《轨道交通节能技术.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《轨道交通节能技术.doc（9页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1中国矿业大学力学与建筑工程学院科研训练 城市轨道交通节能技术发展趋势研究（中国矿业大学力建学院土木09-4班 孙兴旺）摘要：最近几年城市轨道交通发展十分迅猛，根据相关统计，中国内地共有28个城市上报了城市轨道交通发展规划方案，这些规划方案显示到2015年左右，全国将建设93条轨道交通线路，运营总里程将达到近2700多公里，城市轨道交通的机车车辆都是靠电能来进行驱动的，这对电能的需求量是非常大的，在国家中长期发展规划中提出发展循环经济、建设资源节约型、环境友好型社会，所以对轨道交通进行节能化改造意义重大。城市轨道交通节能技术可以从节能路线选择、运营组织、车辆节能、照明、通风、停车场节能、扶梯节
2、能、设备监理等方面入手，优化处理，达到从各方面进行节能，从而实现低碳、环保、节能的社会责任。 关键词：轨道交通 节能目前，我国是世界上城市轨道交通发展最快的国家，轨道交通成为一种集约化的交通工具，但庞大的系统仍然使其跻身于城市能耗大户的行列。从控制系统角度研究，城市轨道交通网络的能耗具有可预测性、可调节性以及二次节能的特征，在降低能耗方面存在着巨大潜力。1 节能的路线线路节能设计主要考虑尽可能优化曲线半径，以减少车辆行驶过程中因曲线阻力大而增加电耗；优化线路节能坡，设置合理的进出站坡度，使列车进站时上坡，将动能转化为势能，列车出站时下坡，再将势能转化为动能，这样有利于减少牵引能耗；线路纵坡设计
3、还综合考虑泵站位置等设备布置，以达到优化、合理、经济、节约能源的目的。可以通过建立多质点牵引计算模型，采用目标速度逼近算法求取牵引力撤除时间，既满足旅行速度又降低了运行能耗。提出了基于三角函数法设计节能线路纵断面竖曲线的设计方法， 通过对线路坡度、坡长等参数进行优化，改变了列车的受力条件，实现势能和动能的合理转化，同时和列车的运行操纵相匹配，达到了优化节能的目的。 2 能效管理系统节能2.1 架构设计硬件结构包括数据采集服务器、数据库服务器、应用服务器、Web服务器和维护工作站。软件构架包括数据采集层、基础技术支撑层和高级应用层。2.2 具体实施1） 参数采集系统通过通信传输网络，连接终端设备
4、，采集统计各类数据，提供系统的检测，检测供能线路的情况，调用各种报表、数据及运行状态图，采集点数据分析等画面。同时可以根据相应数据源特点及功能，选用矢量图、数值表、趋势图等显示方式。2） 电能质量分析可采用小波变换，对时间序列过程从低分辨率到高分辨率进行电流的暂态和稳态的分析，研究电压偏压、电流电压谐波、频率、不平衡度、负载频率、电压波动与闪变、谐波潮流、功率因素等电能指标。3） 能好模型建立具体包含以下步骤:剪力能效管理系统现场数据采集模型建立多维数据集管理模型建立能效管理数据统计模型建立联机分级处理等多种分析工具模型。从量的分析入手，对数据进行充分的挖掘，对能源的综合平衡状态、结构系统、流
5、转状况及综合利用状况进行综合分析研究，并运用统计分析方法、因素分析法、结构分析法、平衡分析法等数理分析原理和算法进行统计分析，形成详细的OLAP模型。4） 节能策略生成能效管理系统还具备能耗预测功能。在历史采样或设备性能参数数据的基础上，建立关于时间序列的高度非线性能耗网络模型。对城市轨道交通进行能效管理，有效地实现能耗的降低，已成为我国城市轨道交通发展的一个重要方向，且具有很好的实用性、智能型，从而引导轨道交通用户持续改进用能方式，有效地降低运营成本。3 车辆节能3.1 选用调频调压控制的交流牵引系统该系统通过变频调速避免了列车调速时由附加电阻消耗掉大量的电能，也不会因附加电阻的发热提高隧道
6、内的温度而要求增加通风量和制冷电能。该系统能有效利用再生制动，利用车辆行车密度大、不同车辆同时处于不同牵引力、制动工况的概率较高的特点，可较多地回收车辆制动能量，理论上可回收25%左右。选用轻体车辆。车辆采用不锈钢车体，车辆自重比普通铸钢车体约减少3t，用等能量比较的方法推算，每辆车可节约运送50位乘客所需的能量。随着车体自重的减轻，相应能减轻轮轨磨耗，减少维修量等附加节能效果。 采用列车自动控制节能。电动客车采用微机控制自动驾驶。在信号系统设计时，根据线路的坡道、弯道及列车载重等情况，设计自动驾驶 A T O曲线，自动调整行驶速度，控制随行点使电动客车永远处于最佳运行状态，以便减少电耗，达到
7、更进一步节能的目的。 3.2 加快研发环保型高架系统技术 城市轨道交通的高架线路具有建设安全风险小、建设速度快、投资见效快、运营成本低等优点。尤其是节省运营期的能耗，高架线的运营能耗仅为地下线的0.45倍，节能效果明显。但是多数已建高架线用于大运量城市轨道交通系统上，由于采用了较大轴重A、B型车辆， 已运营高架线的振动、噪声对沿线居住环境、土地的经济价值确实存在一定的负面影响。所以应该加快开展“ 环保型高架系统” 的研究，即将高架线路的桥梁梁式、减振降噪综合控制、景观等作为一体进行综合研究。力求解决高架线的振动噪声、景观协调、沿线土地利用等问题，为扩大高架线路的敷设提供技术支持，也才能取得城市
8、轨道交通低耗资、高效益的目的。综合轨道、轨旁减振降噪系统的技术措施，力求部分代替或取消声屏障。适合敷设高架线的环境条件及技术条件研究。车辆、轨道的减振降噪技术和产品已有较系统的研究。目前应加快开展桥梁梁式对噪声尤其是结构二次噪声的影响研究，如研究城市轨道交通u型梁高架线系统等等。同时也需要开展适合高架线敷设方式的系统制式，应采用低噪声的系统制式，如直线电机系统、跨座式单轨系统等。 3.3 储能式轻轨车储能式轻轨车最大亮点：以超级电容储能器为动力能源，具有大电容，高比功率，高比能量等高性能指标，特别能适应城市轻轨交通频繁起停的特点：全线无需地面或架空供电系统，而是充分利用乘客的上下车时间，在停站
9、的30S内快速完成充电，一次充电后能连续行驶2KM，到达下一个站点时再次充电。基于能量最优模式的自动驾驶控制运行和运行智能化联运联控管理模式。这样不仅为车辆运行带来极大方便，而且由于全线无供电网运行，可实现无输电损耗，无弓网磨损，从而到达能量的高效利用的目标：能量的高效利用率高达80%以上，比目前运行的城市轨道车辆能量回馈利用率提高了一倍以上。此外，储能式轻轨具有明显的经济优势。一是投资成本低：既有地铁建设成本为58亿/km，普通轻轨建设投资为23亿/km，而储能式轻轨投资仅为12亿/km。二是运营成本低：城市轨道交通系统总能耗约占全部运营成本的40%50%，牵引能耗成本占其2/3，辅助能耗成
10、本占其1/3；储能式轻轨制动能量可高回收，总能耗可占30%40%。储能式轻轨交通具有绿色、低碳、美观三大优势，集灵活、安全、便捷于一身，其突出绿色智能理念将引领世界轨道交通未来的发展。相对于传统的地铁和普通轻轨交通系统，储能式轻轨的建设和运营的门槛较低，它在我国近百座中小型城市中推广具有很好的前景。4 照明的节能设计4.1 节能设计原则 在设计初期，应根据用电负荷的分布特点，在负荷中心合理设置照明配电室，以减少线路损耗；合理划分照明供电回路，根据客流的多少，合理投切照明回路，以减少电能损耗。 （1）节能设备选型 公共区照明灯具选用节能型荧光灯。车辆段大空间的照明场所采用金属卤化物灯等照明光源，
11、所有气体放电灯均配以无功补偿装置，以提高功率因素。（2）车站广告照明节能 在站厅或出入口通道等安装广告灯箱之处，照明设计计算照度时应兼顾广告照明对公共区照明的影响，以尽可能地减少照明灯具的数量。在列车停运后，关闭车站的广告照明灯箱，以达到节能的目的。 （3）区间照明节能 为便于列车司机在行车时具有良好的视觉环境，区间隧道内的工作照明灯在列车正常运营时最好关闭，在晚上维修作业时，可将其打开。这样一方面方便了司机的行车驾驶，另一方面还达到了节能的目的。在列车运行时，区间隧道将只开应急照明，便于在紧急状况下，乘客的疏散和逃生，间接达到节能目的。区间工作照明、应急照明的控制可在车站控制室内进行。 （4
12、）车辆段和停车场照明节能 车辆段、停车场照明灯具除选用金属卤化物灯并配以无功补偿外，在其室外道路照明采用光控与时问控制相结合的控制方式，达到节约能源的目的。（5）设置车站照明节电运行模式 根据以上对车站照明节电的设计思路，在合理设计配线回路的基础上，制定多种照明运行模式，纳入地铁机电设备监控系统，可以自动或人工设置各种照明节电运行模式。 4.2 节能具体措施 （1）选用高效节能荧光灯 荧光灯是轨道交通照明中用的最多的光源之一，选用高效节能的荧光灯是节能行之有效的方法。如目前市场上 T 5节能荧光灯，由于其内部采用电子线路，功率因素可达到0.980. 9 9，从而降低了线路电流，减少线路损耗，达
13、到节能目的。（2）采用电子镇流器 电子镇流器是镇流器的一种，是指采用电子技术驱动电光源，使之产生所需照明的电子设备。电子镇流器分：荧光灯电子镇流器、高压钠灯电子镇流器、金属卤化物灯电子镇流器。“金卤灯电子镇流器”同样是金卤灯的重要电器附件，它的恒功率输出性能直接解决了传统金卤灯电感镇流器自身功率损耗大、系统功率因数低、体积大、重量重、有噪声、灯功率随电源电压的变化而变化、不便维修等缺点。（3）采用LED照明LED高效能已被普遍认可，它采用高亮度白色发光二极管作为光源，具有光效高、低损耗、低耗能、寿命长、易控制、免维护、安全环保等特点，此外它还可以美化环境。 （4）设置智能照明控制系统 可在轨道
14、交通车站站厅和站台公共区、车辆段的联合车库、停车列检库、运用库、车辆段上盖平台等大空间区域考虑设置智能照明控制系统。例如，采用智能控制面板控制，可将某区域照明分多种灯光模式，如全开模式、全关模式、半开模式等；采用时钟控制模块定时控制， 可将此区域照明设定自动控制状态，根据实际照明的使用情况，将一天的照明分为白天、晚上、深夜三个时段；采用照度传感器感光控制，根据外界自然光的亮度自动开关控制，当外界亮度很强时，关闭室内的照明回路，当外界照度不够时，系统自动开启相应的照明回路， 补充照度。 5 通风空调系统节能通风空调系统作为地铁运行中的重要设备系统之一，担负着对地下空间的空气温度、湿度、空气流速和
15、空气品质进行控制的任务，据统计，通风空调系统的能耗约为地下线能耗的3 30%以上，仅次于车辆牵引用电能耗，节能潜力巨大。 风机采用变频风机后，有较好的节能效果。但对于同一台风机，相同运行频率、不同运行模式下的实际运行功率有所差别，主要是因为管路特性曲线变化引起风机工作点发生变化， 变化的幅度一定程度上能够反映当时 实际产生风量的差异。全新风模式和全新风模式的区别仅在于表冷器的开启与关闭，全新风模式下，门式表冷器处于开启状态，风机无需克服表冷器的阻力，表现在测试数据上，则是送风机的 功率下降了1.1 k W，约为4. 5%，节省了运行能耗。对比全新风模式、送风 和排风模式的测试数据，发现其送、排
16、风机的实际运行功率有所区别，但区别很小，考虑到其中的记录误差，可以认为由于出入口的面积较大，公共区采用机械送风、机械排风的方式，与采用机械排风、出入口自然进风或者机械送风、出入口自然排风两种方式产生的实际通风量差别不大，所以，采用后两种单排、单送的方式替代送、排的方式是很好的节能选择，而由于排风机的功率比送风机的功率有较大幅度的下降，所以，机械排风、出入口自然进风的方式是最为节能的方式。 地铁车站早、晚高峰特点较为明显，尤以早高峰温度上升较为明显。但是，由于现阶段冬季日间通风时间为10:0018:00，故在日间平峰时段内，站厅温度受到机械通风及列车活塞风效应的影响较大，室外低温空气的引入会造成站厅温度偏低的情况，日间局部时段出现接近 5 的低温。而该时段站台因有
