城市軌道交通節(jié)能技術(shù)發(fā)展趨勢探討

黃 沙

蘇州市軌道交通集團(tuán)有限公司

1 引言

軌道交通的合理化運(yùn)營與人們的日常出行息息相關(guān)，給人們帶來較多便利的同時也促進(jìn)了交通行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展?，F(xiàn)階段，軌道交通建設(shè)在節(jié)能環(huán)保管理工作中還存在一些問題，造成節(jié)能效果未能充分發(fā)揮。本文對于軌道交通建設(shè)當(dāng)中相關(guān)節(jié)能問題進(jìn)行了簡要的分析，并提出了相應(yīng)的解決措施，促進(jìn)了軌道交通建設(shè)技能技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，從而推動我國交通事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

2 城市軌道交通節(jié)能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 線路選擇和組織運(yùn)營

從我國當(dāng)前軌道交通的運(yùn)營系統(tǒng)顯示的數(shù)據(jù)來看，軌道交通供電整個系統(tǒng)當(dāng)中列車牽引作為其中的用電大戶，牽引部分的耗電量在城市軌道交通整體系統(tǒng)當(dāng)中占有二分之一以上。在建設(shè)過程當(dāng)中部分軌道交通項目在建設(shè)初期，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)項目的實際情況以及周圍的地理環(huán)境進(jìn)行建設(shè)項目的準(zhǔn)備工作，完成初期目標(biāo)之后應(yīng)當(dāng)對于曲線半徑進(jìn)行優(yōu)化處理，并制定出最佳的選線方案，同時，對于列車牽引環(huán)節(jié)的用電能耗應(yīng)當(dāng)控制在一定的合理范文之內(nèi)，從而避免受到曲線阻力的影響，從而增加軌道牽引環(huán)節(jié)的耗電量。比如，在軌道交通進(jìn)出站設(shè)定坡度值時，應(yīng)當(dāng)保證列車上下坡的過程當(dāng)中能夠有效利用動能轉(zhuǎn)換勢能與勢能轉(zhuǎn)換動能的原理。并且，在城市軌道交通設(shè)計當(dāng)中進(jìn)行縱坡設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)合理選擇泵站與其他設(shè)備的位置。根據(jù)運(yùn)營組織管理分析而言，管理部門的相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)從實際出發(fā)，根據(jù)列車的數(shù)量與實際的運(yùn)量，充分考慮各種相關(guān)因素，對交通系統(tǒng)整體的運(yùn)營規(guī)模進(jìn)行精確計算，并對軌道交通列車的運(yùn)營數(shù)量進(jìn)行合理的設(shè)置，并完善軌道交通列車的各項編組工作以及運(yùn)營的交通線路。

2.2 列車牽引以及車輛通風(fēng)空調(diào)節(jié)能系統(tǒng)

軌道交通系統(tǒng)在供電系統(tǒng)里面作為重點(diǎn)的用電大戶。在特殊環(huán)境下，空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的用電消耗量可能會超出牽引系統(tǒng)的用電消耗量。想要有效控制空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)與列車牽引環(huán)節(jié)的用電消耗量。軌道交通建設(shè)過程中，部分列車牽引系統(tǒng)選擇的是調(diào)頻調(diào)壓交流控制。牽引系統(tǒng)在運(yùn)行當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)現(xiàn)場的實際需求進(jìn)行變頻調(diào)速，避免列車在調(diào)速環(huán)節(jié)當(dāng)中消耗大量的電能，并且區(qū)間隧道也能夠避免由于電阻影響發(fā)生升溫的問題出現(xiàn)，從而降低了通風(fēng)空調(diào)在運(yùn)行當(dāng)中的用電耗能。軌道交通列車牽引系統(tǒng)和傳統(tǒng)的列車相比較而言，交流牽引充分利用了列車制動的可循環(huán)效果，回收利用率在理論上超過了25%。

2.3 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，通風(fēng)空調(diào)常見的節(jié)能方法主要是根據(jù)建設(shè)工程周圍的氣候條件，選取想適應(yīng)的空調(diào)形式，比如自然通風(fēng)能夠有效減少風(fēng)機(jī)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的能源消耗，在配置表冷氣設(shè)計當(dāng)中，有效利用室外的自然冷源能夠發(fā)揮軌道交通內(nèi)部環(huán)境自然冷卻的效果，從間接方面減少了通風(fēng)空調(diào)在運(yùn)行當(dāng)中產(chǎn)生的實際電能負(fù)荷與時間。

2.4 供電系統(tǒng)的節(jié)能

根據(jù)動力照明方面的節(jié)能效果而言，應(yīng)當(dāng)根據(jù)供電設(shè)計原則以及各類負(fù)荷的特點(diǎn)，將其劃分為不同的等級，然后選取相適應(yīng)的負(fù)荷等級。除此之外，可以采用綜合無功補(bǔ)償與散開式的無功補(bǔ)償設(shè)計方法，一定程度上減少了線路損耗，從而提升供電節(jié)能的效率。與此同時，在不影響動力照明效果的條件下，還可以采取首選技能性較強(qiáng)的電器電機(jī)照明設(shè)備。根據(jù)牽引供電系統(tǒng)的節(jié)能方面而言，減少設(shè)備開關(guān)的數(shù)量并配置合適的變電站，同時有效利用再生儲能裝置，采用現(xiàn)代化發(fā)節(jié)能設(shè)備，有效節(jié)省軌道列車在牽引供電過程中的發(fā)生的供電量。

3 城市軌道交通節(jié)能理念與節(jié)能設(shè)計

3.1 節(jié)能設(shè)備的應(yīng)用

當(dāng)前，隨著節(jié)能設(shè)備的越來越多，各項節(jié)能設(shè)計也越來越成熟，各行各業(yè)的節(jié)能設(shè)備與節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍。在城市軌道交通建設(shè)節(jié)能設(shè)計當(dāng)中主要應(yīng)用的是節(jié)能型照明光源與列車再生制動能量與智能控制，在空調(diào)通風(fēng)與自動扶梯方面主要通過變頻技術(shù)來實現(xiàn)。并且，還應(yīng)有效利用再生能源發(fā)電優(yōu)勢。比如，太陽能與風(fēng)能以及并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)。由于軌道交通工程對于安全方面的要求極高，因此，在應(yīng)用節(jié)能技術(shù)時，應(yīng)當(dāng)充分考慮對于其余設(shè)備可能造成的影響，尤其是在電子設(shè)備整流方面，往往會給供電系統(tǒng)造成諧波的現(xiàn)象，還可能會出現(xiàn)一系列的電磁干擾。所以，城市軌道交通在節(jié)能設(shè)計方面應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對節(jié)能設(shè)備的管控，充分考慮設(shè)備的節(jié)能效果，并且，有必要時還應(yīng)當(dāng)對于相關(guān)設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的試驗與論證，從而有效避免軌道交通在運(yùn)行當(dāng)中可能產(chǎn)生的安全隱患。

3.2 城市軌道交通能耗指標(biāo)與計量

現(xiàn)階段，城市軌道交通建設(shè)發(fā)展迅速，在前期設(shè)計與施工過程以及后期的運(yùn)營管理還缺乏相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制度。因此，相關(guān)運(yùn)營單位在評估軌道交通線路當(dāng)中的能耗問題存在一定發(fā)困難。想要有效降低軌道交通能源損耗，并達(dá)到節(jié)能的目的，就應(yīng)當(dāng)根據(jù)各區(qū)域的實際情況，完善相應(yīng)的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)體系，從而達(dá)到節(jié)能評估的目標(biāo)。

3.3 節(jié)能評價體系

想要準(zhǔn)確判斷線路能耗水平，在城市軌道交通設(shè)計當(dāng)中，就需要根據(jù)周圍地理環(huán)境實際情況與客流情況以及服務(wù)水平進(jìn)行全面性的分析，并且應(yīng)當(dāng)將線路能源消耗當(dāng)中的相關(guān)因素進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆诸?，并根?jù)各種因素的不同影響程度作為參照，進(jìn)一步確定數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行精確的計算，根據(jù)量化的線路能耗作出相應(yīng)的評判，并且，需要根據(jù)軌道交通各個運(yùn)營段的能源損耗作出相應(yīng)的評判分析。

3.4 建立有效節(jié)能管理制度

節(jié)能技術(shù)管理工作并非一朝一夕就可以實現(xiàn)。首先應(yīng)當(dāng)將使用設(shè)施以及新技術(shù)的研究來制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)制度并需要長期堅持。比如江蘇與北京等地區(qū)目前已經(jīng)出臺了一套地方標(biāo)準(zhǔn)體系，并根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)來指導(dǎo)管控當(dāng)?shù)爻鞘熊壍澜煌ńㄔO(shè)當(dāng)中節(jié)能技術(shù)的管理工作；其次，運(yùn)營單位應(yīng)當(dāng)制定一套完整的管理體系并組建一支有效地管理隊伍，對于工作計劃與目標(biāo)以及節(jié)能策略，在考核績效節(jié)能工作、對節(jié)能數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計與分析工作進(jìn)行有效地管理，進(jìn)而促進(jìn)日常的節(jié)能管理工作，進(jìn)而有效貫徹節(jié)能管理制度的運(yùn)行。

4 城市軌道交通節(jié)能技術(shù)的發(fā)展趨勢

4.1 環(huán)保型高架技術(shù)

在部分城市軌道交通建設(shè)項目當(dāng)中，已經(jīng)廣泛應(yīng)用了高架線路技術(shù)，從而控制了軌道交通的能源消耗，并有效降低了軌道交通的實際運(yùn)營成本，節(jié)省了一半的能源。由于這項技術(shù)發(fā)展的時間較短，還不夠成熟，存在一定的缺陷需要解決。比如較重的大軸A、B 型車輛，在運(yùn)行當(dāng)中容易出現(xiàn)持續(xù)性的噪聲以及振動。這種情況下，利用高架線路技術(shù)，并充分發(fā)揮環(huán)保型高架技術(shù)的優(yōu)勢，在確保不影響節(jié)能效果的條件下，可以采用降噪減震的綜合性方式，進(jìn)行替代或者聲屏障的取消，并需要對高架線路的周圍環(huán)境條件進(jìn)行進(jìn)一步的完善。比如采取新型地跨坐式單軌系統(tǒng)等其他的低噪聲制式。

4.2 加大新型能源應(yīng)用力度

城市軌道交通運(yùn)行當(dāng)中能耗較大，如果只是應(yīng)用一種電能，不僅不會降低軌道交通的運(yùn)營成本，并且也違背了當(dāng)下低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展理念。所以，應(yīng)當(dāng)重視太陽能、地?zé)崮芤约昂Ｑ竽茉吹某浞掷?，進(jìn)而降低碳排放量，進(jìn)一步推動軌道交通的可持續(xù)發(fā)展。

4.3 有效協(xié)調(diào)節(jié)能與環(huán)保的關(guān)系

城市軌道交通發(fā)展過程當(dāng)中應(yīng)用節(jié)能技術(shù)時，雖然部分節(jié)能技術(shù)能夠在一定程度上降低軌道交通的建設(shè)成本與運(yùn)行過程當(dāng)中的耗電量，同時，對于項目周圍的生態(tài)環(huán)境也可能帶來移動的污染與破壞。比如，熱泵空調(diào)在地下水源組建過程當(dāng)中，一方面能夠減少空調(diào)系統(tǒng)的耗電量，另一方面在一定程度上對于周圍地下水資源帶來了一定程度的破壞，嚴(yán)重時還會引發(fā)一系列嚴(yán)重的問題，比如水位下降以及地面下沉的現(xiàn)象。所以，在城市軌道交通發(fā)展過程中應(yīng)用節(jié)能技術(shù)時，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照環(huán)保目標(biāo)的管理設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)來執(zhí)行，制定出科學(xué)合理的技術(shù)方案，從而避免對于周圍環(huán)境造成一系列的污染破壞。

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

根據(jù)系統(tǒng)研發(fā)方面而言，城市軌道交通在建設(shè)初期階段，設(shè)計方應(yīng)當(dāng)根據(jù)原有的系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行創(chuàng)新性的設(shè)計，并充分結(jié)合各類先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)，進(jìn)而有效控制并降低城市軌道交通在運(yùn)行過程中的能源損耗。比如，軌道交通控制系統(tǒng)在配置智能環(huán)境當(dāng)中，利用傳感器能夠有效監(jiān)測車站與隧道周圍環(huán)境的氣候溫度與空氣濕度以及照明度等，通過智能化監(jiān)測的結(jié)果來調(diào)節(jié)通風(fēng)空調(diào)的負(fù)荷以及運(yùn)行狀態(tài)，還可以采用配置表冷器，利用變頻變風(fēng)量對空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行起閉。根據(jù)節(jié)能設(shè)備的應(yīng)用方面而言，我國目前部分軌道交通建設(shè)當(dāng)中，能源回收的節(jié)能設(shè)備應(yīng)用較為普遍。系統(tǒng)設(shè)備在運(yùn)營當(dāng)中，設(shè)備裝置能夠有效回收列車剎車當(dāng)中產(chǎn)生的能源損耗，達(dá)到循環(huán)利用的效果，并可以充分利用列車牽引供電。

4.5 制定嚴(yán)格的城市軌道交通設(shè)備能耗標(biāo)準(zhǔn)

現(xiàn)階段，我國在軌道交通節(jié)能方面還沒有一套完整的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，目前使用的還是建筑工程的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，建筑設(shè)備節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)在軌道交通建設(shè)當(dāng)中不是特別適用。所以，應(yīng)當(dāng)根據(jù)城市軌道交通的實際情況制定一套與之相適應(yīng)的能耗標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而才能為軌道交通事業(yè)提供有利的參考依據(jù)。另外，相關(guān)部門需要根據(jù)我國國情的實際情況以及地理環(huán)境條件，盡快制定一套完整的城市軌道交通標(biāo)準(zhǔn)體系，為城市軌道交通工程建設(shè)提供標(biāo)準(zhǔn)的參考依據(jù)。軌道交通項目在設(shè)備招標(biāo)采購當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)制定出一套綜合性的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，并完善節(jié)能技術(shù)的規(guī)范要求，并且應(yīng)當(dāng)將建筑工程和軌道交通建設(shè)之間的差異區(qū)分開來，嚴(yán)格按照軌道交通的能耗標(biāo)準(zhǔn)要求來執(zhí)行。同時，也應(yīng)當(dāng)引起設(shè)備供應(yīng)商的關(guān)注度，促使廠家提升產(chǎn)品設(shè)備的節(jié)能效果。

這種綜合性參考還能夠有效降低惡意競爭的問題，從而推動了軌道交通節(jié)能技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。

5 結(jié)束語

綜上所述，隨著現(xiàn)代社會的快速發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，人們越來越重視綠色環(huán)保理念。在現(xiàn)代城市發(fā)展當(dāng)中，人們的出行方式盡量選擇綠色交通，城市軌道交通自然成為首要的選擇。節(jié)能技術(shù)包含的范圍較為廣泛，因此，應(yīng)當(dāng)利用有限的能源，充分發(fā)揮較大的經(jīng)濟(jì)效益。城市軌道交通作為城市建設(shè)的重要組成部分，在城市軌道交通在建設(shè)當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)軌道交通運(yùn)營標(biāo)準(zhǔn)以及建設(shè)項目當(dāng)?shù)啬茉垂?yīng)的實際情況制定出相應(yīng)的節(jié)能技術(shù)方案，進(jìn)而實現(xiàn)城市軌道交通建設(shè)能耗降低的目標(biāo)，進(jìn)一步推動城市軌道交通技能技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。