LED、SiC功率半导体 铁路节电新利器

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”。

除了LED照明之外，自由丘站还采用了有机EL(电致发光)照明。松下称，其效果是整座车站的照明耗电量“最多减少了约37%，平均减幅约为30%，具体数字取决于使用情况”。而且，通过采用照明控制系统，耗电量预计将减少约50%。照明在整座车站耗电量中所占的比例约为50%，由此计算，整体耗电量大约可减少25%。

海外出口赋予日本商机

此外，在节能对策方面，很值得关注的是大型铁路运营商自身拥有水力发电和火力发电等大规模发电设备。

JR东日本拥有利用水力的信浓川发电站(最大功率44.9万kW)和利用火力的川崎发电站(最大功率65.5万kW)等独立发电设备。铁路运营商在车站和商业设施等场所设置光伏发电、燃料电池系统等分散电源时，如何构筑使分散电源与大规模发电设备实现联动的系统，这一点备受关注。

这是因为，铁路运营商对于设置分散电源，能够根据其是否具有节能效果、是否有助于提高沿线价值进行综合判断，按照自己的意志进行设置。而且，站在参与车站周边再开发的立场上，铁路运营商还能够发挥系统集成商的作用，使用于提升沿线魅力的服务与铁路基础设施、能源系统实现联动。

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。为此，由JR东日本、西日本旅客铁路(JR西日本)、东京Metro等10家公司出资，于2011年11月成立了旨在强化海外铁路市场开拓的咨询企业日本Consultants公司(Japan International Consultants for Transportation)。