地鐵供電系統節能降耗技術應用的探討

李瑞梅 吳煉

摘要：節約能源在國民經濟發展中有著重要的戰略地位。因此，在社會主義建設中，必須積極堅持“能源節約與開發創新能源并舉，一定要積極把節約能源放在首位”的指導思想。城市軌道交通是一種綠色的交通工具，由于城市軌道交通，它自身具有高效快捷、緩堵保暢、生態環保舒適的優越特性，因此深受市民的歡迎與期待，近年來，各大城市掀起軌道交通的建設高潮。城市軌道交通替代了傳統的出行方式，可大規模減少公交、小汽車等地面交通的開行數量，據統計，相同運量下建設城市軌道交通節能率可達60%以上，對于所在城市節能目標的實現具有重大意義。

關鍵詞：地鐵;供電系統;節能降耗技術;應用

引言

自改革開放以來，我國地鐵建設發展迅猛，充分帶動了地下空間資源的優化利用與地鐵沿線經濟的快速發展。地鐵具有安全舒適、快速準點、規模范圍較大等優點，能夠綜合高效地解決城市用地緊張、環境污染、交通流量大等現代城市交通普遍存在的問題。地鐵車站作為連接城市交通樞紐、旅游景點、經濟商圈和居民住宅的節點，已成為城市居民和游客出行必經的場所，其中，以通勤需求尤為突出。所以，為了持續提高地鐵車站的質量，做好地鐵設計工作十分重要。

1城市軌道交通能耗特征

城市軌道交通工程在運行中需要大量的設備系統，其中有部分設備是城市軌道交通必不可少的（如車輛、供電、信號、通信等），但也有部分主要是為了方便旅客，以更好地服務乘客為目的（如扶梯/電梯、通風空調、照明等），而這些設施往往是能耗較大的設備，特別是通風空調系統。軌道交通系統能源消費品種主要為電能，約占工程總能耗的95%。其中牽引用電量的占比較大，約為60%以上，其次為通風空調和照明耗電，約占總用電量的30%左右。故在城市軌道交通設計工作中必須從主要耗能工序出發，考慮如何盡量減少這些系統設備的能耗。在滿足城市運營需要的基礎上，合理地確定服務水平，將節能的總要求貫徹在設計的全過程;同時對設備系統運營模式提出合理的運營方案，對今后的城市軌道交通節能運營節能具有重大意義。

2城軌列車能耗分析

城軌交通系統的總能耗可以分為以下兩部分：列車運行能耗和站內運營能耗。站內運營能耗包括站內照明、空調器及電梯等能耗，由于本文主要考慮列車能耗，因此這部分能耗不予考慮。由于列車用于空調器、照明系統等輔助系統能耗值較為固定且占整車能耗的比值較小，本文也不考慮列車輔助能耗，而主要考慮列車運行過程中的牽引能耗。不同的線路條件下，列車所需提供的牽引力或者制動力不同。因此，考慮列車能耗時不僅要考慮列車牽引能耗，還要考慮線路條件這一因素。具體的能耗構成如圖1所示。

3地鐵供電系統節能降耗技術應用的探討

3.1牽引系統節能設計

在城市軌道交通用電系統中，列車牽引耗能占較大比重，其耗能受方案設計的影響較大。牽引用電節能設計優化主要體現在以下幾個方面：（1）科學的交通線路設計，可以降低牽引損耗，或盡可能降低坡道的相對高度。（2）行車交路需要從多個角度進行方案對比，例如，交路長度、配線路徑、客流量以及運營等，在確保客流量滿足需求的情況下，分時段設計行車交路和列車對數，提高列車載客量，減少跑空車的次數，在空車和乘客量少時，適當減少牽引用電量。（3）合理選擇牽引供電方式。牽引網供電方式普遍采用自耦變壓器供電方式，即AT供電方式。對節能角度而言，AT供電方式牽引網阻抗較TRNF供電方式相比有明顯優勢。因此采用AT供電方式可大幅度降低牽引網能源損耗。此外AT供電方式供電能力也更強一些，適合于需經常停啟的城市軌道交通。（4）借助模擬仿真技術進行科學計算，合理規劃需要設置牽引變電所的車站，合理地選取牽引變壓器容量。

3.2城市地鐵軌道車站設備間余熱回收

城市軌道車站可通過水環熱泵技術，將車站設備間余熱回收并加以利用。城市軌道車站機房內設備常年散熱，國內常規做法是通過新風和排風設備將大量的熱量排出室外。另一方面，城市軌道車站冬季無采暖，運營人員工作環境陰冷潮濕。可設置熱泵機組，將設備間余熱吸收，通過水循環熱交換，由熱風幕排放到站臺或者管理用房。經初步估算，城市軌道系統消耗1kW的電，可以提供高達4.9kW的熱量，能效比很高。該措施為國內城市軌道交通車站通風空調的設計，開拓一條新的研究方向。

3.3使用新能源

利用可再生能源，設置光伏發電系統。在高架車站屋面設置光伏發電面板，在收到采光和遮陽效果的同時，利用光電效應產生電能，電能并入低壓側電網，為車站動力照明系統提供電力。車站屋面通過設置光伏組件并接入組串式逆變器，通過匯流箱匯流后通過電力電纜引到車站附屬設備房400V低壓開關柜室并網柜，并入至車站三級負荷母排開關。常規光伏系統由以下組件組成：①多晶硅雙玻璃光伏組;②光伏逆變器;③交流匯流箱;④并網柜。光伏發電系統向車站交流電網饋送電能的質量（諧波、電壓偏差、電壓波動和閃變電壓不平衡度、功率因數、頻率等）在符合滿足現行國家規范、規定標準的同時，持續為車站提供源源不斷的綠色清潔能源。在城市軌道交通中，太陽能光伏發電技術還可以應用到多個項目中，例如停車場、車輛段和客運中心等場所，達到節能的目的。

3.4節能環保

地鐵車站的節能設計應以滿足地下軌道交通對功能的需求為主，合理確定與車站功能相匹配的空間，盡量避免設置不必要的空間，控制車站主體規模和附屬設施的面積，從而降低車站建設成本。多數地鐵車站完全埋于地下，與外部的冷熱交換相對較弱，能源消耗主要為車站建筑內部照明、空調和通風。設計人員在設計時，應盡可能合理利用空間，減小地下車站的規模和埋深，從而使與之相匹配的機電設備的設計容量和設備數量相應減少，以從總體上控制地下車站照明、空調和通風的能源消耗總量，減少工程投資，同時，為今后運營期間的節能管理創造條件。地鐵站出入口的設計要結合采光、通風和照明需要，在為地下區域帶來光照，有利于空氣流通的同時，應根據出入口的朝向，在保持地鐵全線統一風格的前提下，采用合理的遮陽設施，減少夏季陽光對地下空間的過分熱輻射導致的高溫情況，有效處理負荷增大的負面影響。

3.5城市軌道隧道壁毛細管熱泵系統

城市軌道交通工程可采用隧道壁毛細管熱泵系統為車輛基地建筑供熱，該系統是基于土壤源熱泵的新技術，非常具有項目特色。城市軌道列車在隧道內行駛，產生的熱量通常利用排熱風機排出，青島某城市軌道交通工程作為節能示范，在一段隧道壁的一襯與二襯之間敷設毛細管，吸收隧道內熱量，通過水循環將熱量送至熱泵機組，冬季為采暖建筑供熱。

結束語

目前，城市軌道交通已成為大中型城市的動脈、城市發展的引領、城市公共交通的主導。隨著行業的迅猛發展，以及運營線路數量的快速增加，其運營的經濟壓力也在不斷增大，智能化及可持續發展已成為城市軌道交通發展的必然趨勢。參考文獻

參考文獻

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