城市轨道交通节能措施研究

余自强

摘要：目前，我国的轨道交通工程建设有了很大进展，城市轨道交通虽是一种环保的交通方式，但其耗能仍然很大，应持续挖掘和应用节能减排措施，尤其在“双碳”目标要求下。本文首先分析城市轨道交通能耗构成及影响因素，其次探讨城市轨道交通节能措施，为行业节能提供参考和借鉴。

关键词：城市轨道交通;节能;车辆能耗;车站能耗

引言

供电系统对城市轨道交通的运行具有重要作用，在设计供电系统时应具有一定的节能意识。依据接线方式、变压器容量等设定照明系统，并明确补偿方式，以降低供电系统运行时的能耗。城市轨道交通包括大量变配电设备和各种等级的配电线路，据统计，电费约占其运营成本的35%~45%，因此，节能对城市轨道交通运营的可持续发展具有重要作用。

1城市轨道交通能耗构成及影响因素分析

电能消耗是城市轨道交通系统运营过程中能源消耗的主要形式,主要包括列车运行能耗和车站运营能耗两部分。国内外学者在轨道交通能耗影响因素和节能措施方面开展了大量研究。国内对轨道交通能耗的文献多局限于某一个方面,且大多数没有给出对能耗影响的量化分析。采用实验和解析计算相结合的研究方法,运用灰色关联层次分析模型,构建了能耗计算模型,得出了车站能耗和车辆能耗主要影响因素的量化影响因子。车辆能耗和车站能耗构成城市轨道交通的总能耗,二者占比接近,两部分对总能耗的影响比较接近,均需重点关注。城市轨道交通中车辆自重部分在整个车辆质量中所占比例较大,牵引力做功大部分用于克服列车自重。因此列车自重的变化对于城轨轨道交通的列车运行能耗影响显著;从接触网到牵引变流器、牵引电机、齿轮箱,每个环节都因效率因素而损失能量,牵引传动效率对列车运行能耗影响较为显著;辅助变流器为车辆所有中压和低压负载供电,辅助负载的总功率以及辅助变流器的效率对列车的运行能耗影响明显。

2城市轨道交通节能措施

2.1供电系统与设备

1)以交通线路长度和车站位置为设计依据选定牵引变电所位置，同时按设计规范在上、下行之间设置均流线以降低牵引网中的能耗。2)中压环网在满足最低压降的情况下尽量选择线阻小的电缆，接线形式力求简单。3)车站降压变电所尽量选用低损耗变压器，且位置靠近负荷中心以减少能耗。4)采用再生能源逆变装置，将列车制动时的动能转变为电能作为本列车的辅助电源及本供电区间内其它列车的动力照明，在节省能源的同时还减缓了地铁隧道内温度的上升。

2.2设计方面节能减排措施

1)因地制宜，采用合适的曲线半径，减小列车运行阻力；2)按照城市轨道交通车站设计规范，合理布局站点，确定合适的站间距，以降低列车的频繁起动和制动，并充分发挥列车的惰力运行作用，减小列车运行阻力和运行时间，提高乘客的舒适度；3)合理设计区间坡度及坡长，使列车在出站时利用区间的快速下坡将重力势能转化为动能，在消耗较少牵引电能的情况下获得列车运行所需的加速度和目标速度。

2.3车站节能措施

车站的配置要在满足乘客服务要求的条件下强调设备配置的匹配性和经济性。车站设备能耗大约占线路总能耗的50%,车站的自动扶梯、通风空调系统和照明系统是城市轨道交通车站完成其优质服务不能缺少的设施,也是车站内主要的耗电设备,是车站节能的主要方向。风机是空调系统能耗的主要设备,风机能耗的降低可以为空调节能带来显著的成效,因此风机变频车站是节能的重点。通过对照明供电线路科学规划、选择节能灯具和优化照明控制降低照明系统能耗,按照站内人流量与时间段采取对应照明模式,合理调控灯具数量和亮度是车站节能的有效措施。车站电扶梯系统的能耗与系统的结构及设备特性有关,主要通过节能运行模式达到节能的目的。

2.4给排水设备

1)给水系统应充分利用城市的自来水水压来保证管网直供的生活、生产用水，消防水泵直接接在市政管网上抽吸加压。2)水泵选型应使水泵运行在高效区，应选用效率高、噪音低、体积小、重量轻、占地面积小和安装检修方便的高效节能产品。3)排水系统应充分利用重力流，当高差不能满足要求时设排水泵。当采用压力排水系统时，排水泵站应尽量靠近地面以减小扬尘、降低功率。4)给排水系统应采用自启停控制系统，利用高低水位探头监测水位，根据运行状况设置目标参数，使系统处于高效节能状态。5)在设备、管材及管道接口等方面应用新技术、新工艺、新材料，减小管道摩擦阻力、提高水力性能，使设备节能、高效地运行。

2.5运行图节能度量

对于运行图节能，列车利用的再生能来源于相邻列车，当相邻列车减速时，必定是相邻列车更早收到节能策略，因此当该列车确定到达离开时刻，则利用再生能的比例确定，该列车减速时，将作为其他列车的再生能来源，不计入该列车的节能。节能效果可归属在离开车站前的下发节能或节时的命令窗口时间段。步骤：在某个供电区间内，按列车减速的时间段顺序与加速的时间段顺序形成两个列车序列；如果该列车需要加速，则去寻找减速时间段的列车，并确定该列车是否是相邻列车，如果相邻，再确定本列车是否能够使用再生能；由于再生能使用率必须要电力专业的测量，简化起见，按照时间段重叠的范围，并使用满载率编组车型及再生能利用率进行修正，得到能耗值。即ATS设置某列车节能策略，确定不同的起始、到达时刻，从而确定加速时间段，接着寻找相邻列车重叠的减速时间段，按重叠范围计算再生能，并按条件进行修正。

2.6照度传感器结合时钟控制器控制

将照度传感器与时钟控制器相结合，可实现智能照明控制系统的灯具自动控制。在高架站厅站台和车站出入口等位置安装照度传感器，并在出入口照明控制箱或车控室智能照明控制箱内安装时钟控制器。在满足运营安全前提下，根据不同车站运营和停运时间以及不同季节，设置自动开关灯具的回路和时间，达到节能效果。根据预先设置的参数和时钟，轨道交通智能照明系统可自动控制车站照明灯具开关，达到节能效果。因该轨道所处城市光照时间较长，主要通过照度传感器控制的方式控制地下站出入口或高架车站站厅站台的照明，时钟控制方式则起辅助作用。站台层光带照明部分采用交替开启时钟和分回路交叉配电控制方式，节能效果显著。

2.7节能处理照明设备

地铁照明无天然采光，因此，在设计地铁照明时需科学合理选用灯具、光源、照明控制方式，以提高照明质量。在设置广阔区域照明时，需有控制照明设备的能力，调控时间、区域、电压，实现节能目标，在设计中应确保电压三相平衡。设计线路控制时，采用节能LED光源，选取高功率因数镇流器，通过采用时控、光控、模式控等智能照明控制技术，提升系统节能效果。

结语

在满足运营需求的前提下,不追求高速度,选择合理的运输组织模式,优化驾驶策略能够明显降低车辆能耗,是节能潜力中等、性价比高的节能措施。合理设置节能坡有助于降低能耗,而节能潜力较小。城市轨道交通作为城市运输领域的耗能行业，在国家“双碳”目标的驱动下不断向更绿色转型，在保证安全运营的前提下，不断使用绿色技术、绿色设备、绿色管理来实现节能降耗，提高能源的利用效率。

参考文献

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