地鐵車輛能耗分析及節能優化分析

葉政佳

摘要：本文圍繞著目前地鐵車輛能耗現狀展開分析，并將輔助能耗與牽引經能耗當做研究的基礎，以此探討了地鐵能耗的主要構成以及線路設計。而在線路設計當中涵蓋了節能坡、信號控車、節能供電等多種影響因素，結合其能耗現狀，最終提出了相關的節能優化措施，以此提升整體的地鐵車輛節能優化效果，希望可以為相關人員帶來一些參考。

關鍵詞：地鐵車輛;車輛能耗;節能優化

一、地鐵車輛能耗分析

對于地鐵車輛能耗而言，其構成內容為輔助能耗以及牽引凈能耗，且還有遭受到各種因素的影響，如線路設計，其具體能耗構成內容如圖1所示。

經過計算車輛的實際運營數據，從而得出以下結論，整車能耗中，輔助能耗占據著20%，而牽引凈能耗占據著80%，下面就介紹牽引凈能耗、輔助能耗以及電路設計的相關內容。

（一）牽引凈能耗

如果列車的狀態處于牽引或者是勻速運行時，此時它的接觸網以及第三軌的吸收能力，會直接傳送到牽引變流器當中，這時也可以把其當做牽引能耗。當列車處于制動狀態時，此時的一些能量會反饋到列車接觸網、用電設備或者是第三軌中，這也被稱之為制動再生能量。若單一的查看列車的整體耗能狀況，制動再生能量可以把一些牽引能耗所消除。此外，列車動能變化也與牽引經能耗有著一定聯系。當車輛從零速加速到最高速時，其動能會發生改變，如果列車運行速度處于最高值，那么只有降低車輛重量，才可以使其動能發生改變，以此降低動能變化所導致的牽引能耗。

（二）輔助能耗

對于地鐵車輛而言，其中的輔助能耗屬于低壓負載消耗的能量，這也和牽引能耗存在著一些相同之處，這類能耗很容易被輔助系統當中的各個部件影響。而單一的看待列車的實際運行負載狀況，那么其電能消耗情況也屬于照明能耗、空調能耗較多，且空調能耗占據著整體輔助能耗的90%。對此，若空調不屬于變頻控制，那么也能夠減少地鐵車輛的能耗。

（三）線路設計

地鐵車輛本身就會消耗能源，同時也會受到線路設計的影響，如線路彎道、坡道設計、節能坡設計等等。

第一，設計節能坡。如果列車出站時，會借助下坡的勢能，以此增強列車的整體速度，讓其牽引時間大大減少，起到較好的節能效果。而當車輛進站時，其可以利用上坡阻力，使車輛的速度降低，并減少制動的時間，讓列車能耗大大減少。具體節能坡設計圖如圖2。

第二，信號系統控車方法。當實施此環節工作時，應合理選擇車輛的運行方法，這也直接影響著車輛的能耗情況。例如，信號系統可以利用線路數據、車輛信息以及運行示意圖等，自主完成操作指令的生成，利用自動化策略讓基礎的節能目標得以達成。另外，列車整體的運行耗費時間不變，且此時信號系統可以根據線路運行的區間數據，科學統籌規劃好每一個站的運行時間。

二、地鐵車輛節能優化措施

（一）車輛減重

實現車輛減重，通常會從結構應用、合理設計以及應用輕量化材料處著手。例如，有些列車的材質為齒輪箱，此時便可以應用鋁合金完成鑄鐵的替代。而對于列車風道以及地板而言，可以應用一些輕量化的復合材料。

（二）增強效率

上面文章已經講解到，車輛能耗狀況會遭受到牽引部件質量的影響。下面以同步電機為例，將其與異步電機進行比對，以此完成分析。

永磁電機轉子在材質上屬于永磁體材料，而在運行的過程中，轉子尚未形成電流，和異步電機無轉子勵磁損耗進行比對，它的額定效率更勝一籌，節能效果也十分顯著。

（三）應用與設計新型技術

首先，應用高頻輔助變流器。對于輔助變流器而言，其中的IGBT開關過程，也可以將其當做能耗的過程。換言之，能耗越發顯著，此時輔助變流器的工作效率也會越發低下。而應用軟開關技術展開工作，不僅可以讓PWM變換器的開關損耗大大降低，并提升了變流器的整機效率。并且，若提升了輔助變流器的根本工作效率，這時也會減少變壓器所需要用到的線圈，其體積、重點也會隨之下調，起到較好的減重效果。

第二，變頻空調。變頻空調和定頻空調進行比較，其能夠降低空調的損耗情況，且處于低頻運行狀態時，其能效會顯著提升。對此，應結合地鐵車輛的實際運行狀況來看，冬季和夏季，變頻空調的節能率分別能夠達到40%、25%。除此之外，因為變頻空調在調節范圍上比較廣泛，且穩定控制密度比較高，這也并不會沖擊到SIV。最后，壓縮機的使用期限較長也是變頻空調的優勢，將其應用到地鐵車輛中，具有明顯的作用價值。

第三，應用智能照明。地鐵列車中一定會有照明系統，而為了達到節能的效果，通常會選擇應用智能化照明系統。列車一般會應用節能效果較強的LED光源控制或者是集中照明的手段，將光感傳感器設置其中，從而使其根據外部的環境發生轉變，更好的完成輸出功率的調節，讓大家處于一個良好的乘車環境當中。最后，在車輛中應用智能照明系統，當列車在高架運行時，其節能效果最為顯著。

結束語：

綜上所述，通過分析與描述地鐵車輛能耗的實際情況，可以大致的獲得車輛能耗，并對比每部分能耗的占比情況。并且，在分解能耗的基礎之上，還了解了車輛能耗的根本因素，結合具體的原因，打造出相關的節能優化措施，從而讓節能效果顯著提升。此外，車輛能耗降低，其對于城市軌道交通的發展有著至關重要的作用，只有滿足節能的根本要求，才可以促進地鐵交通的發展。

參考文獻：

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