地鐵車輛能耗分析及節(jié)能優(yōu)化分析

葉政佳

摘要：本文圍繞著目前地鐵車輛能耗現(xiàn)狀展開分析，并將輔助能耗與牽引經(jīng)能耗當(dāng)做研究的基礎(chǔ)，以此探討了地鐵能耗的主要構(gòu)成以及線路設(shè)計(jì)。而在線路設(shè)計(jì)當(dāng)中涵蓋了節(jié)能坡、信號(hào)控車、節(jié)能供電等多種影響因素，結(jié)合其能耗現(xiàn)狀，最終提出了相關(guān)的節(jié)能優(yōu)化措施，以此提升整體的地鐵車輛節(jié)能優(yōu)化效果，希望可以為相關(guān)人員帶來一些參考。

關(guān)鍵詞：地鐵車輛;車輛能耗;節(jié)能優(yōu)化

一、地鐵車輛能耗分析

對(duì)于地鐵車輛能耗而言，其構(gòu)成內(nèi)容為輔助能耗以及牽引凈能耗，且還有遭受到各種因素的影響，如線路設(shè)計(jì)，其具體能耗構(gòu)成內(nèi)容如圖1所示。

經(jīng)過計(jì)算車輛的實(shí)際運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)，從而得出以下結(jié)論，整車能耗中，輔助能耗占據(jù)著20%，而牽引凈能耗占據(jù)著80%，下面就介紹牽引凈能耗、輔助能耗以及電路設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容。

（一）牽引凈能耗

如果列車的狀態(tài)處于牽引或者是勻速運(yùn)行時(shí)，此時(shí)它的接觸網(wǎng)以及第三軌的吸收能力，會(huì)直接傳送到牽引變流器當(dāng)中，這時(shí)也可以把其當(dāng)做牽引能耗。當(dāng)列車處于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，此時(shí)的一些能量會(huì)反饋到列車接觸網(wǎng)、用電設(shè)備或者是第三軌中，這也被稱之為制動(dòng)再生能量。若單一的查看列車的整體耗能狀況，制動(dòng)再生能量可以把一些牽引能耗所消除。此外，列車動(dòng)能變化也與牽引經(jīng)能耗有著一定聯(lián)系。當(dāng)車輛從零速加速到最高速時(shí)，其動(dòng)能會(huì)發(fā)生改變，如果列車運(yùn)行速度處于最高值，那么只有降低車輛重量，才可以使其動(dòng)能發(fā)生改變，以此降低動(dòng)能變化所導(dǎo)致的牽引能耗。

（二）輔助能耗

對(duì)于地鐵車輛而言，其中的輔助能耗屬于低壓負(fù)載消耗的能量，這也和牽引能耗存在著一些相同之處，這類能耗很容易被輔助系統(tǒng)當(dāng)中的各個(gè)部件影響。而單一的看待列車的實(shí)際運(yùn)行負(fù)載狀況，那么其電能消耗情況也屬于照明能耗、空調(diào)能耗較多，且空調(diào)能耗占據(jù)著整體輔助能耗的90%。對(duì)此，若空調(diào)不屬于變頻控制，那么也能夠減少地鐵車輛的能耗。

（三）線路設(shè)計(jì)

地鐵車輛本身就會(huì)消耗能源，同時(shí)也會(huì)受到線路設(shè)計(jì)的影響，如線路彎道、坡道設(shè)計(jì)、節(jié)能坡設(shè)計(jì)等等。

第一，設(shè)計(jì)節(jié)能坡。如果列車出站時(shí)，會(huì)借助下坡的勢(shì)能，以此增強(qiáng)列車的整體速度，讓其牽引時(shí)間大大減少，起到較好的節(jié)能效果。而當(dāng)車輛進(jìn)站時(shí)，其可以利用上坡阻力，使車輛的速度降低，并減少制動(dòng)的時(shí)間，讓列車能耗大大減少。具體節(jié)能坡設(shè)計(jì)圖如圖2。

第二，信號(hào)系統(tǒng)控車方法。當(dāng)實(shí)施此環(huán)節(jié)工作時(shí)，應(yīng)合理選擇車輛的運(yùn)行方法，這也直接影響著車輛的能耗情況。例如，信號(hào)系統(tǒng)可以利用線路數(shù)據(jù)、車輛信息以及運(yùn)行示意圖等，自主完成操作指令的生成，利用自動(dòng)化策略讓基礎(chǔ)的節(jié)能目標(biāo)得以達(dá)成。另外，列車整體的運(yùn)行耗費(fèi)時(shí)間不變，且此時(shí)信號(hào)系統(tǒng)可以根據(jù)線路運(yùn)行的區(qū)間數(shù)據(jù)，科學(xué)統(tǒng)籌規(guī)劃好每一個(gè)站的運(yùn)行時(shí)間。

二、地鐵車輛節(jié)能優(yōu)化措施

（一）車輛減重

實(shí)現(xiàn)車輛減重，通常會(huì)從結(jié)構(gòu)應(yīng)用、合理設(shè)計(jì)以及應(yīng)用輕量化材料處著手。例如，有些列車的材質(zhì)為齒輪箱，此時(shí)便可以應(yīng)用鋁合金完成鑄鐵的替代。而對(duì)于列車風(fēng)道以及地板而言，可以應(yīng)用一些輕量化的復(fù)合材料。

（二）增強(qiáng)效率

上面文章已經(jīng)講解到，車輛能耗狀況會(huì)遭受到牽引部件質(zhì)量的影響。下面以同步電機(jī)為例，將其與異步電機(jī)進(jìn)行比對(duì)，以此完成分析。

永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子在材質(zhì)上屬于永磁體材料，而在運(yùn)行的過程中，轉(zhuǎn)子尚未形成電流，和異步電機(jī)無轉(zhuǎn)子勵(lì)磁損耗進(jìn)行比對(duì)，它的額定效率更勝一籌，節(jié)能效果也十分顯著。

（三）應(yīng)用與設(shè)計(jì)新型技術(shù)

首先，應(yīng)用高頻輔助變流器。對(duì)于輔助變流器而言，其中的IGBT開關(guān)過程，也可以將其當(dāng)做能耗的過程。換言之，能耗越發(fā)顯著，此時(shí)輔助變流器的工作效率也會(huì)越發(fā)低下。而應(yīng)用軟開關(guān)技術(shù)展開工作，不僅可以讓PWM變換器的開關(guān)損耗大大降低，并提升了變流器的整機(jī)效率。并且，若提升了輔助變流器的根本工作效率，這時(shí)也會(huì)減少變壓器所需要用到的線圈，其體積、重點(diǎn)也會(huì)隨之下調(diào)，起到較好的減重效果。

第二，變頻空調(diào)。變頻空調(diào)和定頻空調(diào)進(jìn)行比較，其能夠降低空調(diào)的損耗情況，且處于低頻運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，其能效會(huì)顯著提升。對(duì)此，應(yīng)結(jié)合地鐵車輛的實(shí)際運(yùn)行狀況來看，冬季和夏季，變頻空調(diào)的節(jié)能率分別能夠達(dá)到40%、25%。除此之外，因?yàn)樽冾l空調(diào)在調(diào)節(jié)范圍上比較廣泛，且穩(wěn)定控制密度比較高，這也并不會(huì)沖擊到SIV。最后，壓縮機(jī)的使用期限較長(zhǎng)也是變頻空調(diào)的優(yōu)勢(shì)，將其應(yīng)用到地鐵車輛中，具有明顯的作用價(jià)值。

第三，應(yīng)用智能照明。地鐵列車中一定會(huì)有照明系統(tǒng)，而為了達(dá)到節(jié)能的效果，通常會(huì)選擇應(yīng)用智能化照明系統(tǒng)。列車一般會(huì)應(yīng)用節(jié)能效果較強(qiáng)的LED光源控制或者是集中照明的手段，將光感傳感器設(shè)置其中，從而使其根據(jù)外部的環(huán)境發(fā)生轉(zhuǎn)變，更好的完成輸出功率的調(diào)節(jié)，讓大家處于一個(gè)良好的乘車環(huán)境當(dāng)中。最后，在車輛中應(yīng)用智能照明系統(tǒng)，當(dāng)列車在高架運(yùn)行時(shí)，其節(jié)能效果最為顯著。

結(jié)束語：

綜上所述，通過分析與描述地鐵車輛能耗的實(shí)際情況，可以大致的獲得車輛能耗，并對(duì)比每部分能耗的占比情況。并且，在分解能耗的基礎(chǔ)之上，還了解了車輛能耗的根本因素，結(jié)合具體的原因，打造出相關(guān)的節(jié)能優(yōu)化措施，從而讓節(jié)能效果顯著提升。此外，車輛能耗降低，其對(duì)于城市軌道交通的發(fā)展有著至關(guān)重要的作用，只有滿足節(jié)能的根本要求，才可以促進(jìn)地鐵交通的發(fā)展。

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