工業工程在津濱輕軌節能減排中的應用

郭明 王巖 能宗鵬

（天津濱海快速交通發展有限公司 天津 300457）

工業工程是從科學管理的基礎上發展起來的一門應用性工程專業技術。它是對人、物料、設備、能源、和信息等所組成的集成系統，進行設計、改善和實施的一門學科，它綜合運用專門知識和技術，以工程技術為基礎，配合科學管理的技巧來發現問題，解決問題，預防問題。

津濱輕軌是天津城市軌道交通網的重要線路，輕軌系統配備了大量現代城市軌道交通必不可少的高能耗設備，如電客車、供電、信號、通信、環控、電扶梯等。在保證運營安全和服務質量的前提下，公司廣泛應用工業工程原理，將節能減排工作融入到工程建設和運營管理中。通過引進SCADA電力監控系統、無功補償、洗車水原位再生等工程技術，配合科學的節能減排管理體系、嚴格的規章制度、高效的行車組織，打造綠色低碳的交通方式。

1 將節能減排管理深入運營管理

1.1 明確管理方針，完善體系規章

津濱輕軌成立了節能減排委員會，下設節能辦公室和四個節能分委會，明確了節能減排管理與運營生產管理緊密融合的管理方針，采用“系統推進、多維推進、關鍵突破”的節能管理思路，編制節能管理手冊、節能獎懲規定、節能專項基金管理辦法等一系列規章制度，形成了具有輕軌特色的節能管理體系。

1.2 開展能源審計，挖掘節能潛力

津濱輕軌定期開展能源審計工作，分析挖掘節能潛力，制定切實可行的節能減排目標、規劃和措施。結合能源審計建議，公司不斷調整能耗管控重點，做到運營發展與節能指標同頻同步，緊密結合。節能委員會細化分解節能指標，以電、水、氣、油分類確定消耗源99項，同時明確月度、年度消耗指標達1292個。

1.3 貫徹節能政策，加強監察力度

津濱輕軌每年與開發區簽訂《協議目標節能責任書》，接受相關管理部門的年度節能評審驗收。建立了能源消耗管理統計系統，監控全線用能情況，及時收集、統計、分析用能數據，并在用電高峰進行不定期抽查。

1.4 優化行車組織，提高電能吸附

列車在起動時會消耗大量的電能，在制動時就必然要產生相當大的制動能量，如制定科學合理的運行圖，行車密度較大，間隔均勻，且同一供電區間內各列車起動和制動的時機配合恰當，反饋制動把動能轉化為電能送入輕軌供電網供其他列車使用，再生制動能量就會被其他運行車輛吸收，津濱輕軌一直運用此原理不斷完善行車組織工作。

2012年津濱輕軌與天津地鐵1、2、3號線實現并網接駁，城市軌道交通步入網絡化運營階段，公司適時調整行車方案以滿足客流量增長的運輸需求，最大行車間隔減少至12min，最短行車間隔達到5min，平峰行車間隔8min，行車密度增加，各時段間隔趨向均勻，列車牽引與制動進行匹配，根據各車站客流數據分配停車時間，在當前運營規模下最大程度利用再生制動的能量。

1.5 整合修程規程，降低檢修能耗

參考同行業運維水平，對電客車及運營各系統的運行情況進行檢測、評估、論證，最終確定延長電客車定修、架修、廠修的走行公里，運營系統中修以深度故障修為主，減少設備生命周期中、大修的檢修次數，降低了設備檢修過程、動靜調試中的能源消耗。

2 能源利用現狀

以2013年1-10月為例，津濱輕軌主要區域耗能6675tce，其中電力占比85.73%，天然氣占比14.04%，水占比0.23%。主要消耗的能源是電力和燃氣。電力驅動牽引電機，完成由電能、機械能的轉換，帶動機車運行。其中電力又分為牽引用電和動力用電兩部分：牽引用電主要作用是輕軌機車運行時牽引系統牽引電機用電及車上的照明、空壓機等輔助系統用電；動力用電維持各個輕軌站正常運行的用電，包括車站照明、電梯及辦公區用電等。而燃氣主要供食堂、鍋爐房等輔助生產生活用能。津濱輕軌系統的能源流向見圖。

圖1 津濱輕軌系統的能源流向見圖

3 將節能減排技術融入運營生產

3.1 供電系統

3.1.1 電壓制式與電壓等級

目前國內外輕軌供電系統的電壓制式主要有DC750V和DC1500V兩種，津濱輕軌采用的DC1500V電壓等級可以顯著減少牽引變電所數量，全線牽引整流機組總安裝容量小，供電設備利用率高。另外，由于供電臂長度較長，位于同一供電區段的列車數量多，有利于列車再生能量的吸收利用。

津濱輕軌中壓網絡采用35KV等級，35KV中壓網絡輸電半徑和容量大，電能損失小，設備完全實現國產化，從設計之初就充分考慮了節能的合理可行性。

3.1.2 無功補償技術

運營之初津濱輕軌主變電所35KV側現場實際測試結果表明，母線平均功率因數僅為0.4左右，且由于輕軌本身工作特性，尤其是夜間停運后。使母線一直處于無功倒送狀態，并且母線中5、7、11、13次諧波電流超標，造成能源浪費。為抑制無功倒送、節約能源、消除諧波，津濱輕軌分三期對主變電所加裝無功補償裝置，深入開展無功治理工作。

為了防止出現過補和欠補情況，輕軌聯合設計院利用加拿大曼尼托巴大學PSCAD/EMTDC軟件建立負荷及電纜的仿真模型，得出無功補償容量。通過對集中式補償、分區集中補償、分布式補償三種方案的效果評價與經濟對照，輕軌采用集中式補償方案，無功補償改造后供電系統無功功率基本維持在零附近，功率因數基本維持在0.99以上，創造直接經濟效益近90萬元/月，每年節約1000萬元電力費用，年減CO2排量6220t。

圖2 SVC 投運后35kV 系統無功曲線

圖3 SVC 投運后35kV系統功率因數曲線

3.1.3 電力監控系統（SCADA）

電力監控系統由設在控制中心主站的電力監控調度系統，設在沿線各變電所被控站的全所綜合自動化系統，設在車輛段供電車間的電力監控復視系統及遠動通道組成，用于對沿線變電所內主要電氣設備的遙控、遙信、遙測、遙調和遙視等。該系統實現了軌道交通電力輸配和消耗環節實施集中扁平化的動態監控和數字化管理。通過運營行車組織及節能管理相互配合，可不斷改進和優化能源平衡，達到系統性節能降耗的管控一體化。

3.2 車輛設備

3.2.1 車體采用不銹鋼材料的輕量化整體承載結構，流線型前端采用進口樹脂玻璃鋼結構，降低車輛負荷，提高了牽引動力效率，降低了牽引能量消耗。

3.2.2 采用由VVVF逆變器、交流異步牽引電機和微機控制裝置組成的動力系統，使列車的智能動力輸出有效降低牽引能耗。

3.2.3 全封閉的車體填充了隔熱保暖材料，避免了車內能量的流失。

3.2.4 采用兩動兩拖的混合編組，既滿足了運營需求又達到了節能減排的效果。

3.3 機電系統

3.3.1 屏蔽門系統：津濱輕軌地下段采用全封閉屏蔽門技術，大幅減少了隧道與站臺區域的熱量交換。

3.3.2 空調系統：為了應對傳統定速空調能耗大、故障走高的問題，津濱輕軌投資數百萬元對車站中央空調系統進行變頻改造，預計可節能20%以上。

3.3.3 照明系統：地面車站充分利用自然光，并于2009年響應國家號召全線集中采購更換了節能燈具。

3.4 自動列車清洗設備

為實現廢水零排放，津濱輕軌自運營前就簽訂了西班牙自動列車清洗設備的采購合同，該設備具有先進的循環再生過濾系統，分別采用固定沉淀、油脂分離、生物凈化、石英砂活性炭精濾等方式，有效除去水中污染物，達到回用達標。根據使用情況統計，水處理系統每年可減少廢水排放23868t,節省開支15萬元。

4 讓節能減排技術服務員工生產生活

4.1 太陽能

津濱輕軌投建車輛基地、停車場太陽能熱水系統，通過搜集氣象資料，計算太陽的輻照強度和集熱器面積，本項目共設計安裝集熱器125組，共計250m2，按照冷水溫度10℃，用水溫度45℃（即溫差35℃），太陽能保證率按照75%計算，則250m2集熱器年產熱量約為1268008MJ。即安裝太陽能熱水系統后，每年可節約能量1268008MJ。按照太陽能設備使用壽命15a計算，15a一共可以節約燃氣費用約100～110萬元。

4.2 輻射采暖技術

車輛基地庫區（組合車庫、列檢車庫、特種車庫）負責日常輕軌車輛各種修程作業，庫區面積7.569×104m2，建筑主體采用輕鋼結構門式鋼架，墻體為雙層加芯鋼板，平均高度達20m，由于不同庫區負責修程任務不同，并且同一庫區又劃分不同維修區域，機車維修通常為全天不定時開展，導致供暖需要具有區域及進段相對分散的特點。

為了權衡庫區采暖在節能、環保、安全等要求，輕軌車輛基地庫區采暖系統擺脫了傳統的陳舊的暖通設計習慣，引進國際先進的節能型采暖系統—燃氣遠紅外輻射采暖技術為車輛基地庫區作業供暖。輻射采暖系統比傳統的蒸汽采暖系統節能40%。對同樣的室內溫度效果，該采暖系統的設計熱負荷只需其它傳統采暖系統的80%～85%，且設計室溫可比對流型采暖系統低2～4℃，按照工況廠房室溫達到14℃的下限標準，采用熱水管網對流供暖每年需消耗燃氣335.60×104m3，而采用輻射采暖系統供暖每年僅需消耗燃氣126×104m3，節約燃氣費用300余萬元。

5 結語

天津城市軌道交通將由單線運營跨入多線網絡化運營階段，低碳環保的軌道交通工具成為市民出行首選。為響應環保號召，為建設“美麗天津”，為發展綠色交通，我們會不斷應用工業工程原理，樹立問題與改革意識，發現問題，考察分析，尋求對策，勇于改革和創新，優化節能減排管理體系，引入先進節能技術，持續提升運營水平，推動區域發展，服務廣大市民。

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