城市軌道交通電氣節(jié)能設(shè)計(jì)

廖大鵬

中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司華東分公司 江蘇 南京 210000

引言

城市軌道交通的能耗以電能為主，水、柴油、天然氣耗量比較少，在總能耗中占比幾乎可以忽略不計(jì)。城市軌道交通電氣電能消耗又可以分為高壓和低壓兩部分，其中高壓能耗以列車牽引為主，低壓能耗主要為輔助設(shè)施的電能消耗，了解了能耗的組成之后，就可以進(jìn)一步進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)。

1 輔助系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)

1.1 照明節(jié)能設(shè)計(jì)

照明節(jié)能設(shè)計(jì)需要綜合考慮到場(chǎng)所、環(huán)境、用途需求等方面因素，選擇合適的功率和照度，減少浪費(fèi)。一般來(lái)說(shuō)，地面車站應(yīng)該盡量保持通透，用自然光采光，需要照明的區(qū)域，應(yīng)該選擇新型的節(jié)能燈，在滿足照度要求的同時(shí)減少能耗。除了選擇合適的燈具，照明控制與管理體系的設(shè)計(jì)也非常關(guān)鍵，設(shè)計(jì)合理的照明控制系統(tǒng)能夠通過(guò)對(duì)燈具的智能管理，在滿足照度要求的同時(shí)進(jìn)一步減少功耗，充分利用自然光。照明控制系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮到后續(xù)的升級(jí)和更換，還可以借助BAS系統(tǒng)來(lái)對(duì)燈具的工作情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)，能夠采集自然光的場(chǎng)所，可以進(jìn)行熒光調(diào)控，實(shí)時(shí)調(diào)整照度。

1.2 動(dòng)力系統(tǒng)節(jié)能

為了減少線路損耗，變配電所應(yīng)該設(shè)置在盡量靠近負(fù)荷中心的位置，并根據(jù)負(fù)荷情況對(duì)導(dǎo)線截面進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。變配電系統(tǒng)設(shè)備布置需要按照負(fù)荷的功率大小來(lái)進(jìn)行設(shè)備選型，在滿足未來(lái)一段時(shí)間軌道設(shè)備用電量需求的同時(shí)，減少不必要的功率浪費(fèi)，杜絕出現(xiàn)嚴(yán)重的大馬拉小車情況。并且在進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)的同時(shí)，還要考慮到節(jié)能改造所需的成本，控制節(jié)能設(shè)計(jì)前期投資規(guī)模。主變的負(fù)荷需要精確計(jì)算電力負(fù)荷、損耗和無(wú)功補(bǔ)償大小，在此基礎(chǔ)上，確定變壓器臺(tái)數(shù)和單臺(tái)容量，要求變壓器的負(fù)荷至少要達(dá)到滿載的30%以上，最好控制在70%-80%，并注意保持三相載荷的均衡。

1.3 光伏節(jié)能設(shè)計(jì)

城市軌道電氣節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)該積極應(yīng)用新能源技術(shù)，比如光伏太陽(yáng)能設(shè)備，城市軌道需要比較空曠的空間，和其他城市擁擠地段相比，有著豐富的光能資源，利用光伏設(shè)備，能夠大幅度的減少城市軌道交通的電能消耗。車輛段設(shè)計(jì)中，可以考慮使用大面積的廠房屋頂設(shè)置為光伏陣列電站，直接并入車輛段電網(wǎng)。另一方面，電氣設(shè)計(jì)還可以考慮光伏電池和設(shè)備以及建筑材料的進(jìn)一步集成，使用帶有光伏的建筑材料和結(jié)構(gòu)件作為建筑物屋頂和圍墻，同時(shí)發(fā)揮建材和能源的功能。目前市面上已經(jīng)有技術(shù)成熟的大面積彩色光伏建筑材料，不僅僅能夠吸收太陽(yáng)能發(fā)電，也改變了車輛段的外觀，充滿了設(shè)計(jì)感和現(xiàn)代感。

2 主要能耗節(jié)能設(shè)計(jì)

2.1 牽引節(jié)能

城市軌道交通能耗最高的環(huán)節(jié)是列車牽引，為了減少列車牽引的能耗，電氣設(shè)計(jì)需要重視對(duì)線路方案的設(shè)計(jì)，避免大高度的爬坡，并設(shè)置節(jié)能站臺(tái)，充分利用慣性來(lái)進(jìn)行加速減速，站和站之間盡量選擇最短的線路。并且在設(shè)計(jì)線路方案時(shí)，需要綜合考慮配線施工工作量、客流量、線路長(zhǎng)度等因素，滿足客流量需求的同時(shí)，保證載客率，減少空車，必要時(shí)可以進(jìn)行仿真模擬計(jì)算，對(duì)牽引所的位置進(jìn)行優(yōu)化，提高牽引變壓器的工作效率。

2.2 低壓節(jié)能設(shè)計(jì)

軌道交通系統(tǒng)中，主站和車輛段之間存在大量低壓能耗，特別是大體積單體建筑地下車站，在進(jìn)行低壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需要適當(dāng)減少基礎(chǔ)埋深，減少通風(fēng)、空調(diào)、電梯等輔助設(shè)備的低壓能耗。且車站主體建筑的設(shè)計(jì)需要綜合考慮城市規(guī)劃的整體情況和外部周圍局部環(huán)境，充分利用周圍的各種自然資源，為車輛段以及場(chǎng)址提供便捷的接軌空間，便于行車安排，設(shè)計(jì)方案還需要考慮到市政規(guī)劃以及綠化環(huán)保的要求，優(yōu)化工藝布局，減少空車和不必要的設(shè)備運(yùn)輸。

2.3 設(shè)備選型

選擇節(jié)能型設(shè)備是提高軌道交通體系節(jié)能性能的關(guān)鍵。車輛是軌道交通系統(tǒng)能耗最高的設(shè)備，選擇合適的車型，對(duì)減少能源消耗有有著重要的作用。車輛的材料和型號(hào)直接影響自重，建議選擇輕質(zhì)鋁合金焊接結(jié)構(gòu)車輛，減輕車輛的自重和牽引能耗。在滿足動(dòng)力要求的情況下，還可以對(duì)牽引電機(jī)組合車輛編組進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，而且空調(diào)、照明、空氣壓縮機(jī)以及其他輔助設(shè)備也需要選擇節(jié)能型。主變的損耗是所有電能損耗中最高的，變壓器選擇需要滿足技術(shù)規(guī)范要求，通風(fēng)設(shè)備也需要滿足一級(jí)能效等級(jí)的要求，照明設(shè)備應(yīng)該選擇節(jié)能型，并使用電子鎮(zhèn)流器。

2.4 節(jié)能管理

為便于運(yùn)營(yíng)以及車輛設(shè)備管理，設(shè)備車輛應(yīng)該配備專用計(jì)量設(shè)備，對(duì)設(shè)備的耗電量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，大型設(shè)備如通風(fēng)、牽引需要獨(dú)立計(jì)量。運(yùn)營(yíng)管理要把節(jié)能管理當(dāng)成日常管理的重要工作內(nèi)容來(lái)開(kāi)展，加強(qiáng)日常管理維護(hù)，才能更好地發(fā)揮設(shè)備的節(jié)能性能。節(jié)能管理工作主要涉及到管理制度的建設(shè)完善、能源管理人員組織機(jī)構(gòu)設(shè)置、能耗計(jì)量等內(nèi)容。在后續(xù)的設(shè)備運(yùn)行維護(hù)工作中，要適當(dāng)引入各種新型的新能源設(shè)備和技術(shù)，在前期方案設(shè)計(jì)中，要為設(shè)備和系統(tǒng)的更新?lián)Q代預(yù)留足夠的升級(jí)空間，便于之后在條件允許時(shí)，對(duì)節(jié)能系統(tǒng)和設(shè)備進(jìn)行進(jìn)一步升級(jí)改造。

3 結(jié)束語(yǔ)：

城市軌道交通電氣的節(jié)能設(shè)計(jì)幾乎涉及到所有相關(guān)專業(yè)，每一個(gè)設(shè)計(jì)方案和工作流程環(huán)節(jié)，都有一定的節(jié)能設(shè)計(jì)空間，因此城市軌道交通電氣的節(jié)能設(shè)計(jì)需要從整體入手，加強(qiáng)不同專業(yè)之間的合作，才能夠構(gòu)建出一個(gè)節(jié)能的工程整體，實(shí)現(xiàn)預(yù)期的節(jié)能設(shè)計(jì)目標(biāo)。