LED、SiC功率半导体 铁路节电新利器

LED显示: 现在,为了把铁路基础设施打造成出口产业,日本已经展开了行动,面对欧洲、中国及韩国的竞争,如今只有取胜一个选择。但单凭铁路基础设施很难决出胜负。正因为如此,铁路运营商提出的能够使能源系统与各项服务联动、实现综合性沿线开发的方案,才具有其他国家不具备的吸引力。 受东日本大地震和少子老龄化等影响,日本铁路行业的业务环境正在发生巨变。本站将分两次介绍铁路技术第一线的情况。首先是为实现节能而采取的举措。

日本的铁路行业如今处在剧烈的环境变化之中。对节能要求严格是重大变化之一。

日本铁路企业很早以前就开始致力于节能。与其他交通工具相比,铁路的人均运输能耗原本就比较低。例如,新干线的人均运输能耗只有飞机的25分之1。

但是,受到近期电力供求变化的影响,铁路已经不能再高枕无忧。东日本大地震发生后,核电站停运造成的全国性电力短缺对铁路造成了巨大的影响。地震刚刚过后,日本东部地区的铁路企业就开始全面开展节能运动,随着核电站停运,西部地区的铁路企业也同样开始了行动。

铁路领域的节能技术一直在进步。以新干线为例,现在的“N700系”与第一代“0系”相比,行驶时速为220km时,耗电量减少了约一半,与上一代的“700系”相比,耗电量也减少了约20%。但在今后,要想进一步提高能源效率,就必须采用新技术。普通铁路的情况也同样如此。

地铁采用LED和新型半导体于2012年4月投入运行的东京地铁(东京Metro)银座线新“1000系”车辆,其外观令人联想起老“1000系”——1927年开始商业运营的亚洲最早的地铁所使用的地铁车辆,但内部却大不相同,采取了大量改善措施以提高性能。

例如,为了提高乘客的乘坐舒适度,车内加大空调的输出功率,强化了空调的功能;把车内显示器改换为17英寸的宽屏液晶显示器,提高了视认性。但强化这些功能后,车辆的耗电量趋于增加。

为此,新1000系采用了削减耗电量的技术。其中具代表性的是前部标识灯(前灯)和车厢灯采用的LED照明。东京Metro称,地铁前灯采用LED“尚属首次”。

虽然主灯只有32瓦,辅灯只有16瓦,但亮度却与过去的150瓦级前灯相当。车厢灯也在确保亮度等于或大于过去荧光灯的同时,削减了约40%的耗电量。车厢灯的LED照明寿命约为4万个小时,大约是荧光灯的3.5倍。

不只是照明,马达也实现了高效率化。采用的是比普通感应马达效率更高的永磁同步马达。除此之外,为了减轻曲线行驶时的振动和噪声,车辆还配备了能够沿曲线平稳行驶的“径向转向架”。使原本固定在转向架上的车轴的朝向能够沿轨道的曲线活动。东京Metro称,这种方式应用于地铁也是日本“国内首次”。

并且,同属银座线的其他客运车辆采用了使用新材料SiC(碳化硅)的功率半导体。半导体行业对此寄予了厚望,认为这一技术“应用于铁路,将会大大地加速普及”。功率半导体的作用是在驱动马达,或是为电池充电时控制或供给电力。与使用Si(硅)的现行功率半导体相比,使用SiC的功率半导体能够大幅降低电力损耗,实现装置的小型化。

最先着手采用的是三菱电机公司。2011年10月,该公司发布了配备SiC功率半导体的逆变器。现在,银座线“01系”的部分车辆已经配备了这种逆变器。

紧随三菱电机之后的是东芝公司。该公司于2011年12月发布了使用SiC功率半导体的逆变器。三菱电机与东芝的逆变器是用于接触网供应的电压为直流600伏或750伏的铁路。之后,日立制作所又在2012年4月发布了为1500伏直流接触网开发的使用SiC功率半导体的逆变器。

附属设备的节能也是当务之急在车辆之外的领域,车站等附属设备的耗电量也是一个重大课题。

现在,日本的铁路运营商为了应对少子老龄化造成的减收,在经营运输业务的同时,还在扩大非运输业务。正在开展的措施包括增设站内店铺、经营商业设施、扩大数字标牌(电子标牌)及完善高速通信网等。这些设施的耗电量占据的比例越来越大。某铁路人士称:“耗电量之大已经到了不能称之为‘附属’的地步。”

例如,在东日本旅客铁路公司(JR东日本)2010年度的总销售额中,非运输业的比例超过了3成。与之相呼应,该公司铁路运行以外的能耗也扩大到了整体的约3成。

车站耗电量占铁路运营商用电量的约20%,并呈现逐年递增的趋势。为了阻止这种趋势,铁路运营商开始在车站采用光伏发电系统和LED照明等。

JR东日本推行的“环保车站”就是一个很好的例子。2012年春季,东京四谷站成为了第一座环保车站。车站与相邻商业设施的屋顶设置了光伏发电系统,仅车站就具备50千瓦(kW)的输出功率。

站台和大堂的照明采用LED。显示站名等信息的电子显示器、乘务员所用监视器的背照灯也采用LED。除了设置采光天窗,以便白天能够关灯之外,车站业务设施中还设置了家用燃料电池。

JR东日本的目标是,通过以上举措,与2008年度相比,将四谷站的二氧化碳排放量减少约40%。该公司预定今后逐渐增加环保车站的数量。

使用LED替代荧光灯和白炽灯泡能够减少耗电量,而根据情况控制LED照明还可以进一步省电。出于这一目的,东京急行电铁公司的自由丘站尝试采用了松下的LED照明及其控制系统。

照明控制系统利用设置在车站各处的人感传感器,根据乘客的数量自动调整LED照明的照度。比方说在人流量小时调暗。而且,车站的站台还配置了与人感传感器合为一体的照度传感器。能够在晴朗的白天将LED照明调暗,在阴雨的白天调亮。

大堂的LED照明还能根据时段调整色调。在清晨的通勤时段采用振奋精神的“日光色”,在傍晚采用“白色~暖白色”。夜晚则改用柔和的“白炽灯色”。

上一篇:照亮清洁革命:气候组织呼吁各国加快走向低碳照明

下一篇:菲能源部开始太阳能供电项目招标

TAG标签: LED显示屏