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【摘要】隨著城市規(guī)模不斷擴大，城市軌道交通的用電消耗越來越大，為降低能源消耗，節(jié)約運行成本，論文立足實際，分別從城市軌道交通機電工程技術(shù)型、創(chuàng)新型、管理型節(jié)能3個方面，研究城市軌道交通機電工程中存在的耗能環(huán)節(jié)，分析耗能因素，通過原有節(jié)能技術(shù)改進、節(jié)能新技術(shù)的引入以及節(jié)能管理策略的施行，使城市軌道交通機電工程節(jié)能效果全面優(yōu)化提升，為新工程的開展提供經(jīng)驗與參考。

【關(guān)鍵詞】城市軌道交通；機電工程；節(jié)能；策略

1引言

“沒有地鐵的城市是不完整的城市[1]。”在中國，地鐵將成為解決城市公共交通的必然選擇，城市軌道交通運輸能力強、行車速度快、運行方式清潔環(huán)保，符合現(xiàn)代社會的發(fā)展需求，成為解決城市交通問題的主要措施。在城市軌道交通運行中，各種用電負荷導致城市軌道交通用電總負荷量大，成為城市用電大戶。目前，在城市軌道交通運營成本中，電能消耗產(chǎn)生的電費支出占運營直接成本的30.7%左右。在城市軌道交通供電系統(tǒng)運行中，采取節(jié)能措施可以顯著提高其經(jīng)濟效益，還可以減少資源的浪費，提高電能的終端利用率，進一步提升城市軌道交通系統(tǒng)的安全性。

2城市軌道交通運營管理型節(jié)能

2.1能效管理系統(tǒng)

城市軌道交通運行管理節(jié)能涉及的環(huán)節(jié)較多，實施起來是一個較為復(fù)雜的過程，而能效管理系統(tǒng)的引入對節(jié)能管理起到了很大作用。能效管理系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫3大部分組成，各模塊之間相互聯(lián)系，分別負責不同功能（見表1）。表1為能效管理系統(tǒng)模塊，通過各模塊的構(gòu)建，對系統(tǒng)運行時耗能情況進行分析，并對耗能高的部分有針對性地采取相應(yīng)措施，如車輛制動節(jié)能、車站照明系統(tǒng)節(jié)能以及通風空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能等。

2.2節(jié)能管理水平

構(gòu)建節(jié)能管理系統(tǒng)，技術(shù)支持和政策支持都是必不可少的，政策起引導和規(guī)范作用，以確保節(jié)能管理落地實施，而技術(shù)支持又能對節(jié)能系統(tǒng)進行更科學化的管理。1）構(gòu)建計量體系，對城市軌道交通能耗狀況進行調(diào)研統(tǒng)計，為節(jié)能管理提供數(shù)據(jù)支持。2)加強制度建設(shè)，通過對節(jié)能管理相關(guān)制度的制定和完善，規(guī)范員工的行為，使員工自覺養(yǎng)成節(jié)能習慣。3)完善反饋機制，加強數(shù)據(jù)分析，對采集到的數(shù)據(jù)進行分析、對比，并歸納總結(jié)出相關(guān)建議進行反饋，對能耗進行細化，分級分類,對耗能高的環(huán)節(jié)重點關(guān)注并進行針對性研究。4）部門之間加強配合，協(xié)調(diào)統(tǒng)一，執(zhí)行好相關(guān)制度，建立長效機制，養(yǎng)成節(jié)能意識。每個部門要認真執(zhí)行自身節(jié)能環(huán)節(jié)職責，嚴格保質(zhì)保量，為實現(xiàn)節(jié)能整體效果打下基礎(chǔ)。

3城市軌道交通機電工程技術(shù)型節(jié)能

3.1電能質(zhì)量分析

電能質(zhì)量管理系統(tǒng)可以實時采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，由電量數(shù)據(jù)和電能質(zhì)量數(shù)據(jù)組成。其中，電量數(shù)據(jù)包括電壓、電流、頻率以及功率等。電能質(zhì)量數(shù)據(jù)包括電壓偏差、波動、閃動及諧波等。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，得到電能質(zhì)量的各項指標。系統(tǒng)分通過對系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)進行分析，可以得到電能質(zhì)量的分析結(jié)果，監(jiān)控各項指標是否在允許范圍內(nèi)。城市軌道交通系統(tǒng)是一個相對復(fù)雜的系統(tǒng)，其組成的設(shè)備種類較多，耗能系統(tǒng)通過電能質(zhì)量分析，可以將耗能設(shè)備分為列車運行耗能以及車站設(shè)備耗能。圖2為城市軌道交通系統(tǒng)的主要耗能設(shè)備。由圖2可以看出，車站設(shè)備的主要耗能設(shè)備包含3部分：自動扶梯、通風空調(diào)以及照明系統(tǒng)。其他耗能設(shè)備的比例不是很高，圖3具體展示了耗能分布比例。通過開展電能質(zhì)量分析，可以在保證城市軌道交通安全穩(wěn)定運營的前提下，清晰得到日常運營過程中電能消耗分布。通過建立反饋機制，形成數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)比對以及反饋環(huán)節(jié)等，并對能耗分層、分級、分類，然后進行統(tǒng)計分析，歸納得到能耗問題比較嚴重的環(huán)節(jié)，為提升技術(shù)技能、加快技術(shù)研發(fā)指明重點。

3.2智能低壓配電系統(tǒng)

近些年，隨著智能低壓配電技術(shù)不斷進步，克服了傳統(tǒng)配電網(wǎng)許多不足之處，譬如，能做到電氣設(shè)備智能化控制，且逐漸應(yīng)用到相關(guān)領(lǐng)域中，實踐效果非常顯著。對于城市軌道交通系統(tǒng)而言，智能低壓配電系統(tǒng)可提高城市軌道交通的安全性與穩(wěn)定性，進一步減少能耗。遵循城市軌道交通系統(tǒng)設(shè)計要求，其配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示。這種配電系統(tǒng)功能完善，運行可靠，易于現(xiàn)場接線，能滿足數(shù)據(jù)實時上傳需求，后臺方便獲取運行數(shù)據(jù)，各項操作更加直觀、高效。依托城市軌道交通監(jiān)測系統(tǒng)，可實時掌握配電系統(tǒng)運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)潛在問題。

3.3車輛節(jié)能

車輛節(jié)能應(yīng)從車輛自身運行性能與設(shè)備特征來分析，使運行性能與原有技術(shù)得到有效改善。1）變頻調(diào)速系統(tǒng)：和普通車輛有著明顯區(qū)別，調(diào)頻調(diào)壓控制式牽引系統(tǒng)能做到變頻調(diào)速，避免電阻消耗過多電能。在車輛行車期間，牽引力與制動力處在相應(yīng)時段，能將制動能量用于牽引，實現(xiàn)能量循環(huán)利用與再生制動。2）帶儲能軌道系統(tǒng)：結(jié)合實際情況可知，列車本身擁有儲能設(shè)備，空余時間可完成充電，譬如，乘客上下車與發(fā)車前相應(yīng)時間高效充電，能有效規(guī)避部分地段架設(shè)供電線路風險，進而縮小投資規(guī)模，創(chuàng)造更大經(jīng)濟效益。

3.4通風空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能

該系統(tǒng)可實現(xiàn)列車內(nèi)溫濕度與空氣質(zhì)量調(diào)控，從現(xiàn)有技術(shù)水平來看，能選擇全新變頻技術(shù)來實現(xiàn)，充分考慮車內(nèi)乘客人數(shù)或高峰時段，合理調(diào)控溫濕度，用最低能耗創(chuàng)造最舒適乘車體驗。在現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)基礎(chǔ)上持續(xù)改進，能找到節(jié)能環(huán)保更理想的設(shè)備或技術(shù)，一方面節(jié)省投資費用，另一方面可給城市軌道交通系統(tǒng)發(fā)展奠定技術(shù)基礎(chǔ)，意義重大。

3.5照明系統(tǒng)節(jié)能

根據(jù)城市軌道交通系統(tǒng)能耗情況可知，照明系統(tǒng)占有一定比重，通過照明供電線路科學規(guī)劃、選擇良好的節(jié)能照明燈具、改進照明系統(tǒng)等，均能降低照明系統(tǒng)能耗，促使其性能得到全面提升。

3.5.1選用節(jié)能燈具結(jié)合實際情況考慮，這類照明系統(tǒng)包含車輛行車以及公共區(qū)域照明。由于金屬鹵化物可有效利用電力資源，故而適用于前者。但后者必須滿足日常業(yè)務(wù)需求，給乘客帶來良好乘車體驗，因此，要科學設(shè)計照明密度，同時，考慮布置節(jié)能環(huán)保LED燈。

3.5.1優(yōu)化照明系統(tǒng)從節(jié)能角度分析，一方面要求選擇節(jié)能燈具，另一方面必須優(yōu)化照明系統(tǒng)。按照站內(nèi)人流量與時間段采取對應(yīng)照明模式（也就是正常運行、節(jié)能降耗以及實時控制），合理調(diào)控燈具數(shù)量與亮度[2]。

3.6其他技術(shù)節(jié)能管理措施

1）實現(xiàn)長效運營機制，完成列車中長期運行規(guī)劃，繪出運行圖，科學調(diào)整列車間次序以及運行路線，增加列車運用率，降低不必要的能耗，保證運行符合經(jīng)濟性要求。2）車站選址首先考慮繁華地段，確保人流量足夠大，能依靠附近建筑為地下運行空間帶來更舒適的溫濕度，降低日常能耗。除此之外，還能和附近建筑融為一體，避免占用過多土地，不但要充分發(fā)揮土地資源價值，而且要給周邊居民提供便利，盡可能減輕周邊交通壓力，維護整體經(jīng)濟性。3）改善車站周邊綠化環(huán)境，充分發(fā)揮植被保暖保冷作用，進一步降低能耗。當車站建于地面時，應(yīng)對墻體周圍與屋頂進行植被綠化處理，這樣不但能改善城市綠化，而且有利于降低能源需求。

4城市軌道交通機電工程創(chuàng)新型節(jié)能

4.1太陽能+空氣能熱水技術(shù)

熱水系統(tǒng)主要以電輔熱、燃氣或太陽能加熱，還能實現(xiàn)獨立式供熱。聯(lián)合供熱。對于城市軌道交通系統(tǒng)而言，依托太陽能、空氣能互補技術(shù)提供所需熱水。供熱水系統(tǒng)設(shè)置初始溫度，安裝感應(yīng)器將溫度傳導至太陽能循環(huán)泵機組，日間能量充足，太陽能電池板蓄能后為循環(huán)泵輸送電能，且持續(xù)為水箱輸送動力；若能量不足，利用熱泵提高水箱中水溫，一旦處在預(yù)設(shè)溫度，立即結(jié)束運行。熱水器可選方案非常多，經(jīng)全面分析比較，從經(jīng)濟性與效益出發(fā)選取最佳方案。相關(guān)方案詳情見表2。經(jīng)上述比較可知，太陽能、空氣能熱水器有一定不足，但經(jīng)全面比較不難判斷，這種方案擁有最低使用成本，整體投資少，壽命長，保溫性與可靠性極強，故仍選取這一組合方案來處理。

4.2風光互補+儲能的照明系統(tǒng)

現(xiàn)階段，風電、太陽能發(fā)電已成為人們熟知的分布式能源，對于微網(wǎng)而言，儲能技術(shù)占據(jù)重要地位。考慮到上述情況，通過三者有效融合，能做到優(yōu)勢互補，進而實現(xiàn)更大價值。依靠自然風能量，促使風機旋轉(zhuǎn)，把風能轉(zhuǎn)變成電能，同時，輸入整流濾波、穩(wěn)壓電路，能夠滿足照明系統(tǒng)供電需求，一旦風力較小而太陽能充足，則能依靠光伏發(fā)電，由太陽能電池板轉(zhuǎn)變成所需電能。若風力與陽光全部充足，還能選擇儲能電池儲蓄多余電能，解決負荷瞬間變大時供電需要，由此建立實際所需的閉環(huán)微網(wǎng)系統(tǒng)[3]。5結(jié)語從城市軌道交通機電工程技術(shù)型、創(chuàng)新型、管理型節(jié)能3個方面，通過原有節(jié)能技術(shù)改進、節(jié)能新技術(shù)的引入、節(jié)能管理策略的介紹，制定供電系統(tǒng)節(jié)能策略，為建設(shè)經(jīng)營者提供全面、整體的城市軌道交通機電工程節(jié)能參考，為城市軌道交通機電工程節(jié)能效果全面優(yōu)化提升提供支持。

【參考文獻】

【1】胡鵬.城市軌道交通列車運行能耗優(yōu)化及仿真[D].成都:西南交通大學,2013.

【2】胡輝.面向節(jié)能減排的列車運行控制模型和算法研究[D].北京:北京交通大學,2013.

【3】劉國芬.北京地鐵通風系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析和改進意見[J].鐵道建筑.1995(3):15-18.

作者：劉毅 單位：福州中電科軌道交通有限公司