城市軌道交通列車車輛節(jié)能策略研究

薛 亮 劉小玲

1.遼寧省交通高等專科學(xué)校2.大連理工大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院

城市軌道交通列車車輛節(jié)能策略研究

薛 亮1,2劉小玲1

1.遼寧省交通高等專科學(xué)校2.大連理工大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院

本文分析了城市軌道交通列車車輛能源消耗影響因素，針對(duì)不同的影響因素提出了城市軌道交通列車車輛節(jié)能策略，為城市軌道交通運(yùn)營企業(yè)開展節(jié)能工作提供了借鑒。

城市軌道交通；列車車輛；節(jié)能策略

1 引言

據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年國內(nèi)有北京、廣州、深圳、重慶、武漢、天津、成都、寧波、蘇州、鄭州、西安、長(zhǎng)沙、青島、東莞、福州、南寧、合肥17座城市軌道交通新增27條運(yùn)營線路，合計(jì)里程為554.00公里，車站370座，總投資額為3222.30億元。而從路網(wǎng)整體看，國內(nèi)所有城市的軌道交通網(wǎng)絡(luò)都是虧損的。對(duì)城市軌道交通運(yùn)營企業(yè)而言，想要達(dá)到盈虧平衡進(jìn)而有盈利，其收入除政府補(bǔ)貼、傳統(tǒng)票務(wù)、廣告、通信、商鋪?zhàn)赓U、地產(chǎn)開發(fā)等多元化業(yè)務(wù)之外，城市軌道交通運(yùn)營企業(yè)本身相關(guān)的節(jié)能策略應(yīng)用也是其降低運(yùn)營成本，實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)的重要來源。本文將在城市軌道交通列車車輛節(jié)能策略方面做深入研究。

2 城市軌道交通列車車輛能源消耗分析

城市軌道交通列車車輛的能源消耗涉及諸多因素，具體的有：車輛類型、列車編組、列車重量、列車的牽引制動(dòng)性能、列車的操縱方式、線路坡道、曲線半徑及站間距設(shè)計(jì)等，通過改變相關(guān)的因素，可以實(shí)現(xiàn)列車車輛節(jié)能的目的。

3 城市軌道交通列車車輛節(jié)能策略

3.1 車輛類型

由于城市軌道交通的特殊性，車輛類型在線路開通運(yùn)營之時(shí)就已確定，而一般的城市軌道交通車輛使用年限是30～40年，因此在車輛使用年限內(nèi)一條線路的車輛類型是固定的，而車輛上的絕大多數(shù)設(shè)備也是相對(duì)穩(wěn)定不變的。對(duì)于車輛上的多數(shù)設(shè)備一般情況下在使用過程中是不能改造的，而在車輛相關(guān)設(shè)備節(jié)能方面的策略有：

(1)列車客室照明熒光燈改為L(zhǎng)ED燈管

熒光燈含有重污染的金屬物質(zhì)，使得報(bào)廢的熒光燈管對(duì)環(huán)境的污染十分嚴(yán)重，同時(shí)也存在功率高、消耗量大、壽命短、維護(hù)量大等諸多缺點(diǎn)，而LED燈管采用發(fā)光二極管作為光源，功率低、功效高、壽命長(zhǎng)、更節(jié)能。

(2)列車客室空調(diào)定頻改為變頻

由于供電頻率不能改變，定頻空調(diào)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速基本不變，依靠不斷的開、停壓縮機(jī)來調(diào)節(jié)列車客室的溫度，很容易造成列車客室的溫度忽冷忽熱，并消耗較多的電能。相比較而言，變頻空調(diào)的變頻器改變壓縮機(jī)的供電頻率，調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，依靠壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速快慢達(dá)到控制列車客室溫度的目的，其優(yōu)點(diǎn)是室溫波動(dòng)小、電能消耗少。

(3)傳統(tǒng)繼電器控制改成PLC集中控制

傳統(tǒng)線圈式的繼電器，存在能耗大、損壞率高、體積大、接線復(fù)雜、附件多、改造復(fù)雜等諸多缺點(diǎn)，而PLC集中控制改造起來就會(huì)相對(duì)簡(jiǎn)單，只需要改編程邏輯圖就可以改變它的控制方式，不僅可以將風(fēng)險(xiǎn)降到最低，還能降低人工改造量和投入的成本，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

3.2 列車編組

由于列車編組數(shù)量越大，所需的牽引力也越大，相應(yīng)的其能耗也就越高。因此在列車編組方面的節(jié)能策略是：根據(jù)城市軌道交通工作日、節(jié)假日等不同的高峰小時(shí)最大斷面客流量及列車運(yùn)行圖，制定滿足客流量需求的列車編組數(shù)量動(dòng)態(tài)變化方案，減少大編組列車在滿載率不高時(shí)的空駛，提高能源利用率。

3.3 列車重量

列車自重直接影響列車牽引系統(tǒng)的所需電量，越重的列車在同樣的牽引系統(tǒng)情況下所消耗的電量越多。故在列車重量方面的節(jié)能策略是：在新車采購中實(shí)現(xiàn)車輛輕量化，車輛輕量化中最為關(guān)鍵的是車體的輕量化，因?yàn)檐圀w在車輛重量中所占的比重最大，大約占到四分之一，采用輕量化材料是降低車體重量的關(guān)鍵。除此之外，車體型材間的連接方式、內(nèi)裝材料的選擇對(duì)車體重量產(chǎn)生很大的影響。因此，城市軌道交通運(yùn)營企業(yè)在新車采購時(shí)，應(yīng)逐步研究在保證列車安全及各項(xiàng)主要性能的前提下，如何降低并控制列車自重從而達(dá)到減少列車牽引用電的目的。

3.4 列車的牽引制動(dòng)性能

列車在運(yùn)行過程中，主要有牽引加速、惰行、制動(dòng)工況組成。在列車牽引制動(dòng)性能方面的節(jié)能策略有：

(1)根據(jù)線路實(shí)際情況，增加惰性工況

通過綜合考慮列車分別處于各個(gè)不同工況下從電網(wǎng)取電的不同，在設(shè)計(jì)列車運(yùn)行曲線時(shí)充分考慮列車處于不同時(shí)段、列車間隔的需求，采用高峰和非高峰時(shí)段區(qū)別對(duì)待，在非高峰時(shí)段增加惰行工況，達(dá)到節(jié)能的效果。

(2)列車制動(dòng)能量再利用

城市軌道交通列車目前主要有三種制動(dòng)方式，即反饋制動(dòng)、電子制動(dòng)、氣制動(dòng)。研究表明，列車的制動(dòng)能量很大一部分都是消耗在了電子制動(dòng)上，而將電子制動(dòng)能量通過有效的回收再利用是列車節(jié)能問題上的一項(xiàng)重要舉措。

3.5 列車的操縱方式

列車的操縱方式對(duì)能耗有較大的影響。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，人工駕駛模式下的牽引能耗普遍高于ATO模式下的牽引能耗。因此，列車操縱方式上的節(jié)能策略是：應(yīng)盡量采用列車自動(dòng)控制節(jié)能，電動(dòng)客車采用微機(jī)控制自動(dòng)駕駛。在信號(hào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)[1]，根據(jù)線路的坡道、曲線半徑、站間距及列車載重等情況，設(shè)計(jì)列車自動(dòng)駕駛曲線，自動(dòng)調(diào)整行駛速度，控制隨行點(diǎn)使電動(dòng)客車長(zhǎng)期處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，以便減少電能消耗，達(dá)到更進(jìn)一步節(jié)能的目的。

3.6 線路坡道、曲線半徑和站間距設(shè)計(jì)

在城市軌道交通線路設(shè)計(jì)規(guī)劃階段，應(yīng)綜合考慮線路投入運(yùn)營后的能耗問題。線路坡道、曲線半徑和站間距設(shè)計(jì)方面的節(jié)能策略是：在土建條件允許的條件下，在坡道設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量采用節(jié)能坡設(shè)計(jì)理念[2]，在線路彎道處應(yīng)盡量采用曲線半徑大于300米，在非中心城區(qū)的站間距應(yīng)大于1400米。

4 結(jié)束語

在城市軌道交通日益發(fā)展成熟的今天，我們應(yīng)該看到綠色節(jié)能的目標(biāo)任重而道遠(yuǎn)，在節(jié)能的同時(shí)還應(yīng)處理好與環(huán)保的關(guān)系。在城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)越來越發(fā)達(dá)的時(shí)候，軌道交通運(yùn)營企業(yè)應(yīng)該更加深入深化節(jié)能設(shè)計(jì)改進(jìn)及創(chuàng)新[3]，實(shí)現(xiàn)技術(shù)節(jié)能，同時(shí)，加強(qiáng)節(jié)能管理，落實(shí)管理節(jié)能措施，充分發(fā)揮軌道交通大運(yùn)量、高速度、準(zhǔn)時(shí)、安全、節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)城市軌道交通可持續(xù)發(fā)展。

[1]宋敏華.城市軌道交通節(jié)能技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì),2009(1):15～19.

[2]李倬，李熙，柏赟.地鐵列車牽引節(jié)能方法與管理研究[J].綜合運(yùn)輸，2015,37(1):69～72.

[3]戴華明,李照星,孫寧.城市軌道交通的節(jié)能低碳發(fā)展[J].設(shè)備監(jiān)理,2014(2):8～12.