谈城市轨道交通机电工程节能管理策略范文

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【摘要】随着城市规模不断扩大，城市轨道交通的用电消耗越来越大，为降低能源消耗，节约运行成本，论文立足实际，分别从城市轨道交通机电工程技术型、创新型、管理型节能3个方面，研究城市轨道交通机电工程中存在的耗能环节，分析耗能因素，通过原有节能技术改进、节能新技术的引入以及节能管理策略的施行，使城市轨道交通机电工程节能效果全面优化提升，为新工程的开展提供经验与参考。

【关键词】城市轨道交通；机电工程；节能；策略

1引言

“没有地铁的城市是不完整的城市[1]。”在中国，地铁将成为解决城市公共交通的必然选择，城市轨道交通运输能力强、行车速度快、运行方式清洁环保，符合现代社会的发展需求，成为解决城市交通问题的主要措施。在城市轨道交通运行中，各种用电负荷导致城市轨道交通用电总负荷量大，成为城市用电大户。目前，在城市轨道交通运营成本中，电能消耗产生的电费支出占运营直接成本的30.7%左右。在城市轨道交通供电系统运行中，采取节能措施可以显著提高其经济效益，还可以减少资源的浪费，提高电能的终端利用率，进一步提升城市轨道交通系统的安全性。

2城市轨道交通运营管理型节能

2.1能效管理系统

城市轨道交通运行管理节能涉及的环节较多，实施起来是一个较为复杂的过程，而能效管理系统的引入对节能管理起到了很大作用。能效管理系统一般由数据采集系统、服务器和数据库3大部分组成，各模块之间相互联系，分别负责不同功能（见表1）。表1为能效管理系统模块，通过各模块的构建，对系统运行时耗能情况进行分析，并对耗能高的部分有针对性地采取相应措施，如车辆制动节能、车站照明系统节能以及通风空调系统节能等。

2.2节能管理水平

构建节能管理系统，技术支持和政策支持都是必不可少的，政策起引导和规范作用，以确保节能管理落地实施，而技术支持又能对节能系统进行更科学化的管理。1）构建计量体系，对城市轨道交通能耗状况进行调研统计，为节能管理提供数据支持。2)加强制度建设，通过对节能管理相关制度的制定和完善，规范员工的行为，使员工自觉养成节能习惯。3)完善反馈机制，加强数据分析，对采集到的数据进行分析、对比，并归纳总结出相关建议进行反馈，对能耗进行细化，分级分类,对耗能高的环节重点关注并进行针对性研究。4）部门之间加强配合，协调统一，执行好相关制度，建立长效机制，养成节能意识。每个部门要认真执行自身节能环节职责，严格保质保量，为实现节能整体效果打下基础。

3城市轨道交通机电工程技术型节能

3.1电能质量分析

电能质量管理系统可以实时采集现场数据，由电量数据和电能质量数据组成。其中，电量数据包括电压、电流、频率以及功率等。电能质量数据包括电压偏差、波动、闪动及谐波等。通过对监测数据进行分析，得到电能质量的各项指标。系统分通过对系统采集到的数据进行分析，可以得到电能质量的分析结果，监控各项指标是否在允许范围内。城市轨道交通系统是一个相对复杂的系统，其组成的设备种类较多，耗能系统通过电能质量分析，可以将耗能设备分为列车运行耗能以及车站设备耗能。图2为城市轨道交通系统的主要耗能设备。由图2可以看出，车站设备的主要耗能设备包含3部分：自动扶梯、通风空调以及照明系统。其他耗能设备的比例不是很高，图3具体展示了耗能分布比例。通过开展电能质量分析，可以在保证城市轨道交通安全稳定运营的前提下，清晰得到日常运营过程中电能消耗分布。通过建立反馈机制，形成数据采集、数据分析、数据比对以及反馈环节等，并对能耗分层、分级、分类，然后进行统计分析，归纳得到能耗问题比较严重的环节，为提升技术技能、加快技术研发指明重点。

3.2智能低压配电系统

近些年，随着智能低压配电技术不断进步，克服了传统配电网许多不足之处，譬如，能做到电气设备智能化控制，且逐渐应用到相关领域中，实践效果非常显著。对于城市轨道交通系统而言，智能低压配电系统可提高城市轨道交通的安全性与稳定性，进一步减少能耗。遵循城市轨道交通系统设计要求，其配电系统结构如图4所示。这种配电系统功能完善，运行可靠，易于现场接线，能满足数据实时上传需求，后台方便获取运行数据，各项操作更加直观、高效。依托城市轨道交通监测系统，可实时掌握配电系统运行状态，及时发现潜在问题。

3.3车辆节能

车辆节能应从车辆自身运行性能与设备特征来分析，使运行性能与原有技术得到有效改善。1）变频调速系统：和普通车辆有着明显区别，调频调压控制式牵引系统能做到变频调速，避免电阻消耗过多电能。在车辆行车期间，牵引力与制动力处在相应时段，能将制动能量用于牵引，实现能量循环利用与再生制动。2）带储能轨道系统：结合实际情况可知，列车本身拥有储能设备，空余时间可完成充电，譬如，乘客上下车与发车前相应时间高效充电，能有效规避部分地段架设供电线路风险，进而缩小投资规模，创造更大经济效益。

3.4通风空调系统节能

该系统可实现列车内温湿度与空气质量调控，从现有技术水平来看，能选择全新变频技术来实现，充分考虑车内乘客人数或高峰时段，合理调控温湿度，用最低能耗创造最舒适乘车体验。在现有空调系统基础上持续改进，能找到节能环保更理想的设备或技术，一方面节省投资费用，另一方面可给城市轨道交通系统发展奠定技术基础，意义重大。

3.5照明系统节能

根据城市轨道交通系统能耗情况可知，照明系统占有一定比重，通过照明供电线路科学规划、选择良好的节能照明灯具、改进照明系统等，均能降低照明系统能耗，促使其性能得到全面提升。

3.5.1选用节能灯具结合实际情况考虑，这类照明系统包含车辆行车以及公共区域照明。由于金属卤化物可有效利用电力资源，故而适用于前者。但后者必须满足日常业务需求，给乘客带来良好乘车体验，因此，要科学设计照明密度，同时，考虑布置节能环保LED灯。

3.5.1优化照明系统从节能角度分析，一方面要求选择节能灯具，另一方面必须优化照明系统。按照站内人流量与时间段采取对应照明模式（也就是正常运行、节能降耗以及实时控制），合理调控灯具数量与亮度[2]。

3.6其他技术节能管理措施

1）实现长效运营机制，完成列车中长期运行规划，绘出运行图，科学调整列车间次序以及运行路线，增加列车运用率，降低不必要的能耗，保证运行符合经济性要求。2）车站选址首先考虑繁华地段，确保人流量足够大，能依靠附近建筑为地下运行空间带来更舒适的温湿度，降低日常能耗。除此之外，还能和附近建筑融为一体，避免占用过多土地，不但要充分发挥土地资源价值，而且要给周边居民提供便利，尽可能减轻周边交通压力，维护整体经济性。3）改善车站周边绿化环境，充分发挥植被保暖保冷作用，进一步降低能耗。当车站建于地面时，应对墙体周围与屋顶进行植被绿化处理，这样不但能改善城市绿化，而且有利于降低能源需求。

4城市轨道交通机电工程创新型节能

4.1太阳能+空气能热水技术

热水系统主要以电辅热、燃气或太阳能加热，还能实现独立式供热。联合供热。对于城市轨道交通系统而言，依托太阳能、空气能互补技术提供所需热水。供热水系统设置初始温度，安装感应器将温度传导至太阳能循环泵机组，日间能量充足，太阳能电池板蓄能后为循环泵输送电能，且持续为水箱输送动力；若能量不足，利用热泵提高水箱中水温，一旦处在预设温度，立即结束运行。热水器可选方案非常多，经全面分析比较，从经济性与效益出发选取最佳方案。相关方案详情见表2。经上述比较可知，太阳能、空气能热水器有一定不足，但经全面比较不难判断，这种方案拥有最低使用成本，整体投资少，寿命长，保温性与可靠性极强，故仍选取这一组合方案来处理。

4.2风光互补+储能的照明系统

现阶段，风电、太阳能发电已成为人们熟知的分布式能源，对于微网而言，储能技术占据重要地位。考虑到上述情况，通过三者有效融合，能做到优势互补，进而实现更大价值。依靠自然风能量，促使风机旋转，把风能转变成电能，同时，输入整流滤波、稳压电路，能够满足照明系统供电需求，一旦风力较小而太阳能充足，则能依靠光伏发电，由太阳能电池板转变成所需电能。若风力与阳光全部充足，还能选择储能电池储蓄多余电能，解决负荷瞬间变大时供电需要，由此建立实际所需的闭环微网系统[3]。5结语从城市轨道交通机电工程技术型、创新型、管理型节能3个方面，通过原有节能技术改进、节能新技术的引入、节能管理策略的介绍，制定供电系统节能策略，为建设经营者提供全面、整体的城市轨道交通机电工程节能参考，为城市轨道交通机电工程节能效果全面优化提升提供支持。

【参考文献】

【1】胡鹏.城市轨道交通列车运行能耗优化及仿真[D].成都:西南交通大学,2013.

【2】胡辉.面向节能减排的列车运行控制模型和算法研究[D].北京:北京交通大学,2013.

【3】刘国芬.北京地铁通风系统的现状分析和改进意见[J].铁道建筑.1995(3):15-18.

作者：刘毅 单位：福州中电科轨道交通有限公司