地铁供电系统节能降耗技术应用的探讨

李瑞梅 吴炼

摘要：节约能源在国民经济发展中有着重要的战略地位。因此，在社会主义建设中，必须积极坚持“能源节约与开发创新能源并举，一定要积极把节约能源放在首位”的指导思想。城市轨道交通是一种绿色的交通工具，由于城市轨道交通，它自身具有高效快捷、缓堵保畅、生态环保舒适的优越特性，因此深受市民的欢迎与期待，近年来，各大城市掀起轨道交通的建设高潮。城市轨道交通替代了传统的出行方式，可大规模减少公交、小汽车等地面交通的开行数量，据统计，相同运量下建设城市轨道交通节能率可达60%以上，对于所在城市节能目标的实现具有重大意义。

关键词：地铁;供电系统;节能降耗技术;应用

引言

自改革开放以来，我国地铁建设发展迅猛，充分带动了地下空间资源的优化利用与地铁沿线经济的快速发展。地铁具有安全舒适、快速准点、规模范围较大等优点，能够综合高效地解决城市用地紧张、环境污染、交通流量大等现代城市交通普遍存在的问题。地铁车站作为连接城市交通枢纽、旅游景点、经济商圈和居民住宅的节点，已成为城市居民和游客出行必经的场所，其中，以通勤需求尤为突出。所以，为了持续提高地铁车站的质量，做好地铁设计工作十分重要。

1城市轨道交通能耗特征

城市轨道交通工程在运行中需要大量的设备系统，其中有部分设备是城市轨道交通必不可少的（如车辆、供电、信号、通信等），但也有部分主要是为了方便旅客，以更好地服务乘客为目的（如扶梯/电梯、通风空调、照明等），而这些设施往往是能耗较大的设备，特别是通风空调系统。轨道交通系统能源消费品种主要为电能，约占工程总能耗的95%。其中牵引用电量的占比较大，约为60%以上，其次为通风空调和照明耗电，约占总用电量的30%左右。故在城市轨道交通设计工作中必须从主要耗能工序出发，考虑如何尽量减少这些系统设备的能耗。在满足城市运营需要的基础上，合理地确定服务水平，将节能的总要求贯彻在设计的全过程;同时对设备系统运营模式提出合理的运营方案，对今后的城市轨道交通节能运营节能具有重大意义。

2城轨列车能耗分析

城轨交通系统的总能耗可以分为以下两部分：列车运行能耗和站内运营能耗。站内运营能耗包括站内照明、空调器及电梯等能耗，由于本文主要考虑列车能耗，因此这部分能耗不予考虑。由于列车用于空调器、照明系统等辅助系统能耗值较为固定且占整车能耗的比值较小，本文也不考虑列车辅助能耗，而主要考虑列车运行过程中的牵引能耗。不同的线路条件下，列车所需提供的牵引力或者制动力不同。因此，考虑列车能耗时不仅要考虑列车牵引能耗，还要考虑线路条件这一因素。具体的能耗构成如图1所示。

3地铁供电系统节能降耗技术应用的探讨

3.1牵引系统节能设计

在城市轨道交通用电系统中，列车牵引耗能占较大比重，其耗能受方案设计的影响较大。牵引用电节能设计优化主要体现在以下几个方面：（1）科学的交通线路设计，可以降低牵引损耗，或尽可能降低坡道的相对高度。（2）行车交路需要从多个角度进行方案对比，例如，交路长度、配线路径、客流量以及运营等，在确保客流量满足需求的情况下，分时段设计行车交路和列车对数，提高列车载客量，减少跑空车的次数，在空车和乘客量少时，适当减少牵引用电量。（3）合理选择牵引供电方式。牵引网供电方式普遍采用自耦变压器供电方式，即AT供电方式。对节能角度而言，AT供电方式牵引网阻抗较TRNF供电方式相比有明显优势。因此采用AT供电方式可大幅度降低牵引网能源损耗。此外AT供电方式供电能力也更强一些，适合于需经常停启的城市轨道交通。（4）借助模拟仿真技术进行科学计算，合理规划需要设置牵引变电所的车站，合理地选取牵引变压器容量。

3.2城市地铁轨道车站设备间余热回收

城市轨道车站可通过水环热泵技术，将车站设备间余热回收并加以利用。城市轨道车站机房内设备常年散热，国内常规做法是通过新风和排风设备将大量的热量排出室外。另一方面，城市轨道车站冬季无采暖，运营人员工作环境阴冷潮湿。可设置热泵机组，将设备间余热吸收，通过水循环热交换，由热风幕排放到站台或者管理用房。经初步估算，城市轨道系统消耗1kW的电，可以提供高达4.9kW的热量，能效比很高。该措施为国内城市轨道交通车站通风空调的设计，开拓一条新的研究方向。

3.3使用新能源

利用可再生能源，设置光伏发电系统。在高架车站屋面设置光伏发电面板，在收到采光和遮阳效果的同时，利用光电效应产生电能，电能并入低压侧电网，为车站动力照明系统提供电力。车站屋面通过设置光伏组件并接入组串式逆变器，通过汇流箱汇流后通过电力电缆引到车站附属设备房400V低压开关柜室并网柜，并入至车站三级负荷母排开关。常规光伏系统由以下组件组成：①多晶硅双玻璃光伏组;②光伏逆变器;③交流汇流箱;④并网柜。光伏发电系统向车站交流电网馈送电能的质量（谐波、电压偏差、电压波动和闪变电压不平衡度、功率因数、频率等）在符合满足现行国家规范、规定标准的同时，持续为车站提供源源不断的绿色清洁能源。在城市轨道交通中，太阳能光伏发电技术还可以应用到多个项目中，例如停车场、车辆段和客运中心等场所，达到节能的目的。

3.4节能环保

地铁车站的节能设计应以满足地下轨道交通对功能的需求为主，合理确定与车站功能相匹配的空间，尽量避免设置不必要的空间，控制车站主体规模和附属设施的面积，从而降低车站建设成本。多数地铁车站完全埋于地下，与外部的冷热交换相对较弱，能源消耗主要为车站建筑内部照明、空调和通风。设计人员在设计时，应尽可能合理利用空间，减小地下车站的规模和埋深，从而使与之相匹配的机电设备的设计容量和设备数量相应减少，以从总体上控制地下车站照明、空调和通风的能源消耗总量，减少工程投资，同时，为今后运营期间的节能管理创造条件。地铁站出入口的设计要结合采光、通风和照明需要，在为地下区域带来光照，有利于空气流通的同时，应根据出入口的朝向，在保持地铁全线统一风格的前提下，采用合理的遮阳设施，减少夏季阳光对地下空间的过分热辐射导致的高温情况，有效处理负荷增大的负面影响。

3.5城市轨道隧道壁毛细管热泵系统

城市轨道交通工程可采用隧道壁毛细管热泵系统为车辆基地建筑供热，该系统是基于土壤源热泵的新技术，非常具有项目特色。城市轨道列车在隧道内行驶，产生的熱量通常利用排热风机排出，青岛某城市轨道交通工程作为节能示范，在一段隧道壁的一衬与二衬之间敷设毛细管，吸收隧道内热量，通过水循环将热量送至热泵机组，冬季为采暖建筑供热。

结束语

目前，城市轨道交通已成为大中型城市的动脉、城市发展的引领、城市公共交通的主导。随着行业的迅猛发展，以及运营线路数量的快速增加，其运营的经济压力也在不断增大，智能化及可持续发展已成为城市轨道交通发展的必然趋势。参考文献

参考文献

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