盧浩然

【摘要】隨著國內經濟高速發(fā)展及城市化進程不斷推進，城市軌道交通逐漸取代了以公交車為主的地面交通，地鐵成為了人們出行的主要方式，占據(jù)城市的交通主導地位。地鐵系統(tǒng)中最重要的組成部分之一就是環(huán)境控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)具備長時間運行和高能耗的特點。當前，全球能源問題日益凸顯，國內能源緊張，形勢嚴峻，在此背景下，優(yōu)化地鐵環(huán)控系統(tǒng)，節(jié)能降耗，降低地鐵運營成本對節(jié)約能源資源意義重大。本文以地鐵運營和建設情況為切入點，分析了地鐵主要能耗因素，并據(jù)此提出節(jié)約能耗的相關措施，促進地鐵運營節(jié)能減排。

【關鍵詞】地鐵;供電系統(tǒng);節(jié)能降耗;技術

隨著國內經濟不斷發(fā)展，城市軌道交通建設步伐不斷加快，逐漸成為大型城市形象建設的重要工程之一。城市軌道交通是城市發(fā)展重要基礎設施，對減少人們出行時間、為群眾提供良好運輸環(huán)境的意義重大。地鐵的運營依靠供電系統(tǒng)提供電能，因此城市地鐵供電系統(tǒng)的建設極為重要[1]。地鐵通常會配備兩個低壓配電系統(tǒng)，包括環(huán)控配電部分以及低壓部分。環(huán)控配電控制系統(tǒng)主要控制空調通風設備，低壓部分控制設備主要包含信號設備、照明設備與綜合監(jiān)控設備等。地鐵供電系統(tǒng)涉及設備眾多，故加強地鐵供電系統(tǒng)節(jié)能降耗對實現(xiàn)地鐵運營可持續(xù)化發(fā)展有重大意義，筆者現(xiàn)結合相關文獻及工作經驗，對地鐵供電系統(tǒng)節(jié)能降耗措施的分析作以下綜述。

1 實現(xiàn)地鐵供電系統(tǒng)供電系統(tǒng)節(jié)能降耗的重要性

地鐵低壓供電系統(tǒng)主要采取400V供配電系統(tǒng)，以用電性質為劃分依據(jù)，可將其簡單劃分為兩個部分，一是動力照明系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由降壓變電所構成。二是牽引供電系統(tǒng)，其主要由牽引變電所構成[2]。降壓變電所為地鐵照明和動力提供電力來源，牽引變電所為地鐵列車提供電能，兩個系統(tǒng)的劃分界限就是400V開關柜。隨著國內經濟、科技的不斷發(fā)展，大城市地鐵基礎建設規(guī)模不斷增大，占城市電能消耗的比重也不斷上升。同公交等地面交通不同的是，地鐵的運行完全依賴于電力系統(tǒng)，研究地鐵供電系統(tǒng)節(jié)能降耗技術對建設環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展社會有重要意義，這主要體現(xiàn)在：①經濟效益：在市場經濟體制下，地鐵建設、運營以及維護成本高，減少供電系統(tǒng)電能消耗，能夠節(jié)約地鐵運營成本，提升企業(yè)經濟效益，增強運營企業(yè)市場競爭力。②環(huán)境效益。國內電力生產依靠火力發(fā)電，增加煤炭、石油等不可再生資源的用量，破壞自然生態(tài)。實現(xiàn)地鐵供電系統(tǒng)節(jié)能降耗，能夠減少資源消耗，對保護自然生態(tài)有重要意義。③社會效益。地鐵供電系統(tǒng)有賴于城市電力系統(tǒng)的支持，降低地鐵的電能消耗，能夠節(jié)約社會資源，為城市其他公共建設服務，避免電力供應不足[3]。

2地鐵供電系統(tǒng)能耗分析

2.1 低壓配電系統(tǒng)在地鐵運營過程中產生的電能消耗

低壓配電系統(tǒng)主要由動力照明配電線路和降壓變電所組成，為車輛段、車站、照明、辦公、電扶梯、水泵以及風機空調等信號、自動化以及通信設備提供電源。低壓配電能耗主要組成部分有：①地鐵門梯系統(tǒng)能量消耗，如雜物梯、客梯、貨梯、自動扶梯等設備，這些設備在地鐵運行期間隨時保持啟動狀態(tài)，消耗大量電能。②通風制冷、給排水系統(tǒng)，如冷水機組、消防水泵、污水泵、風機等。③照明系統(tǒng)：地鐵站基本設置在地下，在站臺、站廳、設備房、隧道區(qū)間、辦公區(qū)等均需設置照明設備，能量消耗極大[4]。④其他，包括自動售檢票、地鐵信號、綜合自動化等系統(tǒng)，盡管這些系統(tǒng)屬于弱電設備，但為保障各個系統(tǒng)穩(wěn)定運行，需要24h不間斷供電，對弱電設備的儲蓄電池進行充電。地鐵中弱電設備眾多，集中用電仍然消耗較多電能。此外，辦公用電、物業(yè)開發(fā)用電等也是地鐵電能消耗的重要組成部分，辦公用電包括車站辦公環(huán)境中的辦公設備、照明設備及電梯設備等。商業(yè)電能消耗如商鋪開發(fā)、物業(yè)開發(fā)、地鐵商業(yè)建設施工等用電[5]。

3 地鐵供電系統(tǒng)節(jié)能降耗措施

3.1 結合地區(qū)氣候特點，控制通風空調啟動用量

通風空調系統(tǒng)是地鐵電力消耗的重要構成部分，通風設備、排氣系統(tǒng)需長期連續(xù)性運轉。地鐵空間相對封閉，客流量較大，必須通過空調與通風系統(tǒng)來保持氣流運動和調節(jié)溫度，確保舒適度。對于通風空調設備的節(jié)能降耗措施可從以下方面入手：春季和秋季兩個季節(jié)的天氣相對涼爽，日間與晚間溫差不大，可以降低通風空調啟動量，一般啟動1/3～2/3的空調數(shù)量即可，節(jié)約電能消耗。地面站臺則可用自然通風，啟動小系統(tǒng)確保設備房通風即可。冬季氣溫低，地下站臺可僅開啟通風功能，夏季溫度高，可在空調系統(tǒng)中安裝自動溫控啟動裝置，根據(jù)氣溫決定空調開啟數(shù)量。

3.2控制照明

對于室外區(qū)域，如車輛段、車站室外廣場、停車場、高架區(qū)間等，投入使用太陽能照明設備，日常照明開啟太陽能燈即可，滿足室外照明，降低照明能耗。對于地下和室內照明區(qū)域，可以在站臺、站廳以及站口等照明設備中安裝光照控制器，控制照明燈啟停;由于不同區(qū)域客流量不同，可根據(jù)客流量合理調節(jié)照明設備的啟動和停止，夜間停運后自動關閉大部分照明設備，減少能耗。在設備房、辦公房以及巡視通道等照明不常用區(qū)域，可安裝聲控開關，實現(xiàn)聲控啟停照明設備。在非運營時段，將車站指示類照明設備全部關閉。

3.3充分利用變頻技術

風機系統(tǒng)、電扶梯等是地鐵運營中電能消耗較大的系統(tǒng)，均需長時間不間斷地運行。采用變頻電扶梯，進行分時段管理，在高峰期采取高頻率運轉，其余客流量較少的時刻，采取低頻率運轉。當無人乘坐電梯時，供電頻率設置為最低，既能確?？土魍ㄐ许槙?，又能實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保。此外，以變頻通風空調系統(tǒng)取代傳統(tǒng)風機風量的控制功能，可以極大降低電能消耗[6]。

3.4 牽引動力系統(tǒng)節(jié)能措施

牽引變流系統(tǒng)和復變流系統(tǒng)是整個車輛能量轉換的重要構成，節(jié)能降耗可以從這兩大系統(tǒng)入手。近年來碳化硅功率器件逐漸投入市場，其具備耐高壓、工作頻率高、耐高溫等特點，能夠提升車輛牽引變流器、輔助變流器的效率，實現(xiàn)減輕整車質量與節(jié)能的目的，因此在變流器設計中可采取碳化硅功率器件。另外，永磁同步牽引傳動技術近年來在國內外受到了廣泛關注，其具有過載能力強、效率高、功率因數(shù)高以及噪聲低等特點，若在軌道牽引傳動系統(tǒng)中加入永磁同步電機，能降低電機自身發(fā)熱，尤其是降低轉子發(fā)熱量，因此能依據(jù)系統(tǒng)需求，實現(xiàn)全封閉設計，減少了清掃維護工作的同時，降低了噪聲，相關研究報道，采用永磁同步牽引系統(tǒng)的列車每年節(jié)省電能可達14萬KW·h。

結語

地鐵是人們出行的重要交通工具，對城市形象建設有重要意義。隨著地鐵基礎建設規(guī)模擴大，地鐵能源消耗問題引起了相關部門和人員的重視，地鐵供電系統(tǒng)中應用節(jié)能降耗技術對城市地鐵運行系統(tǒng)的穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展有重要意義。因此，需要從多方面入手，利用現(xiàn)代化技術，提升地鐵設備運行效率，實現(xiàn)節(jié)能減排。

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