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孫寧:城市軌道交通裝備的節能減排
發布時間:2019-09-23 15:42:26閱讀:收藏
摘要:我們正在承擔的一個國家的科技項目——關于城市軌道交通低碳措施及測量評價體系示范研究。  我們知道綠色軌道交通就要綠色,但是從節能角度來講,因為它是用電大戶,所以我們提出了一個口號叫讓綠色交通更綠。比如北京,整個北京地鐵的用電量大概是北京整體的工業和民用的用電量的1%,雖然地鐵頻率的增高,按照現在的發展到2021年會到1.1%到1.2%。另外節能減排也有體系,如果國家不加緊措施來推進和沒有一個很好的評價體系,可能這些廠家對這些好的節能減排措施也用不上。所以我們的工作就是客觀公正的找到一個好的方法和一個好的體系來...

我們正在承擔的一個國家的科技項目——關于城市軌道交通低碳措施及測量評價體系示范研究。

  我們知道綠色軌道交通就要綠色,但是從節能角度來講,因為它是用電大戶,所以我們提出了一個口號叫讓綠色交通更綠。比如北京,整個北京地鐵的用電量大概是北京整體的工業和民用的用電量的1%,雖然地鐵頻率的增高,按照現在的發展到2021年會到1.1%到1.2%。另外節能減排也有體系,如果國家不加緊措施來推進和沒有一個很好的評價體系,可能這些廠家對這些好的節能減排措施也用不上。所以我們的工作就是客觀公正的找到一個好的方法和一個好的體系來選擇好的節能減排的系統給到我們鐵路和軌道交通。

  我這里介紹五個方面:第一,整個的節能減排評價體系的研究的綱要。第二,介紹一下評價措施及評價體系研究方法。第三,介紹一下現在的初步的研究成果,就城市軌道交能耗及其主要因素。第四,介紹一下新的評價方法。第五,介紹一下我們總結的若干的節能措施。

  整個的節能減排評價體系的研究的綱要

  我們作為一個科技部項目是很嚴謹的,所以我們的工作主要有六項。

  第一,對我國城市軌道交通的能耗現狀進行調查、分析。這個從06年開始一直持續到現在,而且我們的研究結果下來都不容樂觀。雖說大家都知道這是節能系統,但我們在調查結果中發現一些城市,尤其是新興的城市沒有用這些,所以我們很遺憾。然后是建立基于分類對象的能耗指標評價體系。所謂分類對象很簡單,主要是牽引系統和其他的動力用電系統

  第二,梳理目前城市軌道交通領域采用的各種節能措施。這是結合我們咨詢和監理和廠家的交流進行歸理,有車輛的、軌道方面的、弱電系統的,通風空調的等等。

  第三,是通過研究推動一個新的能耗指標評價方法,我們的評價體系是每百公里耗能,要分類。第五點也很重要,我們要客觀評價,建立一個能耗的遠程的監控與節能措施的客觀評價體系。也就是說我們通過第三方的智能電表和智能措施系統,來知道每一個系統的耗能是怎樣。這方面有一些公司已經做了類似的工作。最后,制定綠色城市軌道交通的設計導則,我們要制定這些方案,為國家從制定層面上提出建議。

  評價措施及評價體系研究方法

  我們第一是要建立一個調查分析,第二是要注意各個線路的分析,第三是形成一個評標體系,建立一個指標的評價體系。評價完以后這個指標出來以后,怎么評價呢?我們現在形成了一個遠程的能耗的監控與節能措施效果的評價的技術方案,就是一個智能電表,我們會區分牽引供電、動力供電、通風空調等等一系列的耗電的模式和耗電的特點,然后進行必要的檢測來判斷某一條線是否節能。另外,作為興建建設,我們要形成綠色的城市軌道交通的導則,這是我們跟城市建設局和深圳地鐵已經形成了第一稿。還有,我們還要做一項重要工作,因為是示范研究,所以我們要有一個典型的事例,就是我們要選一個典型的車站,采取節能措施用上。另一個車站呢,維持它的現狀。然后是同樣的客流量和同樣的服務水平,看它的節電效果怎樣。我們會選擇一個系統,我們這段時間所有的節能措施全上是怎樣的效果,不上是怎樣的效果。這樣來進行示范的研究,示范的向大家展示,然后大家交流,可以替換。

  另外,咱們國家節能減排是列入國家的一個發展戰略了,所以說我們也會匯同有關部門形成強勢的節能措施,比如未來的軌道交通系統我們一定要上節能裝置,比如說具備地熱條件的城市我們建議空調系統做地熱交換,這些是屬于強制推行的節能措施。比如對LED燈,比如變頻等等。還有一些是形成推薦的節能措施等等,最后還要推出我們不建議的某些系統不能上的。另外還要提出運行組織及運營管理的優化建議,我們也做過分析,發現好的運營組織如果優化管理,它的節能也是有效的。

  研究成果

  這是我們正在進行的一個研究,有一些成果,也不一定準確。我們的系統是一個系統的全面的節能,但真正的節能是來自于生產廠家的自身的動力,節能好了產品就會有競爭力。而我們發現城市軌道交通能耗的主要因素有這么幾點。第一個是電力是主要的能源;第二個是周期性非常明顯;第三個是牽引的能耗比重比較大,大概占50%以上,當然在南方占的少一點,因為南方通風空調用的比較多,對于高架線路占的比例多一些,大概接近60%;第四個受規劃設計的制約比較大,就是這個我不采取節能措施,但這條線路永遠是浪費電,就是一旦建成以后優化效果永遠是有限的;第五個不同線路間的可比性較差,比如敷設方式、地區差異、客流差異、服務水平等。我們很多參數也是選的對的,但是指標的量就比較難了。

  比如我們對牽引能耗的分析,它跟滿載率有關,北京2009年的百人公里牽引電耗,機場線還是不錯的。比較好的指標是滿載率越高指標越好,比如說5號線、2號線、13號線都是一個不錯的指標。所以這個指標也可以看出來,每條線的指標值差異很大。跟季節有變化,左邊這兩張圖是連續的兩年的計算,就是說季節與牽引電耗的相關關系表現在不同季節氣侯對車內空調設備或取暖設備用電量的影響上北京地鐵1號線、4號線的牽引電耗具有季節性影響。

  線路敷設方式,這個我們統計下來也發現了很多很有意思的規律。比如說每單位車公里的牽引電耗,以地下線的平均值是0.8%,等到地上值的時候就是0.7%了。原因是地下線路在隧道中空氣阻力比地上大,會增加牽引電耗,還有一個特點是節能坡在地鐵線路中有的時候不太好使用,不像高架線路很容易形成節能坡。動力照明電耗影響,跟車站的敷設方式就很明顯了,我看到有一條線設計的比較愚蠢,白天也在開,昌平縣有一個車站,弄一個很大的蓋子,沒辦法,白天也得開燈。從車站能耗節能我們可以看到,從城市軌道交通來講其實高架線是一種節能的選擇,當然對于景觀和噪聲和土地利用來講是不利的。

  車站環控制式,我們發現采用開式、閉式系統或屏蔽門系統的環控制式,是一個有效的節能方式,也是一個安全的裝備。

  季節變化,這里都有一些對應的指標,不一一解釋了。還有其他因素,車站規模,車站出入口的配置,以及儲量與分布、自動扶梯的高度及數量等都有關系。但不管怎樣我們都不能呼吁安全,我們節能的目的是讓老百姓享受更長久的生活環境,但是在這種服務過程中我們不能因為節能去降低服務指標。

  綜合能耗指標的評價方法

  這里頭是我們形成的幾個量值,我們第一個考察對象主要有三個方面。一個是車輛的能耗,一個是車載的能耗,一個是運營的效率。我們的工作在材料上有,不詳細說了,但不管怎樣這個指標就像一個評價,它是一個綜合指標。基于我們分類對對象的綜合能耗指標體系,有兩個圖,一個是百人公里的總電耗,一個是百人公里牽引電耗,這兩個指標要比較。然后單位小時的車站的能耗,單位車公里的能耗,對應乘以權重系數等形成了體系。

  我們經過研究會發現這么一個統計規律,就是說在大部分的城市軌道交通線路中,牽引供電大概占40~50%,通風空調大概占5~35%,包括給排水、照明、弱電照明、扶梯等等。從這里的能耗當中我們會發現誰是用電大戶我就可以采取更好的措施來節能。

  節能的措施的應用首先是從管理層面上形成管理機制,所以第一是要減少非必要的機電設備數量或控制設備運行的時間。舉個例子,我們車站大部分都用了UPS的電源,這種和集中式的節能會差很多,所以我們在車站上UPS的節能系統是一個推廣的措施。此外要提高運營設備的效率或改變運行方式來降低電力消耗;另外還要應用新能源替代電能,如太陽能光源和地社空洞和風能發電等等。我們也跟著國外一些地熱利用專家探討,他們講只要地下有流動水、有溫差,我們的地熱就可以用。另外通過設備監理、咨詢服務來通過對城市軌道交通節能的理念和方法進行推廣、管理和體現。

  若干的節能措施

  這里頭我羅列了若干系統的節能措施,比如車站的節能,它的環節是車體、轉向架、制動電阻、牽引系統、列控系統、行車組織等等。最后就是節能效果評價,大家知道,任何一個系統節能與否并不是生產廠家來說的,而是要客觀評價的,也不是運營部門為了得到一個節能的獎勵和補貼而說的清楚的。所以我們要用節能的效果評估就是要用清晰的測試系統來把你的指標清晰的反映出來,這樣我們才能有對應的指導節能措施,所以遠程的監控系統是非常有價值的。

  我們通過節能的研究要形成綠色城市軌道交通工程建設與運營的技術導則,都是以節能為目標的,在設計、在建設管理、在設備選擇和運營。

作者:中國鐵道科學院工程咨詢公司副總經理孫寧


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