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日本的鐵路行業(yè)如今處在劇烈的環(huán)境變化之中。對節(jié)能要求嚴(yán)格是重大變化之一。
日本鐵路企業(yè)很早以前就開始致力于節(jié)能。與其他交通工具相比，鐵路的人均運輸能耗原本就比較低。例如，新干線的人均運輸能耗只有飛機的25分之1。
但是，受到近期電力供求變化的影響，鐵路已經(jīng)不能再高枕無憂。日本大地震發(fā)生后，核電站停運造成的全國性電力短缺對鐵路造成了巨大的影響。地震剛剛過后，日本東部地區(qū)的鐵路企業(yè)就開始全面開展節(jié)能運動，隨著核電站停運，西部地區(qū)的鐵路企業(yè)也同樣開始了行動。
鐵路領(lǐng)域的節(jié)能技術(shù)一直在進步。以新干線為例，現(xiàn)在的“N700系”與第一代“0系”相比，行駛時速為220km時，耗電量減少了約一半，與上一代的“700系”相比，耗電量也減少了約20%。但在今后，要想進一步提高能源效率，就必須采用新技術(shù)。普通鐵路的情況也同樣如此。
地鐵采用LED和新型半導(dǎo)體
于2012年4月投入運行的東京地鐵(東京Metro)銀座線新“1000系”車輛，其外觀令人聯(lián)想起老“1000系”——1927年開始商業(yè)運營的亞洲最早的地鐵所使用的地鐵車輛，但內(nèi)部卻大不相同，采取了大量改善措施以提高性能。
例如，為了提高乘客的乘坐舒適度，車內(nèi)加大空調(diào)的輸出功率，強化了空調(diào)的功能;把車內(nèi)顯示器改換為17英寸的寬屏液晶顯示器，提高了視認(rèn)性。但強化這些功能后，車輛的耗電量趨于增加。為此，新1000系采用了削減耗電量的技術(shù)。其中具代表性的是前部標(biāo)識燈(前燈)和車廂燈采用的LED照明。東京Metro稱，地鐵前燈采用LED“尚屬首次”。
雖然主燈只有32瓦，輔燈只有16瓦，但亮度卻與過去的150瓦級前燈相當(dāng)。車廂燈也在確保亮度等于或大于過去熒光燈的同時，削減了約40%的耗電量。車廂燈的LED照明壽命約為4萬個小時，大約是熒光燈的3.5倍。
不只是照明，馬達也實現(xiàn)了高效率化。采用的是比普通感應(yīng)馬達效率更高的永磁同步馬達。除此之外，為了減輕曲線行駛時的振動和噪聲，車輛還配備了能夠沿曲線平穩(wěn)行駛的“徑向轉(zhuǎn)向架”。使原本固定在轉(zhuǎn)向架上的車軸的朝向能夠沿軌道的曲線活動。東京Metro稱，這種方式應(yīng)用于地鐵也是日本“國內(nèi)首次”。
并且，同屬銀座線的其他客運車輛采用了使用新材料SiC(碳化硅)的功率半導(dǎo)體。半導(dǎo)體行業(yè)對此寄予了厚望，認(rèn)為這一技術(shù)“應(yīng)用于鐵路，將會大大地加速普及”。功率半導(dǎo)體的作用是在驅(qū)動馬達，或是為電池充電時控制或供給電力。與使用Si(硅)的現(xiàn)行功率半導(dǎo)體相比，使用SiC的功率半導(dǎo)體能夠大幅降低電力損耗，實現(xiàn)裝置的小型化。
最先著手采用的是三菱電機公司。2011年10月，該公司發(fā)布了配備SiC功率半導(dǎo)體的逆變器。現(xiàn)在，銀座線“01系”的部分車輛已經(jīng)配備了這種逆變器。
緊隨三菱電機之后的是東芝公司。該公司于2011年12月發(fā)布了使用SiC功率半導(dǎo)體的逆變器。三菱電機與東芝的逆變器是用于接觸網(wǎng)供應(yīng)的電壓為直流600伏或750伏的鐵路。之后，日立制作所又在2012年4月發(fā)布了為1500伏直流接觸網(wǎng)開發(fā)的使用SiC功率半導(dǎo)體的逆變器。
附屬設(shè)備的節(jié)能也是當(dāng)務(wù)之急
在車輛之外的領(lǐng)域，車站等附屬設(shè)備的耗電量也是一個重大課題。
現(xiàn)在，日本的鐵路運營商為了應(yīng)對少子老齡化造成的減收，在經(jīng)營運輸業(yè)務(wù)的同時，還在擴大非運輸業(yè)務(wù)。正在開展的措施包括增設(shè)站內(nèi)店鋪、經(jīng)營商業(yè)設(shè)施、擴大數(shù)字標(biāo)牌(電子標(biāo)牌)及完善高速通信網(wǎng)等。這些設(shè)施的耗電量占據(jù)的比例越來越大。某鐵路人士稱：“耗電量之大已經(jīng)到了不能稱之為‘附屬’的地步。”
例如，在日本旅客鐵路公司2010年度的總銷售額中，非運輸業(yè)的比例超過了3成。與之相呼應(yīng)，該公司鐵路運行以外的能耗也擴大到了整體的約3成。
車站耗電量占鐵路運營商用電量的約20%，并呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢。為了阻止這種趨勢，鐵路運營商開始在車站采用光伏發(fā)電系統(tǒng)和LED照明等。
日本推行的“環(huán)保車站”就是一個很好的例子。2012年春季，東京四谷站成為了第一座環(huán)保車站。車站與相鄰商業(yè)設(shè)施的屋頂設(shè)置了光伏發(fā)電系統(tǒng)，僅車站就具備50千瓦(kW)的輸出功率。
站臺和大堂的照明采用LED。顯示站名等信息的電子顯示器、乘務(wù)員所用監(jiān)視器的背照燈也采用LED。除了設(shè)置采光天窗，以便白天能夠關(guān)燈之外，車站業(yè)務(wù)設(shè)施中還設(shè)置了家用燃料電池。
日本的目標(biāo)是，通過以上舉措，與2008年度相比，將四谷站的二氧化碳排放量減少約40%。該公司預(yù)定今后逐漸增加環(huán)保車站的數(shù)量。
使用LED替代熒光燈和白熾燈泡能夠減少耗電量，而根據(jù)情況控制LED照明還可以進一步省電。出于這一目的，東京急行電鐵公司的自由丘站嘗試采用了松下的LED照明及其控制系統(tǒng)。
照明控制系統(tǒng)利用設(shè)置在車站各處的人感傳感器，根據(jù)乘客的數(shù)量自動調(diào)整LED照明的照度。比方說在人流量小時調(diào)暗。而且，車站的站臺還配置了與人感傳感器合為一體的照度傳感器。能夠在晴朗的白天將LED照明調(diào)暗，在陰雨的白天調(diào)亮。
大堂的LED照明還能根據(jù)時段調(diào)整色調(diào)。在清晨的通勤時段采用振奮精神的“日光色”，在傍晚采用“白色～暖白色”。夜晚則改用柔和的“白熾燈色”。
除了LED照明之外，自由丘站還采用了有機EL(電致發(fā)光)照明。松下稱，其效果是整座車站的照明耗電量“最多減少了約37%，平均減幅約為30%，具體數(shù)字取決于使用情況”。而且，通過采用照明控制系統(tǒng)，耗電量預(yù)計將減少約50%。照明在整座車站耗電量中所占的比例約為50%，由此計算，整體耗電量大約可減少25%。
海外出口賦予日本商機
此外，在節(jié)能對策方面，很值得關(guān)注的是大型鐵路運營商自身擁有水力發(fā)電和火力發(fā)電等大規(guī)模發(fā)電設(shè)備。
日本擁有利用水力的信濃川發(fā)電站(最大功率44.9萬kW)和利用火力的川崎發(fā)電站(最大功率65.5萬kW)等獨立發(fā)電設(shè)備。鐵路運營商在車站和商業(yè)設(shè)施等場所設(shè)置光伏發(fā)電、燃料電池系統(tǒng)等分散電源時，如何構(gòu)筑使分散電源與大規(guī)模發(fā)電設(shè)備實現(xiàn)聯(lián)動的系統(tǒng)，這一點備受關(guān)注。
這是因為，鐵路運營商對于設(shè)置分散電源，能夠根據(jù)其是否具有節(jié)能效果、是否有助于提高沿線價值進行綜合判斷，按照自己的意志進行設(shè)置。而且，站在參與車站周邊再開發(fā)的立場上，鐵路運營商還能夠發(fā)揮系統(tǒng)集成商的作用，使用于提升沿線魅力的服務(wù)與鐵路基礎(chǔ)設(shè)施、能源系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)動。
現(xiàn)在，為了把鐵路基礎(chǔ)設(shè)施打造成出口產(chǎn)業(yè)，日本已經(jīng)展開了行動，面對歐洲、中國及韓國的競爭，如今只有取勝一個選擇。但單憑鐵路基礎(chǔ)設(shè)施很難決出勝負。正因為如此，鐵路運營商提出的能夠使能源系統(tǒng)與各項服務(wù)聯(lián)動、實現(xiàn)綜合性沿線開發(fā)的方案，才具有其他國家不具備的吸引力。為此，由JR東日本、西日本旅客鐵路、東京Metro等10家公司出資，于2011年11月成立了旨在強化海外鐵路市場開拓的咨詢企業(yè)日本Consultants公司。
