，提高鐵路再生能源利用比例；推廣節(jié)能、創(chuàng)能、生態(tài)、環(huán)境友好的“生態(tài)車站”，通過樹立樣板車站推動(dòng)其他車站建設(shè)節(jié)能環(huán)保綜合車站。

3 日本鐵路節(jié)能環(huán)保新技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)分析

綜合日本鐵路節(jié)能環(huán)保技術(shù)研究發(fā)展和應(yīng)用現(xiàn)狀，根據(jù)日本鐵路各項(xiàng)節(jié)能環(huán)保發(fā)展規(guī)劃，日本鐵路未來將在繼續(xù)大力發(fā)展清潔能源技術(shù)、加強(qiáng)列車再生制動(dòng)技術(shù)研究應(yīng)用、提高資源和能源循環(huán)利用效率的基礎(chǔ)上[11]，進(jìn)一步加快研發(fā)和應(yīng)用新型車輛節(jié)能環(huán)保技術(shù)，在新能源及混合動(dòng)力機(jī)車研究方面持續(xù)發(fā)力，全面推進(jìn)鐵路減振降噪技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展，大力推廣綜合節(jié)能環(huán)保和生態(tài)車站建設(shè)，有效降低鐵路設(shè)備全壽命周期運(yùn)營維護(hù)成本。

3.1 繼續(xù)提高可再生能源利用比例

日本鐵路重視對(duì)太陽能、風(fēng)能、地?zé)帷⑸锬艿刃履茉醇夹g(shù)的發(fā)展研究和應(yīng)用，在多個(gè)鐵路站段建設(shè)了新能源發(fā)電設(shè)備，并大力發(fā)展自營電力，建設(shè)大規(guī)模新能源發(fā)電站，擴(kuò)大日本鐵路自營電力應(yīng)用比例，減少對(duì)電網(wǎng)公司的依賴。新能源技術(shù)的應(yīng)用提高了日本鐵路清潔能源消費(fèi)占比，降低了日本鐵路能源消耗對(duì)環(huán)境的影響程度，減少了溫室氣體排放，是未來日本鐵路繼續(xù)堅(jiān)持研究和發(fā)展的技術(shù)領(lǐng)域。

3.2 加強(qiáng)對(duì)再生制動(dòng)及儲(chǔ)能技術(shù)的研究應(yīng)用

近年來，日本鐵路在再生制動(dòng)及儲(chǔ)能技術(shù)方向開展了大量研究和應(yīng)用，在蓄電池儲(chǔ)能、再生制動(dòng)回收利用裝置、智能電網(wǎng)控制技術(shù)等方面進(jìn)行了一系列推廣試點(diǎn)和應(yīng)用案例，取得了一定的研究成果，未來仍是日本鐵路節(jié)能技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。日本鐵路重視對(duì)鐵路車輛剎車制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生能量的回收利用，未來將繼續(xù)在再生制動(dòng)回收利用裝置及配套的電力電子技術(shù)、儲(chǔ)能技術(shù)等方面加強(qiáng)研究。結(jié)合車站綜合能源管理系統(tǒng)和電網(wǎng)綜合調(diào)度控制技術(shù)，提高對(duì)鐵路再生制動(dòng)能量的回收和利用效率。

3.3 高度重視廢物資源的回收利用

由于日本自身資源匱乏，節(jié)約資源和廢物資源回收綜合利用一直是日本鐵路節(jié)能環(huán)保技術(shù)的一個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向。多年來，日本通過對(duì)鐵路車站、列車綜合維修基地等場(chǎng)所產(chǎn)生的廢棄物，生活服務(wù)、餐飲零售等產(chǎn)生的生活垃圾進(jìn)行分類回收、處理、再利用，提高了廢棄資源的可回收率和綜合循環(huán)利用效率。日本鐵路有專門從事資源回收利用的公司，未來將繼續(xù)開展多種資源回收利用技術(shù)研究，最大程度降低有害廢棄物對(duì)環(huán)境的影響，提高資源的分類回收利用效率。

3.4 研發(fā)新型動(dòng)力節(jié)能環(huán)保車輛

根據(jù)日本交通政策審議會(huì)陸上交通鐵路分會(huì)研究確定的日本鐵路科技發(fā)展規(guī)劃，研發(fā)節(jié)能環(huán)保型車輛、實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好型鐵路運(yùn)輸是日本鐵路未來科技發(fā)展的重要方向。在此政策的指引下，日本鐵路將致力于通過車輛的技術(shù)優(yōu)化和更新?lián)Q代實(shí)現(xiàn)鐵路運(yùn)輸領(lǐng)域的節(jié)能環(huán)保。與此同時(shí)，在世界多國高度重視研究和發(fā)展氫能源列車的大背景下，日本也已將氫能源列車作為未來鐵路的研究方向。JR東日本鐵路公司計(jì)劃于2021年開始對(duì)氫能源列車進(jìn)行測(cè)試，并在2024年之前將該技術(shù)用于商用。新型高速列車和混合動(dòng)力機(jī)車將作為日本鐵路未來發(fā)展的重點(diǎn)方向，推動(dòng)日本鐵路節(jié)能環(huán)保技術(shù)水平邁上新的臺(tái)階。

3.5 進(jìn)一步推動(dòng)減振降噪

減振降噪技術(shù)作為日本鐵路高度重視的節(jié)能環(huán)保技術(shù)之一，未來仍將是日本鐵路研究的熱點(diǎn)。在對(duì)噪聲產(chǎn)生位置、發(fā)生機(jī)理和傳播途徑開展大量研究的基礎(chǔ)上，日本鐵路將開展一系列空氣力學(xué)噪聲和低頻噪聲的模型和風(fēng)洞試驗(yàn)，力爭(zhēng)通過采取改良車輛底架結(jié)構(gòu)、采用永磁電機(jī)和低噪聲空調(diào)設(shè)備等方式減少車內(nèi)產(chǎn)生的噪聲；通過開發(fā)新型低噪聲高速列車，裝配低噪聲導(dǎo)電弓和吸音裝置，降低車輛噪聲，提高旅客乘坐舒適程度。與此同時(shí)，日本鐵路還將不斷研發(fā)吸音能力良好的聲屏障，有效降低鐵路列車運(yùn)行過程中對(duì)沿線環(huán)境產(chǎn)生的噪聲影響。在減少振動(dòng)方面，日本鐵路未來將繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)路基振動(dòng)的起因和組成的研究，力爭(zhēng)通過防振板式軌道和低成本化防振裝置有效降低列車運(yùn)行產(chǎn)生的振動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響。

3.6 加強(qiáng)鐵路全壽命周期運(yùn)營的監(jiān)測(cè)

為了降低鐵路設(shè)施設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)成本，日本鐵路公司通過在運(yùn)營車輛和地面設(shè)備部署大量傳感器裝置進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)采集和分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的問題并采取措施，形成“狀態(tài)修”的運(yùn)營維護(hù)機(jī)制，降低了設(shè)備的全壽命周期成本。根據(jù)以上研究應(yīng)用成果，未來日本將開展更為精確的數(shù)據(jù)分析，結(jié)合大數(shù)據(jù)算法等技術(shù)，對(duì)設(shè)備故障狀態(tài)和運(yùn)營維護(hù)狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行大量科學(xué)性分析，形成更為科學(xué)智能的故障診斷維護(hù)系統(tǒng)，進(jìn)一步降低鐵路設(shè)備運(yùn)營維護(hù)成本，提高設(shè)備的使用壽命。

4 結(jié)束語

日本鐵路的節(jié)能環(huán)保技術(shù)發(fā)展體系較完善，技術(shù)發(fā)展水平較為領(lǐng)先，不僅在傳統(tǒng)的廢棄資源回收利用、再生制動(dòng)、自營電力、新能源發(fā)電等技術(shù)領(lǐng)域持續(xù)發(fā)力，還在新型氫燃料混合動(dòng)力機(jī)車、蓄電池節(jié)能型機(jī)車、新型減振降噪技術(shù)、設(shè)備運(yùn)營維護(hù)系統(tǒng)技術(shù)等領(lǐng)域不斷開拓創(chuàng)新，共同推動(dòng)日本鐵路節(jié)能環(huán)保技術(shù)體系全面發(fā)展。隨著非牽引節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展逐漸趨于完善，牽引節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域?qū)⑹俏覈磥龛F路進(jìn)一步發(fā)展和突破的技術(shù)方向，此外，我國鐵路廢棄資源回收再利用方面與日本尚存在差距。因此，日本鐵路的節(jié)能環(huán)保技術(shù)研究和發(fā)展趨勢(shì)能夠?yàn)槲覈F路未來節(jié)能環(huán)保技術(shù)發(fā)展提供啟發(fā)和參考，尤其在氫燃料與蓄電池混合動(dòng)力機(jī)車、廢棄資源回收利用、可再生能源利用技術(shù)等領(lǐng)域，是未來我國鐵路應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)發(fā)展和突破的節(jié)能環(huán)保技術(shù)方向。今后，我國鐵路應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)新能源及混合動(dòng)力機(jī)車的研究，重視鐵路固體廢棄物的分類回收和再利用技術(shù)，進(jìn)一步提高鐵路太陽能、風(fēng)能等可再生能源的利用比例。與此同時(shí)，未來節(jié)能環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域的結(jié)合將更加緊密，大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)的發(fā)展將會(huì)推動(dòng)節(jié)能環(huán)保技術(shù)體系更為科學(xué)化和智能化，進(jìn)一步提升鐵路綜合節(jié)能環(huán)保技術(shù)水平。