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城市轨道交通节能技术有哪些?

城市轨道交通的节能减排工作是十分重要。虽然按同等运能比较,轨道交通能耗比其他形式交通方式小,但由于其大运量的特点,使得总耗电量相当大,是耗能大户,仍有节能潜力。

在轨道交通运营过程中主要消耗电能,基本不消耗其它形式的能源。耗电可以将其归结为车辆运行的牵引耗电和其它设备耗电两大类,而新建的城市轨道交通工程除上述耗电内容外,还需增加车站空调和车辆空调等耗电。

城市轨道交通现已采用的主要节能降耗措施

01

线路选线与运营组织重视节能

线路节能设计主要考虑尽可能优化曲线半径,以减少车辆行驶过程中因曲线阻力大而增加电耗;优化线路节能坡,设置合理的进出站坡度,使列车进站时上坡,将动能转化为势能,列车出站时下坡,再将势能转化为动能,这样有利于减少牵引能耗;线路纵坡设计还综合考虑泵站位置等设备布置,以达到优化、合理、经济、节约能源的目的。
确定全线的总体运营规模、合理确定利车编组、合理设置运营交路、合理安排列车运营对数等技术措施,将有效降低人车公里能耗。

02

车辆节能

选用调频调压控制的交流牵引系统。该系统通过变频调速避免了列车调速时由附加电阻消耗掉大量的电能,也不会因附加电阻的发热提高隧道内的温度而要求增加通风量和制冷电能。该系统能有效利用再生制动,利用车辆行车密度大、不同车辆同时处于不同牵引、制动工况的概率较高的特点,可较多地回收车辆制动能量。理论上可回收25%左右。选用轻体车辆。车辆采用不锈钢车体,车辆自重比普通铸钢车体约减少3t,用等能量比较的方法推算,每辆车可节约运送50位乘客所需的能量。随着车体自重的减轻,相应能减轻轮轨磨耗,减少维修量等附加节能效果。
采用列车自动控制节能。电动客车采用微机控制自动驾驶。在信号系统设计时,根据线路的坡道、弯道及列车载重等情况,设计自动驾驶ATO曲线,自动调整行驶速度,控制随行点使电动客车永远处于最佳运行状态,以便减少电耗,达到更进一步节能的目的。

03

供电系统节能

牵引供电系统节能设计。合理设置中压供电网络接线形式,既减少系统电缆的长度,也可以减少开关设备数量,降低设备损耗和线路损耗,达到节能的效果。合理设置各种类型变电所。牵引网采用导电率较高的钢铝复合接触轨,牵引网电能损失较少,减少变电所的空载能耗。牵引变电所预留设置车辆再生储能设备安装条件,如果每座变电所均设置该设备,每年可降低牵引用电量约5%左右。选用环保节能设备,如配电变压器选用非晶合金变压器,虽然一次投资有所增加,但是长期运行与普通变压器相比,可节约相当电能。
动力照明系统节能设计。动力照明配电设计按照负荷分级供电的原则进行,对各种负荷,按其重要程度分为一、二、三级。减化了供电系统,节约配电设备。采用集中无功自动补偿和和分散无功补偿措施,提高功率因数,降低线路损耗。在照明产品的选择上,选择高效、节能的光源、灯具。选用先进节能的电机电器设备,电扶梯及大型风机、水泵等采用变频控制,节约设备用电。从运营管理上,当车站高峰过后,可以关闭部分公共照明设备,变频电梯低速运行。

04

通风空调系统节能

系统形式节能设计。根据地区的气候环境条件及对通风空调系统方案的比选,城市轨道交通通风空调系统形式。尽量利用列车活塞效应,从而采用自然通风方式,节省风机的能耗。
风机变频控制。通风空调系统的设备一般按远期高峰小时运行情况进行配置,而系统负荷随列车的对数、客流的变化而变化。在运行初期、近期客流及行车对数远没有达到设计水平,因此设备容量有较大的富裕量;同样在非高峰时段的系统负荷较高峰时段也有较大的差距,也存在设备容量富裕的问题。
表冷器开启降低能耗。该设备设计为门式,两侧设轴,可以在通风季节电控延轴开启,降低系统的通风阻力和能耗。根据实测结果,8万m3/h的组合式空调机组,表冷器打开前的风机功率为50kw,打开后风机功率降为36.8kW。通过表冷器开启,在通风季节能耗可以降低28%左右。对于通风季节长的城市来说,节能意义非常重大。
采用节能运行模式。由于城市轨道交通内部的发热量大,具有全年热负荷的特性,通风空调系统的设计应充分利用非空调季节室外的天然冷源对城市轨道交通内部进行冷却,尽量减少空调系统的运行时间,节约能耗。
其它节能措施。车站的各风机及空调机组,根据环境的变化自动启动或停止设备,减少不必要的能耗。采用有效的空调风管、冷媒管等保温措施,减少冷量运输能耗。选用合理的室内温湿度标准,尽量取用温湿度的上限值,以减少空调冷负荷,降低制冷能耗。详细计算空调负荷及管路水力计算,选用合适的设备容量以避免浪费。

05

设备监控系统节能

采用综合监控系统对全线各车站内的变电所系统设备、通风空调系统设备、给排水系统设备、电梯系统设备、低压照明系统设备进行综合性的监控与调度管理。可以对全线的变电所系统的基础设备进行集中管理;根据不同季节、各车站不同的客流情况、室内外的环境情况,做到合理送排风(空调),使空调得到有效的利用;通过综合监控系统程序的合理设计、运营调度人员的合理组织可以减少能耗损失。

06

给排水系统

最大限度地利用市政自来水供水压力,采用生产生活用水由市政自来水直接供水,消防给水系统平常运行时尽量市政自来水稳压。选用行之有效的新技术、新工艺、新材料和新设备,以提高供水的安全可靠性,降低能耗和水损。车辆段应最大限度地利用市政自来水供水压力,给水加压采用变频供水设备或无负压供水设备,职工浴室热源可采用太阳能热水器。车辆冲洗和检修废水经处理、消毒后再回用于洗车或冲洗零部件,既节约用水,又保护环境,完全符合国家节能环保政策。建立中水处理和回用系统,并考虑雨水利用,以最大限度地节约水资源,进而减少环境污染。在有条件收集、处理和利用雨水时,应尽量利用雨水。

07

自动扶梯

采用具有变频调速功能的公共交通重载荷型自动扶梯,其特点是当扶梯空驶一段时间后,会自动将运行速度由0.65m/s切换到0.13m/s的节能运行速度。当有人乘坐扶梯时,通过其部传感器感知到有乘客后,其内部变频器将控制扶梯速度由0.13m/s平稳过渡到0.65m/s的正常运行速度,保证及时将乘车送至目的地。

08

车站综合UPS电源系统

均需要设置UPS电源,新建城市轨道交通线路的弱电系统如通信、信号、综合监控、AFC等,设置综合UPS电源系统,对各设备系统的UPS电源进行技术整合设置。这种方式符合系统集成的发展趋势,并具有实现资源共享,减少UPS电源设备的重复设置的节能效果。

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