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城市轨道交通节能技术发展趋势研究

字号:T|T时间:2012年10月02日来源: 作者: 点击率:3295

城市轨道交通相对于其它城市公共交通工具而言,具有安全舒适、快速环保、运能大和能源消耗少的特点。按照同等运能比较,轨道交通的能耗只相当于小汽车的1/9,公交车的1/2。因此,轨道交通本身就具有重要的节能减排意义。城市轨道交通相对于其它城市交通工具的另一个特点是以耗电能为主,而不是燃油。石油作为国家核心能源,是工业经济的命脉,当今世界几乎所有国家都把石油安全置于能源战略的核心位置。石油安全直接关系到国家能源安全,关系到经济社会的可持续发展。因此在特大城市、大城市中,以城市轨道交通为骨干、提高占公共交通的出行比例,符合国家宏观经济层面的能源政策,有利于建设资源节约型、环境友好型社会。

城市轨道交通的节能减排工作也十分重要。虽然按同等运能比较,轨道交通能耗比其他形式交通方式小,但由于其大运量的特点,使得总耗电量相当大,是耗能大户,仍有节能潜力。因此,轨道交通建设和运营在遵循以人为本,方便旅客的出行和换乘,做到“方便、快捷、准时、舒适”等原则的同时,作为重点用能单位,严格遵守《中华人民共和国节约能源法》合理用能的原则,一直致力于加强节能管理、推进技术进步、提高能源利用效率、减少环境污染方面的研究。国家发展和改革委员会在交通基础设施建设项目审批程序中也要求必须进行“节能专篇”的研究,要求项目应遵循的合理用能标准及节能设计规范、项目能源消耗种类和数量分析、项目所在地能源供应状况分析、能耗指标、节能措施和节能效果分析等内容。应结合具体运营规模、技术标准和工程实施条件,进行城市轨道交通节能研究,并将具体措施融合到建设中。

据初步统计,北京地铁1992年一线、环线正线的全年牵引耗电量为80196300kw·h,占全年总耗电量的70.6%,其余为动力照明耗电,以及车辆段、停车场的牵引耗电,调试、维修等耗电。以北京地铁为例,2002年一线地铁全年耗电量52 139 240 kw·h,环线地铁全年耗电量为75 751 220kw·h,复八线地铁全年耗电量为50 734 670 kw·h,三条线全年耗电总量为178625130kw·h。其中三条线路的牵引耗电总量占全年总耗电量的57%。新建的城市轨道交通工程除上述耗电内容外,还需增加车站空调和车辆空调等耗电。

能源消耗总量过大是目前城市轨道交通面临的一大问题。轨道交通运营成本高居不下的问题日显突出,其中有近50%来自于列车牵引能耗。按照目前我国城市轨道交通的发展速度,城市轨道交通的能耗将达到相当的规模。应该说,尽快找到大幅降低轨道交通运行能耗的方法,已成为保持城市轨道交通高速度可持续发展必须解决的重要问题之一。

通过对北京及全国各地既有城市轨道交通线路运营情况的调研,我们发现电能费用占城市轨道交通运营费的50%左右,车辆牵引用电又占城市轨道交通用电的50%以上。用目前城市轨道交通电动车组普遍采用“再生制动+电阻制动+机械制动”的制动方式,制动能量可达到牵引能量的30%以上,部分再生制动的能量可以被线路上相邻车辆吸收,如不能被吸收则转换为电阻或空气制动,制动能量被白白消耗,初步估算该部分消耗的电能占制动能量的40%左右。

牵引供电系统节能设计。合理设置中压供电网络接线形式,既减少系统电缆的长度,也可以减少开关设备数量,降低设备损耗和线路损耗,达到节能的效果。合理设置各种类型变电所。牵引网采用导电率较高的钢铝复合接触轨,牵引网电能损失较少,减少变电所的空载能耗。牵引变电所预留设置车辆再生储能设备安装条件,如果每座变电所均设置该设备,每年可降低牵引用电量约5%左右。选用环保节能设备,如配电变压器选用非晶合金变压器,虽然一次投资有所增加,但是长期运行与普通变压器相比,可节约相当电能。

动力照明系统节能设计。动力照明配电设计按照负荷分级供电的原则进行,对各种负荷,按其重要程度分为一、二、三级。减化了供电系统,节约配电设备。采用集中无功自动补偿和和分散无功补偿措施,提高功率因数,降低线路损耗。在照明产品的选择上,选择高效、节能的光源、灯具。选用先进节能的电机电器设备,电扶梯及大型风机、水泵等采用变频控制,节约设备用电。从运营管理上,当车站高峰过后,可以关闭部分公共照明设备,变频电梯低速运行。

采用综合监控系统对全线各车站内的变电所系统设备、通风空调系统设备、给排水系统设备、电梯系统设备、低压照明系统设备进行综合性的监控与调度管理。可以对全线的变电所系统的基础设备进行集中管理;根据不同季节、各车站不同的客流情况、室内外的环境情况,做到合理送排风(空调),使空调得到有效的利用;通过综合监控系统程序的合理设计、运营调度人员的合理组织可以减少能耗损失。

车辆段应最大限度地利用市政自来水供水压力,给水加压采用变频供水设备或无负压供水设备,职工浴室热源可采用太阳能热水器。车辆冲洗和检修废水经处理、消毒后再回用于洗车或冲洗零部件,既节约用水,又保护环境,完全符合国家节能环保政策。建立中水处理和回用系统,并考虑雨水利用,以最大限度地节约水资源,进而减少环境污染。在有条件收集、处理和利用雨水时,应尽量利用雨水。

所以应该加快开展“环保型高架系统”的研究,即将高架线路的桥梁梁式、减振降噪综合控制、景观等作为一体进行综合研究。力求解决高架线的振动噪声、景观协调、沿线土地利用等问题,为扩大高架线路的敷设提供技术支持,也才能取得城市轨道交通低耗资、高效益的目的。综合轨道、轨旁减振降噪系统的技术措施,力求部分代替或取消声屏障。适合敷设高架线的环境条件及技术条件研究。

城市轨道交通的能耗水平除了与设施是否先进有关,还与运营节能管理是否到位密切相关。例如,运营部门应充分了解设备系统的节能设计思想,按照设计模式进行系统控制,并根据具体情况进行优化。保证各种节能设施的正常运转,例如空调系统根据室内温度调节冷水机组与通风机的工作状态,如果反应室内温度的传感器故障而没有得到及时修复,就会影响系统的正常运行,增加空调系统的能耗。

节能不能仅停留在口号上,必须将是否节能作为工程建设决策的重要指标。例如:对于南方炎热地区,屏蔽门系统可以有效降低空调季节的空调能耗,应大力推广使用;但是在北方寒冷甚至严寒地区,屏蔽门系统在非空调季节的通风能耗会高于非屏蔽门系统,不宜采用。在车站设置屏蔽门还是非屏蔽门的问题上,就应该根据节能的原则,在不同地区采用不同的方案,而不应该盲目攀比建设标准,不顾地区特点,全部设置屏蔽门。

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