電力機車的節能減排成效分析

摘要：節能減排有助于發展循環經濟，全面落實科學發展觀，實現我國的和諧與可持續發展。應用于交通運輸行業中，優化資源，尋求替代能源，節能減排同樣也是交通企業發展的迫切需要。與其他運輸方式相比，鐵路運輸有一定的優勢，為我國當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能減排措施提供了支持。

關鍵詞：電力機車；節能減排；電氣化鐵路；交通運輸行業；石油資源；污染物 文獻標識碼：A

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

運輸鐵路在單位運輸上具有很大的優勢，如效率高、能耗低、占地小、污染小等，其中的鐵路機車主要依靠蒸汽機車、內燃機車以及電力機車進行牽引，而后者與前兩者相比更是具備了明顯的優勢，過載能力非常強、功率大且速度較快，這與我國各項政策與舉措中的節能減排要求相符，不但實現了對資源的合理利用，同時還很好地保護了生態環境，具有符合時代發展與要求、與過去傳統能耗浪費情況相比無法超越的優勢，于是電力機車在運輸鐵路事業上的發展也成為了鐵路現代化發展的方向。

1 在節能方面電力機車展現的優勢

1.1 實現了能源的多元化利用且熱效率較高

電力機車牽引所使用的電能是二次能源，具有多種轉化方法，因此能夠實現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電站，也可選擇劣質的煤或是重用多次的油來使用。因此能源的利用具備了多元化的特征，為電力牽引的節能奠定了無可比擬的基礎與優勢，如果將液壓傳動部分出現的損失或電力傳動損失考慮其中，那么內燃機車的平均熱效率大約為26%，電力機車的平均熱效率為28%，如果采用核能或是太陽能進行發電的電力機車平均熱效能將達到更高的值。由此可見，加強能源的高效利用，盡可能地減少熱損，并開發電力機車牽引，對我國鐵路運輸在節能降耗方面的工作有著重大的價值與意義。

1.2 “再生制動”技術為電氣化鐵路帶來的節能效應

再生制動技術是通過轉變牽引電動機為發電機發出電能，通過第三軌或是接觸線反饋至鐵路的供電系統，而這些反饋電能還可以供給其他的機車使用。與傳統機械化的制動方式進行比較，再生制動系統和交流調速具有更多的優勢，比如降低制動的噪音，可將能源再生利用、環保效應更好。在能效的利用率上，再生制動與內燃機車通常使用的空氣制動方法相比，能效利用率高出很多，比如常見的和諧號動車組，如果動車從200公里的時速下降到90公里，這個過程是需要電機的反向旋轉進行制動，很好地利用了動車的慣性動力使發電機產生電能，電能輸入電網形成降速。一旦速度降到90公里以下時，所采用的剎車屬于機械剎車，而這時的剎車又不會產生尖銳的噪音，也不會發生列車晃動等情況，因此帶來的效果是雙重性的。

1.3 機車直供電帶來的節能效益

電力機車直供電系統電力工作原理是從機車變壓器交流電輸出，再經過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、取暖以及車廂空調設備的使用，這就取代了傳統的柴油發電車。電力機車的取電方式是直通電網，通過變壓整流以后為列車供電，屬于一種環保能源的直供，具有損耗少，且能源利用率大大提高的優勢。傳統的柴油發電車主要是依靠燃燒柴油，并通過在化學能或是熱能等多種能源的轉換而形成，因此傳統柴油發電車能源利用率較低，且損耗非常大。

2 在環保方面電力機車展現的優勢

2.1 控制廢氣污染

內燃機車在當前鐵路的運輸中還有一些價值得以運用，但也成為了鐵路運輸業中產生廢氣的主要動態污染源，它對環境造成的污染影響了整個鐵路覆蓋區內的生態系統，對周邊植物、人體、氣候等都造成較大的影響。有相關資料顯示，每噸的柴油燃燒所排出的有害氣體需要依靠新鮮空氣進行稀釋的體積為1.34萬立方米，需要大量的空氣稀釋才能保證范圍內的空氣質量達標，但應用在電力機車上，需要依靠接觸網傳送的電能以獲取動力，其本身不帶原動機，不依靠燃油，也不會排放或是產生廢油與有害氣體，因此不會對鐵路覆蓋區域造成環境污染，還能在很大程度上改善機車乘務員以及周邊沿線養路工作人員的勞動環境與勞動條件。在丁魏對《電力機車的節能減排實效分析》中局內實施以電代油的措施后，每年所減少的機車使用柴油達到4萬多噸，以這個數據為基礎，那么每年能夠有效減少氮氧化物排放量達到760噸，二氧化氮減少量達到128噸，煙塵減少量達到608噸。由此可見，電力機車在運行時對環保工作有著巨大的作用。

2.2 控制機車司機室的噪聲污染

鐵路所產生的噪音主要包括如下五種，即機車的動力噪聲、機車鳴笛噪聲、列車運行輪軌噪聲、空氣動力噪聲以及其他機械性噪聲。在內燃機車或是電力機車運行過程中，其時速非常接近，在都不進行機車鳴笛的前提下，運行所產生的噪聲也大致相同。但內燃機車的機車柴油運轉則會產生更大的噪聲，并且噪聲與柴油機功率成正比，也就是說，柴油機功率越大，噪聲也就越大，但在電力機車運行時，因為在結構上電力機車本身不帶任何原動機，所以動力產生的噪音是可控范圍內最小的，運行中的噪聲大概在82～87dB之間，在同等條件下的內燃機車司機室噪音在100～108dB之間，相比之下電力機車的機車噪聲明顯較小。由此可見，電力機車司機室噪聲較小的優勢也符合了我國在鐵路建設方面提出的“以人為本，構建和諧鐵路”的理念，是對環保觀念的落實，也很好地改善了鐵道交通運輸生產時的司機作業環境。

2.3 振動控制優勢

鐵路列車在運行的過程中輪軌激勵產生鐵路振動，影響因素包括了列車軸重、軌道質量與結構以及列車的運行速度等，不同鐵路交通運輸在軌道質量結構、線路以及運行速度均相同的前提下，因為動車組和電力機車軸重輕的優勢，與內燃機車相比產生的環境振動更小。有相關調查數據顯示，如果運行條件相同，而列車運行的時速為160公里，那么動車組中心軌道30米產生的Z振級與內燃機車相比，降低的幅度在10～20dB之間，由此可見，電力機車對振動的控制也具備了很大的優勢。

2.4 機車檢修時的環保優勢

檢修內燃機車的工作中，其產生的含油廢水成為了鐵路運輸固定的污染源。有相關數據顯示，每一年中機車檢修產生的化學需要氧量以及石油類的污染物占據了總污染排放量的40%以上，而在使用了電力機車以后，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，還有數據類報告指出，電力機車檢修過程產生的脂類、柴油遠遠少于內燃機車的檢修。

3 應用電力機車后所產生的節能減排實效分析

電氣化鐵路的開通在我國鐵路交通中實施已有一定的時間，為了更科學地研究電力機車應用后所產生的節能減排實際效果，本文以數據對比的方法針對我國某城市鐵路局的相關資料進行分析，共同探討應用電力機車后在數據的顯示上所帶來的節能效果。

3.1 引入電力牽引，有效控制能耗增幅

我國很多的大中型城市大約于10年前陸續開通了電氣化鐵路，將電力機車牽引成功引入并應用，實現了對內燃機車運輸工作的替代，并出現了各種跨段機車交通。在電氣化普及以前，我國很多城市的機車使用能源較為統一，結構單一，基本依靠柴油，且消耗量非常大。某城市鐵路局在10年前上半年中機車使用的柴油量達到了33萬噸，牽引工作僅為1500多萬公里，標準煤消耗約為48萬噸。引入電力機車至今，牽引工作量的完成度較之前增長了15%，標準煤消耗足足少了3萬噸，這得益于電力機車的節能減排功能，同時也是鐵路交通在運輸結構性方面的調整，電力機車節能的優越性在數據上突出明顯。有相關文獻統計指出，電力機車平均牽引總重每列均比內燃機車高出500噸，而能源的消耗卻僅僅為內燃機車的三分之一，可見在每公里的運行中，電力機車所消耗的標準煤約少于內燃機車的60%。由此可見，以電代油以后，不但增加了工作量，還實現了節能降耗的效果。

3.2 加強牽引比重，降低節能減排指標

我國鐵路的六次大提速中最后一次出現在2007年，當時已基本實現了電力機車的普及，和諧號動車組的運營實現了鐵路客運公交化，同時也帶來了節能減排的效果。在當時，我國已有個別城市在鐵路運輸工作上全面實現了2億人發送量，以2億為標準，周算約為21萬噸公里，與未提速前相比提高了2%，而能源消耗量降幅約為7%。在環保方面，據研究二氧化硫與化學需氧量均實現了減排，能源的高效使用使得電力機車總耗能降低，在節能減排上實現了重大的突破。很多城市的節能減排標志正是以10年前采用電力機車牽引為轉折點，通過電氣化建設，徹底改變了機車的能耗結構，最終實現節能減排與經濟效益的雙指標達標。

4 電力機車節能減排的展望

隨著社會的進步與科技的發展，如今電氣化鐵路已覆蓋了我國大范圍區域，真正實現了機車能源高利用率，并有效減少污染排放，而生產模式也由傳統的粗放型轉變為集約型。鐵路事業中的運量與運輸工作得到了提高與發展，在大力提倡環保的號召下，能源低消耗、污染物低排放的目標也漸漸接近，可以說，鐵路事業的節能減排任務實現質的飛躍。“十三五”對未來交通鐵路事業的發展以及能源低消耗、低排放提出了明確的要求，將電力機車作為順應時代發展與社會進步的重要運輸載體，未來節能減排的前景將會更加開闊。

5 結語

綜上所述，我國鐵路軌道交通的大力發展是符合我國乃至全球關于能源節約及排放控制等戰略要求的，相關鐵路交通部門應該樹立節能環保意識，利用先進的技術設備，采用科學的管理方法，保障優質的運輸服務，努力組織，認真謀劃，更好地實現在“十三五”中對節能減排任務提出的具體要求與目標，為我國鐵路運輸工作的發展、和諧鐵路的目標建設、全球環境保護工作的支持以及我國經濟建設的發展做出更大的貢獻。

參考文獻

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[2] 丁魏.電力機車的節能減排實效分析[J].節能，2009，4（15）.

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作者簡介：黨小杰（1987-），男，甘肅正寧人，南寧鐵路局南寧機務段助理工程師。

（責任編輯：小 燕）