地铁电气节能设计的改进与创新.doc

地铁电气节能设计改善与创新
地铁电气节能设计改善与创新

　　【摘要】目前国际国内在设计建设地铁线时已将节能纳入重要考量环节，以适应当今社会节能低碳环境保护主流。地铁节能关键在于电气节能，而电气节能主线在于电气设备系统统一设计和协调规划。多重节能措施并举，最终统一于管理节能，通过对节能数据分析整顿，从中找到各用能环节真正问题和有效节能途径，是实现地铁电气节能突破口与创新点所在。

　　【关键词】地铁节能；节能设计；管理节能
　　[Abstract] the current international and domestic in the design and construction of subway has energy conservation into consideration important link, in order to adapt to today's society energy-saving low carbon environmental mainstream. The key lies in the subway energy saving electrical energy, and the fundamental electrical energy saving of the electrical equipment system of unified design and planning. Simultaneously multiple energy-saving measures, finally unified in management of energy conservation, through analyzing the energy saving data, find the real problems can link and effective way of energy saving, is a breakthrough and innovation of electrical energy-saving in subway.
　　[keyword] subway energy-saving; energy-saving design; energy-saving management

　　中图分类号：TU201.5文献标识码：A 文章编号：2095-2104（）

　　尽管我们不停强调地铁电气节能降耗，但目前国内地铁在电气节能方面所采用种种措施成果明显。对比国际地铁协会记录26家重要地铁运行企业能耗数据，北京地铁平均每名乘客每公里总能耗最低，仅耗电0.046千瓦时。列车每公里平均牵引能耗同样最低，只消耗1.764千瓦时。按照同等运力比较，轨道交通能耗只相称于小汽车1/9，公交车1/2。尽管如此，在能源日益紧张格局下，寻找电气节能设计上改善和创新仍然是当今地铁设计关键所在。

　　一、地铁电气节能设计现实状况分析
　　能源消耗总量过大是地铁运行所面临棘手问题之一，这一问题直接影响到地铁运行成本，实现地铁电气节能设计改善与创新，意义重大。据记录，地铁电气消耗由高到低排序如下：列车牵引供电耗能（45%―50%），空调及通风系统（25%―35%），电梯扶梯（10%―14%），而照明及其他能耗约占10%。从中不难看出，机车牵引是地铁系统中用电大户，和通风空调系统分别占到轨道交通系统总能耗二分之一和三分之一。因此在这两项上节能潜力也相对最大。打造绿色地铁，是地铁参与轨道交通及都市交通运行一张新名片，也是基于改善交通运送条件、增进都市协同发展、以人为本理念体现。目前，规划和正在建设地铁线，已经综合考虑节能降耗措施，从机车、空调、供电、照明、扶梯等各系统设备采用了有关节能措施。

　　二、地铁电气节能设计改善与创新方略
　　（一）做好节能坡设计改善
　　所谓地铁节能坡，即在列车运行区间设计合适角度缓坡。当列车进站时上坡，从而到达减速目，这样一来对列车制动系统也有极好保护作用。当列车出站时，通过下坡启动加速，进而保护列车牵引系统。这些在区间线路上精心设计纵坡，恰好使列车出站下坡、进站上坡，从而巧妙运用自然加速和减速到达节能目，最终到达节省牵引过程耗电目。这一看似微小设计变化，对节能及机车保护有着双重功能，势必将成为站台节能设计风向标。据北京市轨道交通建设管理企业消息，地铁节能缓坡广泛应用在地铁9号线线路设计中。目前一共设计有22个节能坡，占到全线总里程46%。
　　地铁节能坡概念从引入到设计再到实行时间较短，因此设计措施和模型上不健全。哈尔滨工业大学有关学者曾刊登文章，基于机车动力和制动系统，建立了地铁节能缓坡理论模型和计算措施。该模型将这个过程分为五个阶段：加速阶段、下坡节能、惰行、上坡节能以及制动。并通过动能和势能变化计算了缓坡长度，作者认为节能缓坡长度约为228米到330米。
　　（二）处理好能量回收中细节问题
　　高速行驶列车一般采用电制动与空气制动相结合模式，部分新型列车则重要依托电制动（如北京地铁九号线）。在电制动过程中，根据能量转化和守恒原理，制动高速行驶、具有较大动能机车，势必消耗诸多电能。在此过程中，机车消耗电能用以制动同步，自身所具有动能也被白白挥霍。假如我们可以将后者所提及动能转化并回收，即回收刹车能量，从一定程度上也能到达节能降耗目。其原理是当机车进站或紧急制动时，牵引电机将随之进入发电状态，将刹车产生能量回传到电网。这部分能量通过逆变回馈装置输送电网系统后提供应机车，或者与车站机电设备协调使用。据测算，9号线列车牵引供电整体节电5%以上。
　　不过制动能量回收也存在着某些问题。如老地铁线中，电网建设系统化不够，回传到电网这部分能量往往只能提供应附近机车所使用。然而，在列车行驶车隔大等状况下，这部分回收能量不能被其他机车所吸取，并且这部分电能并不能直接并入总电网供地铁线其他用电设施所使用，最终仍然被挥霍。
　　（三）加大对节能设备改善及新能源运用
　　国内各新建地铁线都很重视节能工作，从空调、供电、照明、扶梯等各系统设备采用了新型节能产品。再如北京地铁九号线在站台、站厅、出入口公共区照明选用T5系列荧光灯，同样照度前提下，节省照明用电20%以上。空调通风系统在地铁运行中能耗仅次于列车牵引。北京地铁九号线六里桥东站初次采用直接蒸发式空调系统。该系统是把制冷剂通过直接蒸发方式输送到空调末端对空气降温除湿，以此省去空调冷冻水循环系统。该制冷系统将节省四分之一以上能耗。
　　与老式交通工具相比，地铁使用相对清洁电能作为动力源，然而电能使用目前也间接地、较大程度依赖着化石燃料。太阳每秒辐射到地球能量则为499,400,00,000焦，它作为一种新兴可再生能源，越来越受到各个国家关注。北京地铁九号线所采用热水系统为承压式二次换热系统。该系统高效，节能，安全稳定。在郭公庄车辆段，太阳能应用处理了集中热水系统能源消耗，部分车站出入口广场也选用太阳能照明系统，白天蓄能，夜间为广场提供照明。北京地铁十四号线终点站则运用其高架优势，在车站屋顶设计、安装了太阳能板发电。整个屋顶共安装有近1000块太阳能板，面积达2500平米。通过太阳能板所产生电可供应车站内空调、扶梯以及照明等设备用电。这是全国地铁建设中初次将太阳能板用在地铁站建设中。
　　不过目前太阳能运用还不是很普及，运用太阳能发电还存在成本高、转换效率低问题。这是限制新能源在地铁系统广泛运用重要问题。然而伴随地球能源日益紧张现实状况，太阳能灯清洁能源在未来必将成为地铁系统供电主力之一。
　　（四）实现管理节能机制优化和创新
　　通过对能源消耗进行精确监测和科学分析，从而采用对应管理措施和技术措施、从而到达节能目而进行工作叫做管理节能。节能管理规定定量化、原则化和手段多样化。在地铁电气节能中，管理节能概念提出是基于目前诸多地铁运行单位常在节能监管中职能缺失，地铁运行单位对地铁设备运行和节能效果缺乏有效记录和管理，详细表目前难以提供完整分项电耗登记表和用电分析资料。因此统一、全面能源管理系统建设便迫在眉睫。能源管理系统基于计算机网络技术，集监测、控制、分析等功能于一体，全面发挥发挥其协调能力，合理调度，科学分派，实时监测，最终为地铁深入实行节能降耗目给出科学参照。能源管理系统构造设置为“一种中心，多级联动”，一种中心即中央级能源管理系统，负责整合各下级能源管理系统监督、数据整合及分析功能。而基于各车站下一级能源管理系统则详细负责各个能源消耗点统一管理、能源分派、数据采集、故障报警等功能。这些数据最终将通过地铁骨干网上传到中央能源管理系统整合处理。这种系统设计意义在于统一协调，优化管理。通过对各项节能数据整合，进而优化既有电气节能设计。

　　三、结论
　　总之，如上所述诸多节能措施最终将贯彻到定量描述能耗详细状况，及归结于管理节能，这也是是地铁节能工作重要基础和最重要创新点，以此防止某些名为节能措施而实际效果不明显，却需要大量增长投资行为。通过对节能数据分析整顿，从中找到各用能环节真正问题和有效节能途径。

　　参照文献：
　　[1] Hui Zhi Xu, Guo Zhu Cheng, Chong Wu. Study on the Design Method of Energy-Saving Slope in Subway [J]. Applied Mechanics and Material，(204-208).
　　[2] 孙钧. 面向低碳经济都市地下空间/轨交地铁节能减排与环境保护问题[C]. 地下交通工程与工程安全――第五届中国国际隧道工程研讨会文集，.
　　[3] 刘冬. 地铁节能管理体系研究[J]. 科技信息，(34).

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