城市軌道交通節(jié)能技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)探討

苗俊婷 吳湛坤 彭華洲

（南京市政府投資項(xiàng)目評(píng)審中心， 江蘇 南京 210000）

1 城市軌道交通節(jié)能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 線路選線與運(yùn)營(yíng)組織

根據(jù)我國(guó)各城市軌道交通系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)顯示，列車牽引供電系統(tǒng)是整體系統(tǒng)的用電大戶，其牽引耗電量往往占據(jù)總耗電量的一半以上。部分城市軌道交通工程在建設(shè)階段，設(shè)計(jì)方結(jié)合實(shí)際施工情況與地質(zhì)地貌結(jié)構(gòu)，在實(shí)現(xiàn)工程預(yù)期建設(shè)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，對(duì)曲線半徑加以優(yōu)化，選擇最優(yōu)的線路選線方案，將列車牽引能耗控制在合理范圍內(nèi)，確保其不會(huì)受到曲線阻力因素的過度影響而導(dǎo)致牽引耗電量大幅提升。例如，科學(xué)設(shè)定進(jìn)出站的坡度值，確保列車在下坡、上坡過程之中，有效將勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，以及將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能。同時(shí)，在軌道交通線路縱坡設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，合理設(shè)定泵站以及相關(guān)設(shè)備的安裝位置。從運(yùn)營(yíng)組織管理角度來看，管理部門應(yīng)綜合分析實(shí)際運(yùn)量、列車數(shù)量等因素，明確計(jì)算或精確估算城市軌道交通系統(tǒng)的總體運(yùn)營(yíng)規(guī)模。合理設(shè)置列車運(yùn)營(yíng)對(duì)數(shù)、做好列車編組工作，并設(shè)置運(yùn)營(yíng)交路。

1.2 車輛節(jié)能

通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)以及列車牽引供電系統(tǒng)是城市軌道交通系統(tǒng)的主要用電大戶。其中，在特定條件下，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際耗電量將超過牽引供電系統(tǒng)的耗電量。因此，為有效控制列車牽引供電系統(tǒng)及通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的耗電量，在部分城市軌道交通工程中，選擇采用基于調(diào)頻調(diào)壓控制的列車交流牽引系統(tǒng)。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，將結(jié)合實(shí)際情況采取變頻調(diào)速措施，確保列車在調(diào)速過程中不會(huì)消耗過多的電能。同時(shí)，區(qū)間隧道也不會(huì)受到附加電阻影響而出現(xiàn)升溫現(xiàn)象，以此降低通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的耗電量。與傳統(tǒng)列車牽引供電系統(tǒng)相比，這一交流牽引供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)列車再生制動(dòng)的有效利用，理論回收率高達(dá)25%。而傳統(tǒng)列車牽引供電系統(tǒng)的部分再生制動(dòng)能量將被相鄰列車吸收，難以有效轉(zhuǎn)換為空氣制動(dòng)或電阻，這一部分電能消耗量往往占據(jù)整體動(dòng)能量的40%左右。同時(shí)，也可選擇采取配置輕體列車技術(shù)措施，通過對(duì)車輛自重量的減少，可節(jié)約出適量乘客所消耗的能量、輪軌磨耗量與維修量。

1.3 供電系統(tǒng)節(jié)能

從動(dòng)力照明系統(tǒng)節(jié)能角度來看，可選擇基于負(fù)荷分級(jí)供電設(shè)計(jì)原則，根據(jù)各類負(fù)荷的重要性，將其劃為為若干等級(jí)。同時(shí)，采取分散無功補(bǔ)償以及集中無功自動(dòng)補(bǔ)償?shù)仍O(shè)計(jì)措施，有效降低線路損耗量、針對(duì)性提高功率因數(shù)。此外，也可選擇在不影響動(dòng)力照明系統(tǒng)實(shí)際照明效果的前提下，優(yōu)先配置各類技能電機(jī)電器設(shè)備、照明設(shè)備。

從牽引供電系統(tǒng)節(jié)能角度來看，可選擇縮減開關(guān)設(shè)備配置數(shù)量、配置適當(dāng)類型變電所、在牽引變電所內(nèi)布設(shè)再生儲(chǔ)能設(shè)備、選用新型節(jié)能設(shè)備、采用鋼鋁復(fù)合接觸軌等措施，全方位降低列車牽引供電系統(tǒng)的實(shí)際用電量。

1.4 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能

目前來看，常用的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能措施包括：結(jié)合工程所處區(qū)域氣候條件，選擇恰當(dāng)?shù)耐L(fēng)空調(diào)系統(tǒng)形式，例如采用自然通風(fēng)方式，將有效降低風(fēng)機(jī)運(yùn)行能耗；配置表冷器；在系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，對(duì)室外天然冷源加以充分利用，起到自然冷卻城市軌道交通工程內(nèi)部空間的作用，側(cè)面降低通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷及時(shí)間。

2 城市軌道交通節(jié)能技術(shù)的未來發(fā)展趨勢(shì)

2.1 環(huán)保型高架技術(shù)

高架線路已經(jīng)在部分城市軌道交通工程中得到應(yīng)用推廣，實(shí)現(xiàn)了對(duì)城市軌道交通系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)成本以及能耗量的有效控制，實(shí)際能耗量?jī)H為地下線的一半左右。但是，這項(xiàng)技術(shù)的問世時(shí)間較晚、存在一定的技術(shù)缺陷有待解決，例如采用大軸重的A、B 型車輛，將在運(yùn)營(yíng)過程中持續(xù)產(chǎn)生振動(dòng)與噪音污染。因此，應(yīng)基于現(xiàn)有高架線路，加強(qiáng)對(duì)環(huán)保型高架技術(shù)的研發(fā)力度，在保證技術(shù)節(jié)能效果與可靠程度不受到影響干擾的前提下，采取減振降噪綜合控制措施，致力于替代抑或是取消聲屏障，完善高架線路的環(huán)境條件。例如創(chuàng)新性采用跨座式單軌系統(tǒng)等低噪聲系統(tǒng)制式。

2.2 研發(fā)高效、低耗的新型設(shè)備與設(shè)備系統(tǒng)

從設(shè)備系統(tǒng)研發(fā)角度來看，在工程建設(shè)階段，設(shè)計(jì)方可基于原有設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，與各項(xiàng)新型節(jié)能技術(shù)加以有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行能耗的控制、降低。例如，在城市軌道交通控制系統(tǒng)中配置智能環(huán)境控制系統(tǒng)，傳感器持續(xù)對(duì)隧道以及各處車站周邊環(huán)境的空氣濕度、氣候溫度、照明度等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，基于監(jiān)測(cè)結(jié)果智能化調(diào)節(jié)通風(fēng)空調(diào)等系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)與負(fù)荷。同時(shí)，也可選擇配置表冷器，采用變頻變風(fēng)量對(duì)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行啟閉。

從節(jié)能設(shè)備研制與應(yīng)用角度來看，在我國(guó)部分城市軌道交通工程中，普遍配置有能量回收裝置等節(jié)能設(shè)備。在系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)過程中，裝置將持續(xù)對(duì)列車剎車制動(dòng)過程中所損耗的部分機(jī)械能加以回收，將其再生利用為列車牽引供電。

2.3 健全城市軌道交通裝備節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)城市軌道交通節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)仍然需要完善，部分城市軌道交通工程的節(jié)能設(shè)計(jì)水平較低、缺乏明確的參照標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，不同地區(qū)的氣候環(huán)境條件都有所不同，唯有結(jié)合實(shí)際情況針對(duì)性設(shè)定相關(guān)能耗標(biāo)準(zhǔn)，才能在實(shí)現(xiàn)工程預(yù)期建設(shè)目標(biāo)的同時(shí)，充分挖掘工程的節(jié)能潛力。因此，相關(guān)部門應(yīng)結(jié)合我國(guó)實(shí)際國(guó)情與各地區(qū)氣候環(huán)境條件，及早構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化、完善化與統(tǒng)一化的城市軌道交通節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范體系，為工程節(jié)能設(shè)計(jì)工作的開展提供明確參考與具體依據(jù)。此外，也需持續(xù)完善城市軌道交通設(shè)備節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，充分考慮城市軌道交通工程與建筑等工程項(xiàng)目的差異性，嚴(yán)格規(guī)定城市軌道交通設(shè)備的能耗標(biāo)準(zhǔn)。

2.4 提高新型能源應(yīng)用力度

城市軌道交通系統(tǒng)具有運(yùn)行能耗大的特征，如若僅使用單一的電能，不到會(huì)提高城市軌道交通運(yùn)營(yíng)成本，同時(shí)，也與我國(guó)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展理念相違背。因此，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)太陽能、海洋能、地?zé)崮艿刃滦涂稍偕鍧嵞茉吹睦贸潭?，將其作為輔助能源，以減少碳排放量，推動(dòng)城市軌道交通事業(yè)的綠色化發(fā)展進(jìn)程。

2.5 處理好節(jié)能與環(huán)保的關(guān)系

在城市軌道交通節(jié)能技術(shù)應(yīng)用、發(fā)展過程中，對(duì)部分節(jié)能技術(shù)措施的采用，雖然可以有效降低城市軌道交通工程的運(yùn)營(yíng)成本及耗電量，但卻會(huì)對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境造成污染破壞。例如在構(gòu)建地下水水源熱泵空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，在降低通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)耗電量的同時(shí)，將對(duì)周邊地層所分布地下水資源造成污染破壞，并以此為誘因引發(fā)地面下沉、水位降低等一系列問題的出現(xiàn)。因此，在城市軌道交通節(jié)能技術(shù)發(fā)展、應(yīng)用過程中，管理方與設(shè)計(jì)方應(yīng)嚴(yán)格服從環(huán)保目標(biāo)，在不對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境造成明顯干擾、污染破壞的前提下，科學(xué)制定節(jié)能技術(shù)方案。

3 結(jié)語：

綜上所述，與私家車、公交車等城市交通出行方式相比，雖然城市軌道交通系統(tǒng)的能耗比相對(duì)較低，但由于其具有運(yùn)能大的特征，在系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)過程中，仍會(huì)消耗大量的電力能源。因此，對(duì)城市軌道交通節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用與研究，既是當(dāng)前我國(guó)城市軌道交通事業(yè)的主要發(fā)展方向與亟需解決的問題。同時(shí)，也是落實(shí)節(jié)能減排發(fā)展理念的關(guān)鍵所在。因此，相關(guān)部門與企業(yè)機(jī)構(gòu)應(yīng)持續(xù)加強(qiáng)城市軌道交通節(jié)能技術(shù)的研發(fā)力度，探索與我國(guó)實(shí)際國(guó)情相適宜的城市軌道交通工程節(jié)能模式。