城市軌道交通電氣節(jié)能設計

廖大鵬

中鐵大橋勘測設計院集團有限公司華東分公司 江蘇 南京 210000

引言

城市軌道交通的能耗以電能為主，水、柴油、天然氣耗量比較少，在總能耗中占比幾乎可以忽略不計。城市軌道交通電氣電能消耗又可以分為高壓和低壓兩部分，其中高壓能耗以列車牽引為主，低壓能耗主要為輔助設施的電能消耗，了解了能耗的組成之后，就可以進一步進行節(jié)能設計。

1 輔助系統(tǒng)節(jié)能設計

1.1 照明節(jié)能設計

照明節(jié)能設計需要綜合考慮到場所、環(huán)境、用途需求等方面因素，選擇合適的功率和照度，減少浪費。一般來說，地面車站應該盡量保持通透，用自然光采光，需要照明的區(qū)域，應該選擇新型的節(jié)能燈，在滿足照度要求的同時減少能耗。除了選擇合適的燈具，照明控制與管理體系的設計也非常關(guān)鍵，設計合理的照明控制系統(tǒng)能夠通過對燈具的智能管理，在滿足照度要求的同時進一步減少功耗，充分利用自然光。照明控制系統(tǒng)在設計時需要考慮到后續(xù)的升級和更換，還可以借助BAS系統(tǒng)來對燈具的工作情況進行實時監(jiān)控，自動控制開關(guān)，能夠采集自然光的場所，可以進行熒光調(diào)控，實時調(diào)整照度。

1.2 動力系統(tǒng)節(jié)能

為了減少線路損耗，變配電所應該設置在盡量靠近負荷中心的位置，并根據(jù)負荷情況對導線截面進行適當調(diào)整。變配電系統(tǒng)設備布置需要按照負荷的功率大小來進行設備選型，在滿足未來一段時間軌道設備用電量需求的同時，減少不必要的功率浪費，杜絕出現(xiàn)嚴重的大馬拉小車情況。并且在進行節(jié)能設計的同時，還要考慮到節(jié)能改造所需的成本，控制節(jié)能設計前期投資規(guī)模。主變的負荷需要精確計算電力負荷、損耗和無功補償大小，在此基礎上，確定變壓器臺數(shù)和單臺容量，要求變壓器的負荷至少要達到滿載的30%以上，最好控制在70%-80%，并注意保持三相載荷的均衡。

1.3 光伏節(jié)能設計

城市軌道電氣節(jié)能設計應該積極應用新能源技術(shù)，比如光伏太陽能設備，城市軌道需要比較空曠的空間，和其他城市擁擠地段相比，有著豐富的光能資源，利用光伏設備，能夠大幅度的減少城市軌道交通的電能消耗。車輛段設計中，可以考慮使用大面積的廠房屋頂設置為光伏陣列電站，直接并入車輛段電網(wǎng)。另一方面，電氣設計還可以考慮光伏電池和設備以及建筑材料的進一步集成，使用帶有光伏的建筑材料和結(jié)構(gòu)件作為建筑物屋頂和圍墻，同時發(fā)揮建材和能源的功能。目前市面上已經(jīng)有技術(shù)成熟的大面積彩色光伏建筑材料，不僅僅能夠吸收太陽能發(fā)電，也改變了車輛段的外觀，充滿了設計感和現(xiàn)代感。

2 主要能耗節(jié)能設計

2.1 牽引節(jié)能

城市軌道交通能耗最高的環(huán)節(jié)是列車牽引，為了減少列車牽引的能耗，電氣設計需要重視對線路方案的設計，避免大高度的爬坡，并設置節(jié)能站臺，充分利用慣性來進行加速減速，站和站之間盡量選擇最短的線路。并且在設計線路方案時，需要綜合考慮配線施工工作量、客流量、線路長度等因素，滿足客流量需求的同時，保證載客率，減少空車，必要時可以進行仿真模擬計算，對牽引所的位置進行優(yōu)化，提高牽引變壓器的工作效率。

2.2 低壓節(jié)能設計

軌道交通系統(tǒng)中，主站和車輛段之間存在大量低壓能耗，特別是大體積單體建筑地下車站，在進行低壓系統(tǒng)設計時，需要適當減少基礎埋深，減少通風、空調(diào)、電梯等輔助設備的低壓能耗。且車站主體建筑的設計需要綜合考慮城市規(guī)劃的整體情況和外部周圍局部環(huán)境，充分利用周圍的各種自然資源，為車輛段以及場址提供便捷的接軌空間，便于行車安排，設計方案還需要考慮到市政規(guī)劃以及綠化環(huán)保的要求，優(yōu)化工藝布局，減少空車和不必要的設備運輸。

2.3 設備選型

選擇節(jié)能型設備是提高軌道交通體系節(jié)能性能的關(guān)鍵。車輛是軌道交通系統(tǒng)能耗最高的設備，選擇合適的車型，對減少能源消耗有有著重要的作用。車輛的材料和型號直接影響自重，建議選擇輕質(zhì)鋁合金焊接結(jié)構(gòu)車輛，減輕車輛的自重和牽引能耗。在滿足動力要求的情況下，還可以對牽引電機組合車輛編組進行適當調(diào)整，而且空調(diào)、照明、空氣壓縮機以及其他輔助設備也需要選擇節(jié)能型。主變的損耗是所有電能損耗中最高的，變壓器選擇需要滿足技術(shù)規(guī)范要求，通風設備也需要滿足一級能效等級的要求，照明設備應該選擇節(jié)能型，并使用電子鎮(zhèn)流器。

2.4 節(jié)能管理

為便于運營以及車輛設備管理，設備車輛應該配備專用計量設備，對設備的耗電量進行實時監(jiān)測，大型設備如通風、牽引需要獨立計量。運營管理要把節(jié)能管理當成日常管理的重要工作內(nèi)容來開展，加強日常管理維護，才能更好地發(fā)揮設備的節(jié)能性能。節(jié)能管理工作主要涉及到管理制度的建設完善、能源管理人員組織機構(gòu)設置、能耗計量等內(nèi)容。在后續(xù)的設備運行維護工作中，要適當引入各種新型的新能源設備和技術(shù)，在前期方案設計中，要為設備和系統(tǒng)的更新?lián)Q代預留足夠的升級空間，便于之后在條件允許時，對節(jié)能系統(tǒng)和設備進行進一步升級改造。

3 結(jié)束語：

城市軌道交通電氣的節(jié)能設計幾乎涉及到所有相關(guān)專業(yè)，每一個設計方案和工作流程環(huán)節(jié)，都有一定的節(jié)能設計空間，因此城市軌道交通電氣的節(jié)能設計需要從整體入手，加強不同專業(yè)之間的合作，才能夠構(gòu)建出一個節(jié)能的工程整體，實現(xiàn)預期的節(jié)能設計目標。