地鐵供電系統(tǒng)節(jié)能降耗技術(shù)應(yīng)用分析

盧浩然

【摘要】隨著國內(nèi)經(jīng)濟高速發(fā)展及城市化進程不斷推進，城市軌道交通逐漸取代了以公交車為主的地面交通，地鐵成為了人們出行的主要方式，占據(jù)城市的交通主導(dǎo)地位。地鐵系統(tǒng)中最重要的組成部分之一就是環(huán)境控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備長時間運行和高能耗的特點。當(dāng)前，全球能源問題日益凸顯，國內(nèi)能源緊張，形勢嚴(yán)峻，在此背景下，優(yōu)化地鐵環(huán)控系統(tǒng)，節(jié)能降耗，降低地鐵運營成本對節(jié)約能源資源意義重大。本文以地鐵運營和建設(shè)情況為切入點，分析了地鐵主要能耗因素，并據(jù)此提出節(jié)約能耗的相關(guān)措施，促進地鐵運營節(jié)能減排。

【關(guān)鍵詞】地鐵;供電系統(tǒng);節(jié)能降耗;技術(shù)

隨著國內(nèi)經(jīng)濟不斷發(fā)展，城市軌道交通建設(shè)步伐不斷加快，逐漸成為大型城市形象建設(shè)的重要工程之一。城市軌道交通是城市發(fā)展重要基礎(chǔ)設(shè)施，對減少人們出行時間、為群眾提供良好運輸環(huán)境的意義重大。地鐵的運營依靠供電系統(tǒng)提供電能，因此城市地鐵供電系統(tǒng)的建設(shè)極為重要[1]。地鐵通常會配備兩個低壓配電系統(tǒng)，包括環(huán)控配電部分以及低壓部分。環(huán)控配電控制系統(tǒng)主要控制空調(diào)通風(fēng)設(shè)備，低壓部分控制設(shè)備主要包含信號設(shè)備、照明設(shè)備與綜合監(jiān)控設(shè)備等。地鐵供電系統(tǒng)涉及設(shè)備眾多，故加強地鐵供電系統(tǒng)節(jié)能降耗對實現(xiàn)地鐵運營可持續(xù)化發(fā)展有重大意義，筆者現(xiàn)結(jié)合相關(guān)文獻及工作經(jīng)驗，對地鐵供電系統(tǒng)節(jié)能降耗措施的分析作以下綜述。

1 實現(xiàn)地鐵供電系統(tǒng)供電系統(tǒng)節(jié)能降耗的重要性

地鐵低壓供電系統(tǒng)主要采取400V供配電系統(tǒng)，以用電性質(zhì)為劃分依據(jù)，可將其簡單劃分為兩個部分，一是動力照明系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由降壓變電所構(gòu)成。二是牽引供電系統(tǒng)，其主要由牽引變電所構(gòu)成[2]。降壓變電所為地鐵照明和動力提供電力來源，牽引變電所為地鐵列車提供電能，兩個系統(tǒng)的劃分界限就是400V開關(guān)柜。隨著國內(nèi)經(jīng)濟、科技的不斷發(fā)展，大城市地鐵基礎(chǔ)建設(shè)規(guī)模不斷增大，占城市電能消耗的比重也不斷上升。同公交等地面交通不同的是，地鐵的運行完全依賴于電力系統(tǒng)，研究地鐵供電系統(tǒng)節(jié)能降耗技術(shù)對建設(shè)環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展社會有重要意義，這主要體現(xiàn)在：①經(jīng)濟效益：在市場經(jīng)濟體制下，地鐵建設(shè)、運營以及維護成本高，減少供電系統(tǒng)電能消耗，能夠節(jié)約地鐵運營成本，提升企業(yè)經(jīng)濟效益，增強運營企業(yè)市場競爭力。②環(huán)境效益。國內(nèi)電力生產(chǎn)依靠火力發(fā)電，增加煤炭、石油等不可再生資源的用量，破壞自然生態(tài)。實現(xiàn)地鐵供電系統(tǒng)節(jié)能降耗，能夠減少資源消耗，對保護自然生態(tài)有重要意義。③社會效益。地鐵供電系統(tǒng)有賴于城市電力系統(tǒng)的支持，降低地鐵的電能消耗，能夠節(jié)約社會資源，為城市其他公共建設(shè)服務(wù)，避免電力供應(yīng)不足[3]。

2地鐵供電系統(tǒng)能耗分析

2.1 低壓配電系統(tǒng)在地鐵運營過程中產(chǎn)生的電能消耗

低壓配電系統(tǒng)主要由動力照明配電線路和降壓變電所組成，為車輛段、車站、照明、辦公、電扶梯、水泵以及風(fēng)機空調(diào)等信號、自動化以及通信設(shè)備提供電源。低壓配電能耗主要組成部分有：①地鐵門梯系統(tǒng)能量消耗，如雜物梯、客梯、貨梯、自動扶梯等設(shè)備，這些設(shè)備在地鐵運行期間隨時保持啟動狀態(tài)，消耗大量電能。②通風(fēng)制冷、給排水系統(tǒng)，如冷水機組、消防水泵、污水泵、風(fēng)機等。③照明系統(tǒng)：地鐵站基本設(shè)置在地下，在站臺、站廳、設(shè)備房、隧道區(qū)間、辦公區(qū)等均需設(shè)置照明設(shè)備，能量消耗極大[4]。④其他，包括自動售檢票、地鐵信號、綜合自動化等系統(tǒng)，盡管這些系統(tǒng)屬于弱電設(shè)備，但為保障各個系統(tǒng)穩(wěn)定運行，需要24h不間斷供電，對弱電設(shè)備的儲蓄電池進行充電。地鐵中弱電設(shè)備眾多，集中用電仍然消耗較多電能。此外，辦公用電、物業(yè)開發(fā)用電等也是地鐵電能消耗的重要組成部分，辦公用電包括車站辦公環(huán)境中的辦公設(shè)備、照明設(shè)備及電梯設(shè)備等。商業(yè)電能消耗如商鋪開發(fā)、物業(yè)開發(fā)、地鐵商業(yè)建設(shè)施工等用電[5]。

3 地鐵供電系統(tǒng)節(jié)能降耗措施

3.1 結(jié)合地區(qū)氣候特點，控制通風(fēng)空調(diào)啟動用量

通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是地鐵電力消耗的重要構(gòu)成部分，通風(fēng)設(shè)備、排氣系統(tǒng)需長期連續(xù)性運轉(zhuǎn)。地鐵空間相對封閉，客流量較大，必須通過空調(diào)與通風(fēng)系統(tǒng)來保持氣流運動和調(diào)節(jié)溫度，確保舒適度。對于通風(fēng)空調(diào)設(shè)備的節(jié)能降耗措施可從以下方面入手：春季和秋季兩個季節(jié)的天氣相對涼爽，日間與晚間溫差不大，可以降低通風(fēng)空調(diào)啟動量，一般啟動1/3～2/3的空調(diào)數(shù)量即可，節(jié)約電能消耗。地面站臺則可用自然通風(fēng)，啟動小系統(tǒng)確保設(shè)備房通風(fēng)即可。冬季氣溫低，地下站臺可僅開啟通風(fēng)功能，夏季溫度高，可在空調(diào)系統(tǒng)中安裝自動溫控啟動裝置，根據(jù)氣溫決定空調(diào)開啟數(shù)量。

3.2控制照明

對于室外區(qū)域，如車輛段、車站室外廣場、停車場、高架區(qū)間等，投入使用太陽能照明設(shè)備，日常照明開啟太陽能燈即可，滿足室外照明，降低照明能耗。對于地下和室內(nèi)照明區(qū)域，可以在站臺、站廳以及站口等照明設(shè)備中安裝光照控制器，控制照明燈啟停;由于不同區(qū)域客流量不同，可根據(jù)客流量合理調(diào)節(jié)照明設(shè)備的啟動和停止，夜間停運后自動關(guān)閉大部分照明設(shè)備，減少能耗。在設(shè)備房、辦公房以及巡視通道等照明不常用區(qū)域，可安裝聲控開關(guān)，實現(xiàn)聲控啟停照明設(shè)備。在非運營時段，將車站指示類照明設(shè)備全部關(guān)閉。

3.3充分利用變頻技術(shù)

風(fēng)機系統(tǒng)、電扶梯等是地鐵運營中電能消耗較大的系統(tǒng)，均需長時間不間斷地運行。采用變頻電扶梯，進行分時段管理，在高峰期采取高頻率運轉(zhuǎn)，其余客流量較少的時刻，采取低頻率運轉(zhuǎn)。當(dāng)無人乘坐電梯時，供電頻率設(shè)置為最低，既能確?？土魍ㄐ许槙常帜軐崿F(xiàn)節(jié)能環(huán)保。此外，以變頻通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)取代傳統(tǒng)風(fēng)機風(fēng)量的控制功能，可以極大降低電能消耗[6]。

3.4 牽引動力系統(tǒng)節(jié)能措施

牽引變流系統(tǒng)和復(fù)變流系統(tǒng)是整個車輛能量轉(zhuǎn)換的重要構(gòu)成，節(jié)能降耗可以從這兩大系統(tǒng)入手。近年來碳化硅功率器件逐漸投入市場，其具備耐高壓、工作頻率高、耐高溫等特點，能夠提升車輛牽引變流器、輔助變流器的效率，實現(xiàn)減輕整車質(zhì)量與節(jié)能的目的，因此在變流器設(shè)計中可采取碳化硅功率器件。另外，永磁同步牽引傳動技術(shù)近年來在國內(nèi)外受到了廣泛關(guān)注，其具有過載能力強、效率高、功率因數(shù)高以及噪聲低等特點，若在軌道牽引傳動系統(tǒng)中加入永磁同步電機，能降低電機自身發(fā)熱，尤其是降低轉(zhuǎn)子發(fā)熱量，因此能依據(jù)系統(tǒng)需求，實現(xiàn)全封閉設(shè)計，減少了清掃維護工作的同時，降低了噪聲，相關(guān)研究報道，采用永磁同步牽引系統(tǒng)的列車每年節(jié)省電能可達14萬KW·h。

結(jié)語

地鐵是人們出行的重要交通工具，對城市形象建設(shè)有重要意義。隨著地鐵基礎(chǔ)建設(shè)規(guī)模擴大，地鐵能源消耗問題引起了相關(guān)部門和人員的重視，地鐵供電系統(tǒng)中應(yīng)用節(jié)能降耗技術(shù)對城市地鐵運行系統(tǒng)的穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展有重要意義。因此，需要從多方面入手，利用現(xiàn)代化技術(shù)，提升地鐵設(shè)備運行效率，實現(xiàn)節(jié)能減排。

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