电力机车的节能减排成效分析
中图分类号：U664 文章编号：1009-2374（2016）21-0097-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.21.047
运输铁路在单位运输上具有很大的优势，如效率高、能耗低、占地小、污染小等，其中的铁路机车主要依靠蒸汽机车、内燃机车以及电力机车进行牵引，而后者与前两者相比更是具备了明显的优势，过载能力非常强、功率大且速度较快，这与我国各项政策与举措中的节能减排要求相符，不但实现了对资源的合理利用，同时还很好地保护了生态环境，具有符合时代发展与要求、与过去传统能耗浪费情况相比无法超越的优势，于是电力机车在运输铁路事业上的发展也成为了铁路现代化发展的方向。
1 在节能方面电力机车展现的优势
1.1 实现了能源的多元化利用且热效率较高
电力机车牵引所使用的电能是二次能源，具有多种转化方法，因此能够实现综合利用资源的效果，尤其是可利用的水利资源、天然气资源以及核能资源等，即便供电方位火力发电站，也可选择劣质的煤或是重用多次的油来使用。因此能源的利用具备了多元化的特征，为电力牵引的节能奠定了无可比拟的基础与优势，如果将液压传动部分出现的损失或电力传动损失考虑其中，那么内燃机车的平均热效率大约为26%，电力机车的平均热效率为28%，如果采用核能或是太阳能进行发电的电力机车平均热效能将达到更高的值。由此可见，加强能源的高效利用，尽可能地减少热损，并开发电力机车牵引，对我国铁路运输在节能降耗方面的工作有着重大的价值与意义。
1.2 “再生制动”技术为电气化铁路带来的节能效应
再生制动技术是通过转变牵引电动机为发电机发出电能，通过第三轨或是接触线反馈至铁路的供电系统，而这些反馈电能还可以供给其他的机车使用。与传统机械化的制动方式进行比较，再生制动系统和交流调速具有更多的优势，比如降低制动的噪音，可将能源再生利用、环保效应更好。在能效的利用率上，再生制动与内燃机车通常使用的空气制动方法相比，能效利用率高出很多，比如常见的和谐号动车组，如果动车从200公里的时速下降到90公里，这个过程是需要电机的反向旋转进行制动，很好地利用了动车的惯性动力使发电机产生电能，电能输入电网形成降速。一旦速度降到90公里以下时，所采用的刹车属于机械刹车，而这时的刹车又不会产生尖锐的噪音，也不会发生列车晃动等情况，因此带来的效果是双重性的。
1.3 机车直供电带来的节能效益
电力机车直供电系统电力工作原理是从机车变压器交流电输出，再经过整流滤波后输出的电压为DC600V+5%电压，供电需要包括了客车车厢中的照明、取暖以及车厢空调设备的使用，这就取代了传统的柴油发电车。电力机车的取电方式是直通电网，通过变压整流以后为列车供电，属于一种环保能源的直供，具有损耗少，且能源利用率大大提高的优势。传统的柴油发电车主要是依靠燃烧柴油，并通过在化学能或是热能等多种能源的转换而形成，因此传统柴油发电车能源利用率较低，且损耗非常大。
2 在环保方面电力机车展现的优势
2.1 控制废气污染
内燃机车在当前铁路的运输中还有一些价值得以运用，但也成为了铁路运输业中产生废气的主要动态污染源，它对环境造成的污染影响了整个铁路覆盖区内的生态系统，对周边植物、人体、气候等都造成较大的影响。有相关资料显示，每吨的柴油燃烧所排出的有害气体需要依靠新鲜空气进行稀释的体积为1.34万立方米，需要大量的空气稀释才能保证范围内的空气质量达标，但应用在电力机车上，需要依靠接触网传送的电能以获取动力，其本身不带原动机，不依靠燃油，也不会排放或是产生废油与有害气体，因此不会对铁路覆盖区域造成环境污染，还能在很大程度上改善机车乘务员以及周边沿线养路工作人员的劳动环境与劳动条件。在丁魏对《电力机车的节能减排实效分析》中局内实施以电代油的措施后，每年所减少的机车使用柴油达到4万多吨，以这个数据为基础，那么每年能够有效减少氮氧化物排放量达到760吨，二氧化氮减少量达到128吨，烟尘减少量达到608吨。由此可见，电力机车在运行时对环保工作有着巨大的作用。
2.2 控制机车司机室的噪声污染
铁路所产生的噪音主要包括如下五种，即机车的动力噪声、机车鸣笛噪声、列车运行轮轨噪声、空气动力噪声以及其他机械性噪声。在内燃机车或是电力机车运行过程中，其时速非常接近，在都不进行机车鸣笛的前提下，运行所产生的噪声也大致相同。但内燃机车的机车柴油运转则会产生更大的噪声，并且噪声与柴油机功率成正比，也就是说，柴油机功率越大，噪声也就越大，但在电力机车运行时，因为在结构上电力机车本身不带任何原动机，所以动力产生的噪音是可控范围内最小的，运行中的噪声大概在82～87dB之间，在同等条件下的内燃机车司机室噪音在100～108dB之间，相比之下电力机车的机车噪声明显较小。由此可见，电力机车司机室噪声较小的优势也符合了我国在铁路建设方面提出的“以人为本，构建和谐铁路”的理念，是对环保观念的落实，也很好地改善了铁道交通运输生产时的司机作业环境。
2.3 振动控制优势
铁路列车在运行的过程中轮轨激励产生铁路振动，影响因素包括了列车轴重、轨道质量与结构以及列车的运行速度等，不同铁路交通运输在轨道质量结构、线路以及运行速度均相同的前提下，因为动车组和电力机车轴重轻的优势，与内燃机车相比产生的环境振动更小。有相关调查数据显示，如果运行条件相同，而列车运行的时速为160公里，那么动车组中心轨道30米产生的Z振级与内燃机车相比，降低的幅度在10～20dB之间，由此可见，电力机车对振动的控制也具备了很大的优势。 2.4 机车检修时的环保优势
检修内燃机车的工作中，其产生的含油废水成为了铁路运输固定的污染源。有相关数据显示，每一年中机车检修产生的化学需要氧量以及石油类的污染物占据了总污染排放量的40%以上，而在使用了电力机车以后，检修工作上污染因素明显减少，特别是石油类的污染物更是大量减少。另外，还有数据类报告指出，电力机车检修过程产生的脂类、柴油远远少于内燃机车的检修。
3 应用电力机车后所产生的节能减排实效分析
电气化铁路的开通在我国铁路交通中实施已有一定的时间，为了更科学地研究电力机车应用后所产生的节能减排实际效果，本文以数据对比的方法针对我国某城市铁路局的相关资料进行分析，共同探讨应用电力机车后在数据的显示上所带来的节能效果。
3.1 引入电力牵引，有效控制能耗增幅
我国很多的大中型城市大约于10年前陆续开通了电气化铁路，将电力机车牵引成功引入并应用，实现了对内燃机车运输工作的替代，并出现了各种跨段机车交通。在电气化普及以前，我国很多城市的机车使用能源较为统一，结构单一，基本依靠柴油，且消耗量非常大。某城市铁路局在10年前上半年中机车使用的柴油量达到了33万吨，牵引工作仅为1500多万公里，标准煤消耗约为48万吨。引入电力机车至今，牵引工作量的完成度较之前增长了15%，标准煤消耗足足少了3万吨，这得益于电力机车的节能减排功能，同时也是铁路交通在运输结构性方面的调整，电力机车节能的优越性在数据上突出明显。有相关文献统计指出，电力机车平均牵引总重每列均比内燃机车高出500吨，而能源的消耗却仅仅为内燃机车的三分之一，可见在每公里的运行中，电力机车所消耗的标准煤约少于内燃机车的60%。由此可见，以电代油以后，不但增加了工作量，还实现了节能降耗的效果。
3.2 加强牵引比重，降低节能减排指标
我国铁路的六次大提速中最后一次出现在2007年，当时已基本实现了电力机车的普及，和谐号动车组的运营实现了铁路客运公交化，同时也带来了节能减排的效果。在当时，我国已有个别城市在铁路运输工作上全面实现了2亿人发送量，以2亿为标准，周算约为21万吨公里，与未提速前相比提高了2%，而能源消耗量降幅约为7%。在环保方面，据研究二氧化硫与化学需氧量均实现了减排，能源的高效使用使得电力机车总耗能降低，在节能减排上实现了重大的突破。很多城市的节能减排标志正是以10年前采用电力机车牵引为转折点，通过电气化建设，彻底改变了机车的能耗结构，最终实现节能减排与经济效益的双指标达标。
4 电力机车节能减排的展望
随着社会的进步与科技的发展，如今电气化铁路已覆盖了我国大范围区域，真正实现了机车能源高利用率，并有效减少污染排放，而生产模式也由传统的粗放型转变为集约型。铁路事业中的运量与运输工作得到了提高与发展，在大力提倡环保的号召下，能源低消耗、污染物低排放的目标也渐渐接近，可以说，铁路事业的节能减排任务实现质的飞跃。“十三五”对未来交通铁路事业的发展以及能源低消耗、低排放提出了明确的要求，将电力机车作为顺应时代发展与社会进步的重要运输载体，未来节能减排的前景将会更加开阔。
5 结语
综上所述，我国铁路轨道交通的大力发展是符合我国乃至全球关于能源节约及排放控制等战略要求的，相关铁路交通部门应该树立节能环保意识，利用先进的技术设备，采用科学的管理方法，保障优质的运输服务，努力组织，认真谋划，更好地实现在“十三五”中对节能减排任务提出的具体要求与目标，为我国铁路运输工作的发展、和谐铁路的目标建设、全球环境保护工作的支持以及我国经济建设的发展做出更大的贡献。
