低碳技術(shù)在深圳地鐵的應(yīng)用探索

周光海

(深圳市地鐵集團(tuán)有限公司,518026,深圳∥高級(jí)工程師)

低碳經(jīng)濟(jì)是以低能耗、低污染、低排放為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)模式。低碳經(jīng)濟(jì)的實(shí)質(zhì)是能源高效利用、清潔能源開發(fā)和追求綠色GDP,其核心是能源技術(shù)和減排技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和制度創(chuàng)新以及人類生存發(fā)展觀念的根本性轉(zhuǎn)變。發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì),研發(fā)和推廣低碳技術(shù)已得到各國政府的高度重視,低碳技術(shù)必將成為各行業(yè)未來技術(shù)發(fā)展的重中之重。隨著城市軌道交通的快速發(fā)展,能源消耗也日趨巨大,建設(shè)低碳的城市軌道交通必將成為行業(yè)發(fā)展的方向和追求的目標(biāo)。

深圳地鐵在建設(shè)之初就提出“高起點(diǎn)設(shè)計(jì),高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè),建成靚麗的綠色公共交通系統(tǒng)”的要求;積極倡導(dǎo)建設(shè)“以人為本,環(huán)境友好,可持續(xù)發(fā)展”的城軌交通;在規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)的整個(gè)過程中,始終堅(jiān)持在不降低建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、不降低服務(wù)水平、不降低設(shè)備技術(shù)先進(jìn)性的前提下節(jié)約投資、節(jié)省運(yùn)營成本、減少浪費(fèi)、力爭盈利的理念。為此,對(duì)全線工程進(jìn)行細(xì)分和梳理,對(duì)每一建筑規(guī)模進(jìn)行詳細(xì)測算,對(duì)設(shè)備配置進(jìn)行充分論證,廣泛采用低碳技術(shù),以求實(shí)現(xiàn)上述理念。

1 低碳經(jīng)濟(jì)理念在地鐵列車上的應(yīng)用與創(chuàng)新

1.1 采用節(jié)能新技術(shù)、新產(chǎn)品

為了有效節(jié)約能源,深圳地鐵的列車采用了大斷面鋁合金焊接技術(shù),使車體輕量化成為現(xiàn)實(shí);采用了世界上最先進(jìn)的交流傳動(dòng)技術(shù),具有再生制動(dòng)能力,列車再生制動(dòng)返饋的能量大部分被供電電網(wǎng)吸收。

對(duì)于地鐵列車的空調(diào)系統(tǒng),除選用能效高的機(jī)組外,還對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,采用智能化控制?？照{(diào)系統(tǒng)能夠根據(jù)列車載客量、室內(nèi)外溫度等自動(dòng)調(diào)節(jié)新風(fēng)門和制冷量,達(dá)到舒適、節(jié)能的目的。

對(duì)于地鐵列車的照明系統(tǒng),深圳地鐵在無先例的情況下,通過全面調(diào)研分析,超前規(guī)劃,首先在2號(hào)線,緊接著在5號(hào)線的列車車輛上采用了高亮度LED(發(fā)光二極管)作為客室照明的主光源,使整個(gè)照明功耗降為普通照明裝置的 60%,節(jié)能效果顯著,而且還有使用壽命長、維護(hù)工作量低的優(yōu)勢。

列車上所有零部件采用低煙、低毒和阻燃技術(shù),不僅正常乘坐時(shí)環(huán)境宜人,而且在發(fā)生火災(zāi)時(shí)也能最大限度地減少對(duì)乘客及環(huán)境的影響。深圳地鐵2號(hào)線列車的內(nèi)墻板采用陶瓷噴涂的鋁板整體成型技術(shù),涂料為無機(jī)物,不燃無毒,不僅耐磨性、防火性能大大提高,而且能重復(fù)利用和回收,也減少了廢棄物對(duì)環(huán)境的負(fù)擔(dān)。

此外,深圳地鐵正在探索采用有效的地面設(shè)備將列車再生的電能反饋至電網(wǎng)的可行性,以及設(shè)置合理的節(jié)能坡以有效降低列車牽引能耗等技術(shù)。

1.2 優(yōu)化列車運(yùn)營組織

據(jù)統(tǒng)計(jì),深圳地鐵在實(shí)際運(yùn)營中,列車運(yùn)行的牽引耗電量占總耗電量的25%～30%。隨著列車運(yùn)行密度的增加,這一比例還將增加。因此,有效降低列車牽引能耗是地鐵系統(tǒng)節(jié)能工作的重要組成部分。列車正常運(yùn)營時(shí)受信號(hào)系統(tǒng)的直接控制。信號(hào)系統(tǒng)具有列車自動(dòng)運(yùn)營、自動(dòng)調(diào)整及節(jié)能控制的功能。ATC(列車自動(dòng)控制)功能中的一個(gè)主要任務(wù)是按照時(shí)刻表控制站間列車的運(yùn)行,其速度距離軌跡將對(duì)列車有效節(jié)能進(jìn)行優(yōu)化,因此,通過編制合理的列車運(yùn)行圖,可使列車達(dá)到節(jié)能運(yùn)行的目的。深圳地鐵正在探索不同時(shí)間段采用不同運(yùn)行圖的運(yùn)營組織方式,盡最大可能使列車運(yùn)營處于節(jié)能狀態(tài)。

2 低碳經(jīng)濟(jì)理念在工程車輛上的應(yīng)用與創(chuàng)新

地鐵線路大多數(shù)為地下線路,相對(duì)比較封閉,內(nèi)燃工程車輛在隧道內(nèi)作業(yè)時(shí),會(huì)使地下大氣環(huán)境變得比較惡劣。香港地鐵和新加坡地鐵非常重視環(huán)境質(zhì)量,購置了大量既可由接觸網(wǎng)供電、也可由蓄電池供電運(yùn)行的電動(dòng)軌道車取代了內(nèi)燃軌道車,不僅提高了能源利用效率,而且降低了碳排放,大大改善了工作環(huán)境。深圳地鐵在2號(hào)線工程車輛中,配置了一輛既可由接觸網(wǎng)供電、也可由蓄電池供電運(yùn)行的電動(dòng)軌道車和一輛多功能綜合檢測車,能源利用效率得到進(jìn)一步提高。

3 低碳經(jīng)濟(jì)理念在降低地面設(shè)備系統(tǒng)能耗上的應(yīng)用與創(chuàng)新

據(jù)統(tǒng)計(jì),深圳地鐵一期工程運(yùn)營年耗電在1億kWh以上,地面動(dòng)力和照明負(fù)荷占總能耗的70%～75%。其中39%左右是空調(diào)系統(tǒng)能耗,12%是電扶梯系統(tǒng)能耗。在采取有效的節(jié)能措施前,地鐵通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)和電扶梯系統(tǒng)以及照明系統(tǒng)一直處于高能耗、高磨損、低效率的運(yùn)行狀態(tài),節(jié)能潛力巨大。

3.1 空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用與創(chuàng)新

首先要確定如何合理配置毎個(gè)車站空調(diào)系統(tǒng)的裝機(jī)容量。經(jīng)全面調(diào)研、多方考察、詳細(xì)分析和比選,深圳地鐵決定在地鐵車站站臺(tái)設(shè)置屏蔽門系統(tǒng)。屏蔽門系統(tǒng)的冷負(fù)荷為非屏蔽門系統(tǒng)的0.2～0.5,平均值約為0.35。深圳地鐵一期工程空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)裝機(jī)容量節(jié)省11 000 k VA;一次性投資(設(shè)備費(fèi)和電力增容費(fèi))節(jié)省7 077萬元;空調(diào)機(jī)組數(shù)量減少,機(jī)房縮小,土建造價(jià)平均每個(gè)車站節(jié)省1 300萬元。雖然屏蔽門系統(tǒng)增加投資1.2億元,但每年節(jié)省運(yùn)營電費(fèi)5 222萬元,30年累計(jì)可節(jié)約16.65億元。在車站站臺(tái)設(shè)置屏蔽門,不僅能有效減少列車運(yùn)行噪聲和隧道活塞風(fēng)對(duì)車站內(nèi)乘客乘車環(huán)境的影響,防止人員跌落軌道,而且能使車站成為一個(gè)獨(dú)立的空調(diào)場所,能有效降低空調(diào)容量的配置和運(yùn)行能耗,節(jié)能效果達(dá)40%以上。

其次,環(huán)控系統(tǒng)全面采用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)。帶有空調(diào)的環(huán)控系統(tǒng)的用電量約占整個(gè)地鐵耗電量的40%。根據(jù)計(jì)算,一個(gè)地鐵車站的環(huán)控系統(tǒng)采用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)后,按每度電0.72元計(jì)算,全年可節(jié)省電費(fèi)140萬元;還能通過延長設(shè)備使用壽命,減少維護(hù)費(fèi)用、縮短維護(hù)時(shí)間,同時(shí)可減少環(huán)境噪聲,改善設(shè)備起動(dòng)性能,減少起動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊等,進(jìn)一步節(jié)省運(yùn)營成本。在深圳地鐵一期工程中,采用變頻控制技術(shù)的車站環(huán)控系統(tǒng),經(jīng)過5年多的運(yùn)行,設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常,環(huán)境質(zhì)量穩(wěn)定,節(jié)能達(dá)70%以上(經(jīng)專家鑒定會(huì)鑒定),大大降低了運(yùn)營成本。

深圳地鐵二期工程的空調(diào)環(huán)控系統(tǒng)全面采用變頻調(diào)節(jié)技術(shù),如:全線采用基于智能MCC(電機(jī)控制中心)的空調(diào)及水系統(tǒng)和環(huán)控通風(fēng)系統(tǒng)的變頻節(jié)能控制系統(tǒng),其節(jié)能控制水平行業(yè)領(lǐng)先。此外,還通過隧道感溫光纖,在國內(nèi)首個(gè)實(shí)現(xiàn)隧道機(jī)械通風(fēng)可按隧道溫度進(jìn)行模式控制;增設(shè)在行業(yè)內(nèi)首創(chuàng)的計(jì)量管理全線設(shè)備用電的“能源管理系統(tǒng)”。各種低碳技術(shù)的應(yīng)用與創(chuàng)新必將進(jìn)一步節(jié)約能源,節(jié)省運(yùn)營成本,降低溫室氣體排放。

3.2 自動(dòng)扶梯的節(jié)能技術(shù)

深圳地鐵一期工程全線共有扶梯和電梯280余臺(tái),二期工程中2號(hào)線首期工程共有扶梯84臺(tái)。所有扶梯全面采用信息化全變頻控制技術(shù),通過變頻調(diào)速實(shí)現(xiàn)對(duì)扶梯的效率調(diào)控,使扶梯運(yùn)行在節(jié)能狀態(tài)。經(jīng)測試,在同等條件下,變頻自動(dòng)扶梯可節(jié)省電能30%以上。

3.3 照明系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用與創(chuàng)新

照明系統(tǒng)的用電量占地鐵總耗電量的15%～20%,而車站每天的照明用電量約占車站動(dòng)力用電的35%。為了降低能耗,深圳地鐵在照明系統(tǒng)工程中合理選擇照明器件,盡可能選擇節(jié)能性能好的燈具。車站公共區(qū)照明采用分組控制及智能控制方式,照度組合可由EMCS(機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng))在車控室根據(jù)運(yùn)營的不同時(shí)段進(jìn)行控制。

為了進(jìn)一步降低照明能耗,在深圳地鐵2號(hào)線的車站公共區(qū)、重要設(shè)備管理房、車輛段或停車場公共區(qū),以及辦公室、道路、車庫等處,采用了LED綠色照明裝置,并通過智能照明控制系統(tǒng)(KNX/EIB)控制。將國際先進(jìn)的智能照明控制技術(shù)應(yīng)用在地鐵整條線路,這在國內(nèi)尚屬首例。此外,停車場上蓋還采用了太陽能與風(fēng)能結(jié)合的LED路燈,以節(jié)約用電量。

4 結(jié)語

地鐵工程由眾多子系統(tǒng)所組成。深圳地鐵根據(jù)地鐵工程中每個(gè)子系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行了低碳技術(shù)應(yīng)用的探索與實(shí)踐,力求使每個(gè)子系統(tǒng)達(dá)到環(huán)境友好的最佳狀態(tài)。在進(jìn)行低碳技術(shù)的應(yīng)用與創(chuàng)新過程中,要對(duì)各有關(guān)子系統(tǒng)進(jìn)行綜合考慮,統(tǒng)一規(guī)劃和建設(shè),力求使整個(gè)軌道交通工程達(dá)到最佳的低碳狀態(tài)。

大規(guī)模的城市軌道交通建設(shè)和運(yùn)營對(duì)能源的需求和消耗是巨大的,因此,低碳技術(shù)在軌道交通行業(yè)的應(yīng)用與創(chuàng)新就顯得尤為重要。珍惜資源,環(huán)境友好,可持續(xù)發(fā)展,必將是城市軌道交通追求的終極目標(biāo)。

[1]深圳市地鐵有限公司.深圳地鐵一期工程建設(shè)與管理實(shí)踐[M].北京:人民交通出版社,2007.

[2]張曉莉.城市軌道交通“三位一體”發(fā)展戰(zhàn)略研究[J].城市軌道交通研究,2008(7):1.