下面文章首先強調了電能在人類能源體系中的中心地位，并且分別以電氣化鐵路、城市軌道交通、電動汽車、電力艦船、電力飛機和新型交通為例，論述了電能在交通運輸中的應用優勢和良好發展前景，并且文章中也提出人類想要實現可持續發展，必須逐步完成交通運輸能源轉型，大力發展電氣化交通運輸，構建綠色綜合交通運輸體系。

　　關鍵詞：電能,交通運輸,綠色交通,可持續發展

　　人們的生活離不開交通運輸，交通運輸行業也是一個國家的重要基礎產業。交通運輸的目的是實現人或物的空間位置轉移，在這個轉移過程中，需要消耗能量以克服摩擦阻力、空氣阻力以及物質慣性。在人類文明發展之初，人們能利用的能量主要為人力和畜力，甚至這兩種動力直到今天還在使用，如人力車、狗拉雪橇。后來隨著人們對自然界認識的深入，逐漸掌握了利用一些自然現象中蘊含的能量來完成交通運輸，如帆船。

　　在第一次工業革命中，人們掌握了蒸汽機這種動力，于是在1825年誕生了火車。到19世紀后期，電力技術催生了第二次工業革命，電氣化鐵路在1879年應運而生。而今，人類的主要交通工具或者依靠以石油及其衍生物為代表的化石能源作為動力，或者依靠電力能源作為動力。面向未來，人們對交通運輸的需求只會越來越大，人類社會的生活品質也會更加的依賴交通運輸行業。同時，交通運輸行業的能量消耗勢必逐步增大。在能源越來越緊缺的今天，我們有必要探討今后交通運輸應該發展哪種動力形式，哪種能源是未來交通運輸可持續依賴的能源。

　　1電能在今后的優勢地位

　　當今世界，經濟社會的發展對能源的依賴程度不斷增加，生態環境對能源的約束力越來越強，能源問題在全世界范圍內受到廣泛的關注。截至目前，雖然化石能源的剩余存儲量尚未對全球能源供應造成實質性約束，但是由于化石能源的不可再生性和全球能源區域性供應和消費的失衡，以及化石能源消費帶來的溫室氣體排放，使得如何保障能源的可持續性供應成為人們關注的焦點。

　　縱觀全球能源與科技形式，新的技術革命必然是一場能源技術革命。電能的巨大優勢表現為：(1)可以快速遠距離傳輸，其使用不受地域限制。(2)可以方便地同其他能量形式轉化。(3)使用過程清潔無污染，不排煙排氣。(4)使用過程中變換、控制方便靈活。(5)產生形式多樣，可以綜合利用各種一次能源，無枯竭之慮。

　　在能源生產領域，各國正在積極探索新能源發電。風能、太陽能、水力、潮汐及地熱能等可再生能源的開發及利用，新一代核能利用技術，將成為能源生產領域的熱點。新一輪能源技術革命，將是一次以技術創新為先導，以電力為中心，以優化能源結構、提高能源利用效率、實現可持續發展為目標的深刻變革。

　　2交通運輸中的電能應用

　　2010年我國交通運輸業終端能源消費總量達到2.1億噸標準煤，其中89%為油品(只統計交通運輸部門運營的公共交通工具的用油量，未統計其他部門和私人車輛的用油量)，在世界終端能源消費中所占比重約為27.4%。在未來，隨著交通運輸業的快速發展，交通運輸業能源消耗將持續增長，在交通領域將推進以電代油，提高交通行業電氣化水平可以減少化石能源消費，減小環境污染，構建綠色交通體系。以電能作為交通運輸能源，具有功率大、噪聲低、容易實現精密控制等顯著優勢，具有良好的發展前景。

　　2.1電氣化鐵路

　　電氣化鐵路具有運輸能力大、速度快、環境友好、能源消耗少等諸多優勢，在中長距離、大運量貨物運輸方面具有絕對優勢，也是中長途旅客運輸及高密度城際旅客運輸的骨干力量。2000年在非洲召開的世界鐵路會議上，國際專家和學者一致認為，在客貨運量大、基礎設施比較好的國家應大力發展電氣化鐵路，其電氣化率應達到50%~60%以上。

　　實踐證明，相較于傳統的內燃牽引，電力牽引的優越性越來越大，如電力機車的效率要比內燃機車高54%，電力牽引運輸成本比內燃牽引低60%，卻實現了更高的運營速度，而且電力牽引恒功率范圍寬，電制動功率也大，所以啟、制動和加、減速性能也更為優越。電力牽引這種快跑、多拉的特性能更充分地滿足鐵路運輸對提高行車速度、增加列車重量和加大行車密度的綜合要求，可以明顯改善社會物流狀況和人們的旅行條件，并能緩解交通堵塞、減少大氣污染、節省石油及土地等有限資源。

　　2.2城市軌道交通

　　城市軌道交通是現代生活中與我們息息相關的重要城市組成部分，具有運輸量大、安全性高、速度快等優點，能有效地緩解城市交通擁堵的情況。常見的種類主要包括地鐵、有軌電車、輕軌、磁懸浮鐵路等。城市軌道交通普遍采用電動車組，能夠適應頻繁啟停、加速快的需要，并且無污染。電動車組的運行線路固定，自身不攜帶電能。大多數是在行駛過程中從牽引網上獲取電能，也有的(如高速磁懸浮列車)是通過對行駛的專用軌道逐段供電獲得動力。

　　從供電的角度看，無論是地鐵還是輕軌或是其他城市軌道交通形式，差異僅在于輸送電能的方式和多少有所不同。我國城市軌道交通建設正處于快速發展時期，截至2017年末，中國內地共34個城市開通城市軌道交通線路165條，總運營里程達到5033km，累計完成客運周轉量1513.6億人公里，在建線路長度6246km，規劃線路總長7424km。

　　運營規模、客運量、在建線路長度、規劃線路長度均創歷史新高。按平均人公里能耗為0.166kWh計算，2017全年全國城市運營軌道交通線路總能耗達250億度電，其中，牽引與通風空調用電占總能耗的比例分別約為50%和35%。城市軌道交通已經成為大型城市的重要甚至最大電能用戶，為實現節能減排，采取技術對策進行節能增效勢在必行。

　　以地鐵為例，地鐵主要是為了緩解大城市交通壓力，其站間平均距離在1km左右。由于列車站間距離短，列車需頻繁啟動，所以車速一般在80km/h~100km/h。地鐵車輛再生制動過程中會產生數量可觀的電能。一般可達牽引能量的30%~40%。再生制動就是車輛在減速制動時，牽引電機工作在發電機狀態，將制動過程中產生的電能回饋到直流網。

　　目前，國內外絕大多數地鐵列車均采用車載制動電阻方式進行電氣制動，制動過程中產生的過剩電能不得不消耗在車載電阻上，這會產生大量熱量，使線路周圍，特別是隧道內空氣溫度升高，也反過來又進一步增加了車站內和車上空調通風裝置的負擔，造成城市軌道交通線路運營成本增加。隨著電力電子技術的不斷發展，逐漸涌現了再生制動能量的利用方法，包括儲能式和逆變回饋式。

　　逆變回饋型吸收裝置利用逆變器將直流電逆變回交流電網，然后供給其他設備負載使用。傳統的儲能裝置主要是蓄電池，隨著科技的不斷進步，超級電容儲能和飛輪儲能作為新興儲能方式的代表，近年來得到了普遍的重視和大力發展，并且在城市軌道交通中有所應用。例如，2007年，西武鐵道公司在阿賀野變電所安裝了超級電容儲能裝置;2013年東日本鐵道公司在拜島牽引變電所建成鋰離子電池儲能系統等。如果可以合理利用再生制動能量，將對節能產生積極的影響，降低運營成本。

　　2.3電動汽車

　　汽車的應用可以追溯到1886年，在現代社會生活中，汽車已成為不可缺少的代步和運輸工具，極大地改善著人們的生活方式，擁有汽車的人口或家庭比例，也成為衡量一個國家社會發展的重要指標。但同時，汽車的大量應用也造成了石油消耗和環境污染等一系列嚴峻問題。為了尋找新的發展空間，從20世紀90年代初起，世界各大汽車集團公司相繼研制出多種電動汽車及電動汽車概念車，如1990年通用汽車的Impact純電動轎車，1992年福特汽車使用鈣硫電池的Ecostar，1996年豐田汽車使用鎳氫電池的RAV4LEV，1996年法國雷諾汽車的Clio。

　　電動汽車除了在能源、節能環保方面展現巨大的競爭力外，在車輛性能方面也展現出了巨大的優勢。電動汽車的轉矩響應快，電機可進行分散配置，易于實現四輪獨立驅動和四輪轉向。隨著網絡、信息、線控技術等技術的不斷進步，使得智能交通系統和無人駕駛技術的實現成為可能。電動汽車在廣義上可分為3類：純電動汽車(BEV)、混合動力汽車(PHEV)、燃料電池汽車(FCEV)。電動汽車依靠電池提供動力，電池也是一直制約電動汽車發展的主要因素。目前為止，電動汽車用電池大致經歷了3代發展。

　　第一代鉛酸電池憑借高能量比、價格低和能高倍率放電得到了廣泛利用。第二代為堿性電池，主要有Ni-Cd、Li-ion、Zn/Air等，其比能量及比功率較鉛酸電池都高，但價格卻比鉛酸電池高。第三代是以燃料電池為主的電池，直接將燃料的化學能轉變為電能，是較為理想的汽車用電池，但目前仍處于研制階段。受電池容量和壽命的影響，BEV目前僅適用于短距離低速行駛，HEV因存在雙動力源，因此即可以滿足正常駕駛，又降低了排放，在目前的技術水平下，實用價值較高，FCEV具有較大的潛力，有望在未來得到突破性進展。

　　為了扶持電動汽車的發展，2009年開展“十城千輛”計劃，主要在城市的公交、出租、公務市政等領域推動電動汽車的應用。未來10年是中國新能源汽車發展的戰略機遇期，中國政府相繼出臺了一系列電動汽車相關政策，并把新能源汽車列為戰略性新興產業之一，提出要重點發展插電式混合動力汽車、純電動汽車和燃料電池汽車技術，開展插電式混合動力汽車、純電動汽車研發及大規模商業化示范工程。未來中國電動汽車將迎來新一輪的高速發展。

　　2.4電力艦船

　　目前世界上大多數軍用及民用艦船主要采用機械推進系統，利用高速旋轉的原動機(通常為柴油機、燃氣輪機和蒸汽輪機)通過齒輪機構降速后驅動螺旋槳以較低速度旋轉，從而推動艦船在水中移動。由于現代艦船上離不開電控系統，艦船上必須要有電源，因此使用機械式推進系統的艦船一般至少配置兩套原動機，一套用于推進，另一套用于發電。推進用原動機的功率占全船總功率的3/4以上，它只能提供給艦船推進動力，不能提供其他需要能量。

　　在電力艦船上，采用發電機先將高速原動機的旋轉機械能轉換為電能，再通過電力傳輸線將電能輸送給推進電機，推進電機與螺旋槳直接連接，通過電機的旋轉將電能轉換為螺旋槳旋轉的機械能來推進艦船移動。在電力艦船上，發電機組產生的電能，除用于推進外，也可方便地用于其他電力需求，可以將原有氣動、液動、液壓驅動的輔助機械及艦載武器裝備實現電氣化，構造成全電力艦船。

　　采用這種新型電力推進方式，由于取消了齒輪箱等大功率后傳動機械裝置和長軸系，可以顯著地降低運行噪聲。此外，全電力艦船可以根據艦船的航速、載重和電力負荷變化實時調整發電機組運行狀態，減小原動機能源消耗，始終保持高效率運行，通過節能實現良好的經濟性。

　　2.5電力飛機

　　按照政府間氣候變化專門委員會的報告，航空運輸業目前貢獻了全球二氧化碳排放量的2%，隨著航空運輸業的發展，這個貢獻量將來可能增加到3.5%。航空運輸業應對碳排放的一個有效策略是將飛機電氣化，以減少燃油消耗，有兩個技術路線：全電飛機和多電飛機。全電飛機是由電機提供飛機的航行動力，驅動電機電源可由燃料電池、蓄電池、太陽能板、超級電容等供電。

　　由于這類新能源電源的功率密度或能量密度還較小，不能提供超大功率或容量電源，目前全電飛機都是小型飛機，如空客公司2015年展出的E-Fan2.0，該飛機采用兩座設計，機身采用全碳纖維復合材料，總重只有半噸，在約9.4m長的機翼上配備有鋰離子聚合物電池，為兩臺60kW驅動電機提供電源。E-Fan2.0不排放二氧化碳，飛行時也幾乎無噪聲，最大速度可達218km/h，可滯空1h。

　　多電飛機仍采用內燃機驅動，驅動功率可以比較大，而飛機的常規四種次級功率系統(液壓、氣動、電氣、機械)統一用電氣系統來實現。例如波音公司的787飛機和空客公司的A380飛機都采用了多電技術。此外，核能作為清潔能源之一，核電飛機將重新引起關注，美國在冷戰時期已經將部分戰略轟炸機改裝為核動力。

　　2.6真空管道交通

　　2013年ElonMusk提出了一個名為Superloop的超級列車計劃，采用“真空管道”和“膠囊列車”，2016年建設了試驗段。該運輸系統由真空管道、載人艙體、懸浮部件、推進系統等部分組成，通過磁懸浮技術，將重達183kg、長達4.87m、高約1.5m，能容納4名~6名乘客的膠囊狀艙體“漂浮”于真空管道中，再利用推進系統將“膠囊”高速推向目的地。我國西南交通大學也建設了類似的小型試驗裝置。根據設想，真空管道交通系統的速度可以達到每小時2000km。

　　真空管道交通的磁懸浮需要電能，推進用的直線電機也需要電能。由于管道內接近真空，膠囊列車的空氣阻力大大降低，這能顯著減小能耗，此外，在列車即將到站需要減速時，動能又可通過直線電機進行能量回收和再利用。真空管道交通所需的電能可以沿線采用太陽能發電裝置，并可配置電池儲能設施，以滿足運行需要。這種真空管道交通今后有望取代飛機稱為人類長距離運輸的主要交通工具。

　　結論

　　由于電能在未來能源結構中的中心地位，特別是由于電能具有能夠綜合利用各種一次能源不存在枯竭危險，在使用過程中清潔無污染、方便靈活可控等優點，在未來的公路、鐵路、航空、水運等主要交通運輸方式中，都將繼續推進以電代油，提高交通運輸行業的電氣化水平，減少化石能源消費，減小環境污染，實現綠色出行。以電能作為驅動動力，常見的交通運輸工具都將向著功率大、噪聲低、操控靈活、節能環保的方向發展。

　　總之，發展電氣化交通運輸具有重要意義，也是人類實現可持續發展的必然需求，我們應該大力支持，并為之努力發展相關技術，實現交通運輸能源轉型，構建綠色綜合交通運輸體系。

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