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谈城市轨道交通机电工程节能管理策略

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【摘要】随着城市规模不断扩大,城市轨道交通的用电消耗越来越大,为降低能源消耗,节约运行成本,论文立足实际,分别从城市轨道交通机电工程技术型、创新型、管理型节能3个方面,研究城市轨道交通机电工程中存在的耗能环节,分析耗能因素,通过原有节能技术改进、节能新技术的引入以及节能管理策略的施行,使城市轨道交通机电工程节能效果全面优化提升,为新工程的开展提供经验与参考。

【关键词】城市轨道交通;机电工程;节能;策略

1引言

“没有地铁的城市是不完整的城市[1]。”在中国,地铁将成为解决城市公共交通的必然选择,城市轨道交通运输能力强、行车速度快、运行方式清洁环保,符合现代社会的发展需求,成为解决城市交通问题的主要措施。在城市轨道交通运行中,各种用电负荷导致城市轨道交通用电总负荷量大,成为城市用电大户。目前,在城市轨道交通运营成本中,电能消耗产生的电费支出占运营直接成本的30.7%左右。在城市轨道交通供电系统运行中,采取节能措施可以显著提高其经济效益,还可以减少资源的浪费,提高电能的终端利用率,进一步提升城市轨道交通系统的安全性。

2城市轨道交通运营管理型节能

2.1能效管理系统

城市轨道交通运行管理节能涉及的环节较多,实施起来是一个较为复杂的过程,而能效管理系统的引入对节能管理起到了很大作用。能效管理系统一般由数据采集系统、服务器和数据库3大部分组成,各模块之间相互联系,分别负责不同功能(见表1)。表1为能效管理系统模块,通过各模块的构建,对系统运行时耗能情况进行分析,并对耗能高的部分有针对性地采取相应措施,如车辆制动节能、车站照明系统节能以及通风空调系统节能等。

2.2节能管理水平

构建节能管理系统,技术支持和政策支持都是必不可少的,政策起引导和规范作用,以确保节能管理落地实施,而技术支持又能对节能系统进行更科学化的管理。1)构建计量体系,对城市轨道交通能耗状况进行调研统计,为节能管理提供数据支持。2)加强制度建设,通过对节能管理相关制度的制定和完善,规范员工的行为,使员工自觉养成节能习惯。3)完善反馈机制,加强数据分析,对采集到的数据进行分析、对比,并归纳总结出相关建议进行反馈,对能耗进行细化,分级分类,对耗能高的环节重点关注并进行针对性研究。4)部门之间加强配合,协调统一,执行好相关制度,建立长效机制,养成节能意识。每个部门要认真执行自身节能环节职责,严格保质保量,为实现节能整体效果打下基础。

3城市轨道交通机电工程技术型节能

3.1电能质量分析

电能质量管理系统可以实时采集现场数据,由电量数据和电能质量数据组成。其中,电量数据包括电压、电流、频率以及功率等。电能质量数据包括电压偏差、波动、闪动及谐波等。通过对监测数据进行分析,得到电能质量的各项指标。系统分通过对系统采集到的数据进行分析,可以得到电能质量的分析结果,监控各项指标是否在允许范围内。城市轨道交通系统是一个相对复杂的系统,其组成的设备种类较多,耗能系统通过电能质量分析,可以将耗能设备分为列车运行耗能以及车站设备耗能。图2为城市轨道交通系统的主要耗能设备。由图2可以看出,车站设备的主要耗能设备包含3部分:自动扶梯、通风空调以及照明系统。其他耗能设备的比例不是很高,图3具体展示了耗能分布比例。通过开展电能质量分析,可以在保证城市轨道交通安全稳定运营的前提下,清晰得到日常运营过程中电能消耗分布。通过建立反馈机制,形成数据采集、数据分析、数据比对以及反馈环节等,并对能耗分层、分级、分类,然后进行统计分析,归纳得到能耗问题比较严重的环节,为提升技术技能、加快技术研发指明重点。

3.2智能低压配电系统

近些年,随着智能低压配电技术不断进步,克服了传统配电网许多不足之处,譬如,能做到电气设备智能化控制,且逐渐应用到相关领域中,实践效果非常显著。对于城市轨道交通系统而言,智能低压配电系统可提高城市轨道交通的安全性与稳定性,进一步减少能耗。遵循城市轨道交通系统设计要求,其配电系统结构如图4所示。这种配电系统功能完善,运行可靠,易于现场接线,能满足数据实时上传需求,后台方便获取运行数据,各项操作更加直观、高效。依托城市轨道交通监测系统,可实时掌握配电系统运行状态,及时发现潜在问题。

3.3车辆节能

车辆节能应从车辆自身运行性能与设备特征来分析,使运行性能与原有技术得到有效改善。1)变频调速系统:和普通车辆有着明显区别,调频调压控制式牵引系统能做到变频调速,避免电阻消耗过多电能。在车辆行车期间,牵引力与制动力处在相应时段,能将制动能量用于牵引,实现能量循环利用与再生制动。2)带储能轨道系统:结合实际情况可知,列车本身拥有储能设备,空余时间可完成充电,譬如,乘客上下车与发车前相应时间高效充电,能有效规避部分地段架设供电线路风险,进而缩小投资规模,创造更大经济效益。

3.4通风空调系统节能

该系统可实现列车内温湿度与空气质量调控,从现有技术水平来看,能选择全新变频技术来实现,充分考虑车内乘客人数或高峰时段,合理调控温湿度,用最低能耗创造最舒适乘车体验。在现有空调系统基础上持续改进,能找到节能环保更理想的设备或技术,一方面节省投资费用,另一方面可给城市轨道交通系统发展奠定技术基础,意义重大。

3.5照明系统节能

根据城市轨道交通系统能耗情况可知,照明系统占有一定比重,通过照明供电线路科学规划、选择良好的节能照明灯具、改进照明系统等,均能降低照明系统能耗,促使其性能得到全面提升。

3.5.1选用节能灯具结合实际情况考虑,这类照明系统包含车辆行车以及公共区域照明。由于金属卤化物可有效利用电力资源,故而适用于前者。但后者必须满足日常业务需求,给乘客带来良好乘车体验,因此,要科学设计照明密度,同时,考虑布置节能环保LED灯。

3.5.1优化照明系统从节能角度分析,一方面要求选择节能灯具,另一方面必须优化照明系统。按照站内人流量与时间段采取对应照明模式(也就是正常运行、节能降耗以及实时控制),合理调控灯具数量与亮度[2]。

3.6其他技术节能管理措施

1)实现长效运营机制,完成列车中长期运行规划,绘出运行图,科学调整列车间次序以及运行路线,增加列车运用率,降低不必要的能耗,保证运行符合经济性要求。2)车站选址首先考虑繁华地段,确保人流量足够大,能依靠附近建筑为地下运行空间带来更舒适的温湿度,降低日常能耗。除此之外,还能和附近建筑融为一体,避免占用过多土地,不但要充分发挥土地资源价值,而且要给周边居民提供便利,尽可能减轻周边交通压力,维护整体经济性。3)改善车站周边绿化环境,充分发挥植被保暖保冷作用,进一步降低能耗。当车站建于地面时,应对墙体周围与屋顶进行植被绿化处理,这样不但能改善城市绿化,而且有利于降低能源需求。

4城市轨道交通机电工程创新型节能

4.1太阳能+空气能热水技术

热水系统主要以电辅热、燃气或太阳能加热,还能实现独立式供热。联合供热。对于城市轨道交通系统而言,依托太阳能、空气能互补技术提供所需热水。供热水系统设置初始温度,安装感应器将温度传导至太阳能循环泵机组,日间能量充足,太阳能电池板蓄能后为循环泵输送电能,且持续为水箱输送动力;若能量不足,利用热泵提高水箱中水温,一旦处在预设温度,立即结束运行。热水器可选方案非常多,经全面分析比较,从经济性与效益出发选取最佳方案。相关方案详情见表2。经上述比较可知,太阳能、空气能热水器有一定不足,但经全面比较不难判断,这种方案拥有最低使用成本,整体投资少,寿命长,保温性与可靠性极强,故仍选取这一组合方案来处理。

4.2风光互补+储能的照明系统

现阶段,风电、太阳能发电已成为人们熟知的分布式能源,对于微网而言,储能技术占据重要地位。考虑到上述情况,通过三者有效融合,能做到优势互补,进而实现更大价值。依靠自然风能量,促使风机旋转,把风能转变成电能,同时,输入整流滤波、稳压电路,能够满足照明系统供电需求,一旦风力较小而太阳能充足,则能依靠光伏发电,由太阳能电池板转变成所需电能。若风力与阳光全部充足,还能选择储能电池储蓄多余电能,解决负荷瞬间变大时供电需要,由此建立实际所需的闭环微网系统[3]。5结语从城市轨道交通机电工程技术型、创新型、管理型节能3个方面,通过原有节能技术改进、节能新技术的引入、节能管理策略的介绍,制定供电系统节能策略,为建设经营者提供全面、整体的城市轨道交通机电工程节能参考,为城市轨道交通机电工程节能效果全面优化提升提供支持。

【参考文献】

【1】胡鹏.城市轨道交通列车运行能耗优化及仿真[D].成都:西南交通大学,2013.

【2】胡辉.面向节能减排的列车运行控制模型和算法研究[D].北京:北京交通大学,2013.

【3】刘国芬.北京地铁通风系统的现状分析和改进意见[J].铁道建筑.1995(3):15-18.

作者:刘毅 单位:福州中电科轨道交通有限公司

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