低碳技术在深圳地铁的应用探索

2010-04-04周光海

城市轨道交通研究 2010年7期

周光海

(深圳市地铁集团有限公司,518026,深圳∥高级工程师)

低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为基础的经济模式。低碳经济的实质是能源高效利用、清洁能源开发和追求绿色GDP,其核心是能源技术和减排技术创新、产业结构和制度创新以及人类生存发展观念的根本性转变。发展低碳经济,研发和推广低碳技术已得到各国政府的高度重视,低碳技术必将成为各行业未来技术发展的重中之重。随着城市轨道交通的快速发展,能源消耗也日趋巨大,建设低碳的城市轨道交通必将成为行业发展的方向和追求的目标。

深圳地铁在建设之初就提出“高起点设计,高标准建设,建成靓丽的绿色公共交通系统”的要求;积极倡导建设“以人为本,环境友好,可持续发展”的城轨交通;在规划、设计、建设的整个过程中,始终坚持在不降低建设标准、不降低服务水平、不降低设备技术先进性的前提下节约投资、节省运营成本、减少浪费、力争盈利的理念。为此,对全线工程进行细分和梳理,对每一建筑规模进行详细测算,对设备配置进行充分论证,广泛采用低碳技术,以求实现上述理念。

1 低碳经济理念在地铁列车上的应用与创新

1.1 采用节能新技术、新产品

为了有效节约能源,深圳地铁的列车采用了大断面铝合金焊接技术,使车体轻量化成为现实;采用了世界上最先进的交流传动技术,具有再生制动能力,列车再生制动返馈的能量大部分被供电电网吸收。

对于地铁列车的空调系统,除选用能效高的机组外,还对其控制系统进行优化,采用智能化控制。空调系统能够根据列车载客量、室内外温度等自动调节新风门和制冷量,达到舒适、节能的目的。

对于地铁列车的照明系统,深圳地铁在无先例的情况下,通过全面调研分析,超前规划,首先在2号线,紧接着在5号线的列车车辆上采用了高亮度LED(发光二极管)作为客室照明的主光源,使整个照明功耗降为普通照明装置的 60%,节能效果显著,而且还有使用寿命长、维护工作量低的优势。

列车上所有零部件采用低烟、低毒和阻燃技术,不仅正常乘坐时环境宜人,而且在发生火灾时也能最大限度地减少对乘客及环境的影响。深圳地铁2号线列车的内墙板采用陶瓷喷涂的铝板整体成型技术,涂料为无机物,不燃无毒,不仅耐磨性、防火性能大大提高,而且能重复利用和回收,也减少了废弃物对环境的负担。

此外,深圳地铁正在探索采用有效的地面设备将列车再生的电能反馈至电网的可行性,以及设置合理的节能坡以有效降低列车牵引能耗等技术。

1.2 优化列车运营组织

据统计,深圳地铁在实际运营中,列车运行的牵引耗电量占总耗电量的25%～30%。随着列车运行密度的增加,这一比例还将增加。因此,有效降低列车牵引能耗是地铁系统节能工作的重要组成部分。列车正常运营时受信号系统的直接控制。信号系统具有列车自动运营、自动调整及节能控制的功能。ATC(列车自动控制)功能中的一个主要任务是按照时刻表控制站间列车的运行,其速度距离轨迹将对列车有效节能进行优化,因此,通过编制合理的列车运行图,可使列车达到节能运行的目的。深圳地铁正在探索不同时间段采用不同运行图的运营组织方式,尽最大可能使列车运营处于节能状态。

2 低碳经济理念在工程车辆上的应用与创新

地铁线路大多数为地下线路,相对比较封闭,内燃工程车辆在隧道内作业时,会使地下大气环境变得比较恶劣。香港地铁和新加坡地铁非常重视环境质量,购置了大量既可由接触网供电、也可由蓄电池供电运行的电动轨道车取代了内燃轨道车,不仅提高了能源利用效率,而且降低了碳排放,大大改善了工作环境。深圳地铁在2号线工程车辆中,配置了一辆既可由接触网供电、也可由蓄电池供电运行的电动轨道车和一辆多功能综合检测车,能源利用效率得到进一步提高。

3 低碳经济理念在降低地面设备系统能耗上的应用与创新

据统计,深圳地铁一期工程运营年耗电在1亿kWh以上,地面动力和照明负荷占总能耗的70%～75%。其中39%左右是空调系统能耗,12%是电扶梯系统能耗。在采取有效的节能措施前,地铁通风空调系统和电扶梯系统以及照明系统一直处于高能耗、高磨损、低效率的运行状态,节能潜力巨大。

3.1 空调通风系统节能技术的应用与创新

首先要确定如何合理配置毎个车站空调系统的装机容量。经全面调研、多方考察、详细分析和比选,深圳地铁决定在地铁车站站台设置屏蔽门系统。屏蔽门系统的冷负荷为非屏蔽门系统的0.2～0.5,平均值约为0.35。深圳地铁一期工程空调通风系统装机容量节省11 000 k VA;一次性投资(设备费和电力增容费)节省7 077万元;空调机组数量减少,机房缩小,土建造价平均每个车站节省1 300万元。虽然屏蔽门系统增加投资1.2亿元,但每年节省运营电费5 222万元,30年累计可节约16.65亿元。在车站站台设置屏蔽门,不仅能有效减少列车运行噪声和隧道活塞风对车站内乘客乘车环境的影响,防止人员跌落轨道,而且能使车站成为一个独立的空调场所,能有效降低空调容量的配置和运行能耗,节能效果达40%以上。

其次,环控系统全面采用变频调节技术。带有空调的环控系统的用电量约占整个地铁耗电量的40%。根据计算,一个地铁车站的环控系统采用变频调节技术后,按每度电0.72元计算,全年可节省电费140万元;还能通过延长设备使用寿命,减少维护费用、缩短维护时间,同时可减少环境噪声,改善设备起动性能,减少起动电流对电网的冲击等,进一步节省运营成本。在深圳地铁一期工程中,采用变频控制技术的车站环控系统,经过5年多的运行,设备运转正常,环境质量稳定,节能达70%以上(经专家鉴定会鉴定),大大降低了运营成本。

深圳地铁二期工程的空调环控系统全面采用变频调节技术,如:全线采用基于智能MCC(电机控制中心)的空调及水系统和环控通风系统的变频节能控制系统,其节能控制水平行业领先。此外,还通过隧道感温光纤,在国内首个实现隧道机械通风可按隧道温度进行模式控制;增设在行业内首创的计量管理全线设备用电的“能源管理系统”。各种低碳技术的应用与创新必将进一步节约能源,节省运营成本,降低温室气体排放。

3.2 自动扶梯的节能技术

深圳地铁一期工程全线共有扶梯和电梯280余台,二期工程中2号线首期工程共有扶梯84台。所有扶梯全面采用信息化全变频控制技术,通过变频调速实现对扶梯的效率调控,使扶梯运行在节能状态。经测试,在同等条件下,变频自动扶梯可节省电能30%以上。

3.3 照明系统节能技术的应用与创新

照明系统的用电量占地铁总耗电量的15%～20%,而车站每天的照明用电量约占车站动力用电的35%。为了降低能耗,深圳地铁在照明系统工程中合理选择照明器件,尽可能选择节能性能好的灯具。车站公共区照明采用分组控制及智能控制方式,照度组合可由EMCS(机电设备监控系统)在车控室根据运营的不同时段进行控制。

为了进一步降低照明能耗,在深圳地铁2号线的车站公共区、重要设备管理房、车辆段或停车场公共区,以及办公室、道路、车库等处,采用了LED绿色照明装置,并通过智能照明控制系统(KNX/EIB)控制。将国际先进的智能照明控制技术应用在地铁整条线路,这在国内尚属首例。此外,停车场上盖还采用了太阳能与风能结合的LED路灯,以节约用电量。