305淺談城市軌道交通的環(huán)保節(jié)能與未來展望(精)2

淺談城市軌道交通的環(huán)保節(jié)能與未來展望張旻銘(上海地鐵維護保障有限公司,上海201103摘要:近年來軌道交通在大陸發(fā)展迅速,各省會城市均在建設(shè)或正準(zhǔn)備建設(shè)軌道交通,部分二級城市也開始發(fā)展軌道交通。地鐵是大運量的城市軌道交通運輸系統(tǒng),也是耗電量的大戶。本文通過對軌道交通能源使用的現(xiàn)狀進行分析、比較與展望,從而使軌道交通趨于低碳節(jié)能的方向和滿足未來的可持續(xù)發(fā)展。關(guān)鍵詞:軌道交通;能源;節(jié)能;可持續(xù)發(fā)展1地鐵能源使用情況分析隨著全球能源形勢日趨嚴(yán)峻,政府對節(jié)能工作越來越重視,不僅制訂頒布了有關(guān)的法律法規(guī),同時各級地方政府根據(jù)中央的要求針對各行業(yè)特點對行業(yè)節(jié)能目標(biāo)進行了細化和分解,并制定了相應(yīng)的工作措施。城市軌道交通行業(yè)是當(dāng)前大陸正逐漸發(fā)展壯大的新興行業(yè),是城市大運量公共交通的主要方式。有關(guān)研究資料表明,同等運量條件下城市軌道交通比汽車能耗低3~4倍,因此城市軌道交通是一種節(jié)能型的公共交通方式。盡管如此,由于城市軌道交通系統(tǒng)組成復(fù)雜、設(shè)備數(shù)量眾多,其在運營過程中還是需要消耗大量能源,如果在規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)以及運營等各環(huán)節(jié)做好節(jié)能研究、策劃和管理工作,一定程度上還是可以節(jié)約能源的。地鐵運營過程中消耗能源的主要形式是電能。根據(jù)對地鐵的用電負荷統(tǒng)計分析,能耗主要分布在列車牽引用電和各種動力照明設(shè)備用電,如通風(fēng)空調(diào)、自動扶梯、照明、弱電設(shè)備等方面。從圖1中可見,地鐵列車牽引用電和各種動力、照明用電量比例約各占50%。牽引供電、通風(fēng)空調(diào)、電扶梯、照明等的能耗占地鐵總能耗的90%左右,是節(jié)能工作的重點。因此,應(yīng)對地鐵中主要用電設(shè)備以及持續(xù)性運轉(zhuǎn)的大負荷容量設(shè)備加強能源管理和監(jiān)控,并對采用變頻等節(jié)能技術(shù)措施的設(shè)備做好經(jīng)濟技術(shù)考核和對比分析工作。分析監(jiān)控的能2城交通關(guān)標(biāo)也很義。從線以及應(yīng)用用等在設(shè)處理地鐵能源析管理系統(tǒng)控系統(tǒng)的骨能源數(shù)據(jù)集城市軌道交雖然城市通在大陸真標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)要很難借鑒。因從城市軌線路、建筑及運行圖編目前在這用、供電系等等,但在一設(shè)計時對于理好各專業(yè)源管理系統(tǒng)是統(tǒng)。全線設(shè)置骨干網(wǎng)絡(luò)從各集中監(jiān)控和管交通節(jié)能理念市軌道交通在真正大規(guī)模發(fā)要求等方面因此,在設(shè)軌道交通的實、車輛及運制等方面考這些專業(yè)領(lǐng)域統(tǒng)變壓器容一條線路上于節(jié)能可作系業(yè)的接口,提圖1地鐵是以穩(wěn)定可置一個能源管各車站、車管理。念在世界上已發(fā)展也只是面還很少涉及設(shè)計階段提出實際情況分運行控制方式考慮。域都已經(jīng)分容量合理化上全面考慮和系統(tǒng)性考慮提高節(jié)能措鐵各系統(tǒng)耗可靠的計算機管理中心。車輛段等能源已經(jīng)有100多是近10多年來及,而且國出合理的節(jié)分析,要建設(shè)式、供電系分別取得一些化、弱電專業(yè)和綜合應(yīng)用慮,即不僅要措施的綜合效耗能分布圖機網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成能源管理中源子站中獲多年的歷史,來逐漸開始國外在這方面節(jié)能理念對于設(shè)一條節(jié)能效系統(tǒng)、站場機些成果,如節(jié)業(yè)UPS綜合化用還比較少。要應(yīng)用好已有效率。成的集中式數(shù)中心可通過獲取能源數(shù)據(jù)但是現(xiàn)代始的。這個領(lǐng)面也還沒有于提高節(jié)能效果良好的機電設(shè)備系節(jié)能坡、車化、節(jié)能設(shè)。為了取得良有的單項節(jié)數(shù)據(jù)采集監(jiān)過地鐵既有綜據(jù),以實現(xiàn)全代化的城市軌領(lǐng)域內(nèi)節(jié)能的有系統(tǒng)化,能效果有重要的線路基本可系統(tǒng)等專業(yè)設(shè)車輛再生制動設(shè)備和太陽能良好節(jié)能效節(jié)能措施,而監(jiān)控綜合全線軌道的有目前要意可以設(shè)計動的能應(yīng)效果,而且地鐵在滿足公共交通功能需求的同時,應(yīng)按照合理用能的原則,推進先進節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用,加強節(jié)能管理和能耗控制,以提高能源利用效率,降低運營成本。3城市軌道交通節(jié)能實例在地下空間內(nèi)采用綠色、高效、環(huán)保以及耐久性能好、使用壽命長的LED光源代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直管熒光燈和高壓鈉燈,并對洞內(nèi)照度作現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的無級自動調(diào)光控制,其應(yīng)用前景良好。2008年,香港地鐵與九洲光電,在全球最先引入LED作為地鐵車廂和站臺照明光源,受到了廣泛關(guān)注。時至今日,九洲光電的LED車廂光源經(jīng)歷了2年的實際測試,真正做到了零故障、零光衰,受到了香港地鐵和社會各界的一致好評。香港環(huán)保促進會將明智環(huán)保采購大獎授予香港地鐵,彰顯其對社會的責(zé)任及打造香港成為綠色城市上作出的貢獻。圖2香港地鐵車站地鐵運營的能耗主要集中在三個方面:牽引機車、內(nèi)部照明、空調(diào)系統(tǒng)。目前牽引機車、空調(diào)系統(tǒng)的各項技術(shù)已經(jīng)成熟,而且各項新技術(shù)在已經(jīng)完工的地鐵中無法大規(guī)模應(yīng)用,對節(jié)能貢獻不大。目前地鐵系統(tǒng)中能進一步挖掘節(jié)能潛力的就是地鐵的內(nèi)部照明。地鐵環(huán)境中無法應(yīng)用自然光,車廂、站臺、通道內(nèi)必須完全使用人工光源進行24小時照明,因此地鐵內(nèi)部照明系統(tǒng)的能耗甚至要高于其空調(diào)系統(tǒng)。香港地鐵采用了九洲光電為地鐵專門設(shè)計的車廂用LED光源。此款光源為優(yōu)化設(shè)計的28瓦LED光源,替代車廂內(nèi)原有的2根36瓦熒光燈,一根LED節(jié)能燈每一千小時節(jié)電就達到了49度;按照六年壽命周期內(nèi)每天亮燈20小時計算,一根LED節(jié)能燈將節(jié)電2146度,減少2.36噸的溫室氣體排放。環(huán)保促進會的相關(guān)人士對地鐵的LED照明推崇備至,其綠色環(huán)保的概念不僅僅表現(xiàn)在電能的節(jié)省上,同時減少了對地鐵車廂的頻繁維護,降低了維修過程中的人工、材料開支,提高了車輛的出勤率。更重要的是,如果采用熒光燈管,6年內(nèi)需要更換6次,一支LED燈具就減少了12支熒光燈管的使用,避免了熒光燈中汞元素對環(huán)境的污染。4城市軌道交通新能源太陽能是一種清潔、可再生能源,同時還具有無污染、無噪聲、規(guī)模大小隨意的特點。因此,如需用一種能源來代替現(xiàn)有的電能,那太陽能無疑是第一選擇。每條軌道交通線路均設(shè)有停車場、車輛段和控制中心,部分軌道交通還設(shè)有高架站和高架區(qū)間,其場地上的優(yōu)勢為太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在城市軌道交通中的應(yīng)用提供了可能。圖3太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)4.1太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池組件、太陽能控制器、蓄電池(組等組成。(1太陽能電池板。將太陽的輻射能力轉(zhuǎn)換為電能,送往蓄電池中存儲起來,或推動負載工作。(2太陽能控制器。太陽能控制器的作用是控制整個系統(tǒng)的工作狀態(tài),并對蓄電池起到過充電保護、過放電保護的作用。在溫差較大的地方,控制器還應(yīng)具備溫度補償?shù)墓δ??？刂破鬟€可以增加光控開關(guān)、時控開關(guān)等其他附加功能。(3蓄電池。一般為鉛酸電池,其作用是在有光照時將太陽能電池板所發(fā)出的電能儲存起來,到需要的時候再釋放出來。(4逆變器。太陽能的直接輸出一般都是DC12、24、48V。為能向AC220V電器提供電能,需要將太陽能發(fā)電系統(tǒng)所發(fā)出的直流電能轉(zhuǎn)換成交流電能,因此,需要使用DC-AC逆變器。4.2太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)分為離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。4.2.1離網(wǎng)發(fā)電離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)通常配備蓄電池組和逆變器,白天光伏組件產(chǎn)生的電能經(jīng)過控制提供給負載,并將多余的電能存入蓄電池組內(nèi),夜間或陰雨天蓄電池組內(nèi)的能量經(jīng)逆變器轉(zhuǎn)換成交流電后供給負載。常應(yīng)用于通信、遙測、監(jiān)測設(shè)備電源,農(nóng)村的集中供電,航標(biāo)燈塔、路燈等。4.2.2并網(wǎng)發(fā)電并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)是光伏陣列產(chǎn)生的直流電經(jīng)過并網(wǎng)逆變器轉(zhuǎn)換成符合市電電網(wǎng)要求的交流電之后直接接入市電網(wǎng)絡(luò)。在陰雨天或夜晚,光伏陣列沒有產(chǎn)生電能或者產(chǎn)生的電能不能滿足負載需求時就由電網(wǎng)供電。因為直接將電能輸入電網(wǎng),免除配置蓄電池,省掉了蓄電池儲能和釋放的過程,可以充分利用太陽能陣列所發(fā)的電力,從而減小了能量的損耗,并降低了系統(tǒng)的成本。4.3太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在城市軌道交通中的應(yīng)用4.3.1車輛段及停車場應(yīng)用方案城市軌道交通車輛段一般有2座檢修庫以及辦公樓、食堂及物資總庫等房屋若干。2座檢修庫的面積一般在20000~35000m2,按目前的技術(shù)條件,每平米太

陽能電池板的安裝容量可達100W左右，2座檢修庫的屋頂均可安裝太陽能電池板，屋頂利用率按50%計算，則每個檢修庫的裝機容量可達1.0～1.75MW。城市軌道交通停車場一般有1座停車列檢庫，1棟綜合辦公樓以及材料庫及洗車庫等房屋若干。停車列檢庫的面積一般在20000m2以上，屋頂利用率按50%計算，裝機容量可達1.0MW。4.3.2控制中心應(yīng)用方案城市軌道交通控制中心一般位于市內(nèi)交通繁忙地段，高度一般在50～100m，地理位置上的優(yōu)勢為其創(chuàng)造商業(yè)價值提供了條件，在控制中心靠南的一面墻壁裝設(shè)太陽能光伏幕墻，并在幕墻上安裝LED廣告牌，白天利用太陽能幕墻吸收太陽能，并將太陽能轉(zhuǎn)換的電能存儲于蓄電池組，夜晚蓄電池組釋放能量，點亮LED廣告牌，可以做到既美觀又節(jié)能環(huán)保，而軌道交通公司則可以通過出租或出售廣告牌的方式獲取商業(yè)利益。4.3.3高架站及高架區(qū)間應(yīng)用方案部分城市軌道交通線路在靠郊區(qū)位置擁有一定數(shù)量的高架車站和高架區(qū)間，高架車站的屋頂和高架區(qū)間橋的側(cè)面可以考慮裝設(shè)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，在高架區(qū)間可以裝設(shè)太陽能檢修燈，這樣做不僅美觀，而且示范效果顯著。4.3.4應(yīng)用形式車輛段和停車場由于可安裝的光伏發(fā)電系統(tǒng)容量較大，其應(yīng)用形式應(yīng)為并網(wǎng)發(fā)電，這樣不僅便于管理維護，而且可以取消蓄電池的配置。白天天氣晴朗時，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)出的電能可供停車場和車輛段部分負荷使用，差額部分從中壓環(huán)網(wǎng)中獲??；夜晚或陰雨天，停車場和車輛段的負荷從環(huán)網(wǎng)中獲取電能。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在控制中心、高架車站和高架區(qū)間的應(yīng)用形應(yīng)為離網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)配置蓄電池組。白天天氣晴朗時，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)儲存能量；夜晚或陰雨天，蓄電池組通過逆變裝置向負載供電，當(dāng)蓄電池組能量耗盡時，由自動轉(zhuǎn)換裝置將負載切換到環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)。4.4國外可借鑒的經(jīng)驗歐洲首座太陽能鐵路隧道在比利時投入運營，該隧道屬巴黎--荷蘭阿姆斯特丹高鐵的一部分，長約3．2km，已于2011年6月第1列“綠色火車”經(jīng)過比利時區(qū)段開始啟用?；疖囘\行所需電力全部由16000塊太陽能電池板提供，電池板設(shè)置

在隧道越嶺的山體表面。4.5太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在軌道交通應(yīng)用的發(fā)展前景太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)目前正處于初期推廣階段，在城市軌道交通實際應(yīng)用中建議按以下優(yōu)先順序考慮太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的安裝：控制中心、車輛段、停車場、高架區(qū)間、高架車站，即優(yōu)先考慮在控制中心的安裝，最后考慮在高架車站的安裝。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的造價較高，在實際使用中如遇到投資受限，則可以通過減小系統(tǒng)規(guī)模，達到系統(tǒng)造價與投資額的匹配。5地鐵節(jié)能的未來與展望在太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、潮汐能等各類可再生能源中，太陽能成為專家們的首選。不管從資源的數(shù)量、分布的普遍性，還是從清潔性、技術(shù)的可靠性來看，太陽能都比其他可再生能源更具有優(yōu)越性。目前我國已成為世界第二大二氧化碳排放國。二氧化碳產(chǎn)生的污染不僅對居民健康和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成嚴(yán)重損害，還使我們面臨巨大的國際壓力。我國地處北半球，太陽能資源異常豐富，總面積2/3以上地區(qū)年日照時數(shù)大于2200h。目前太陽能光伏發(fā)電技術(shù)已日趨成熟，是最具可持續(xù)發(fā)展理想特征的可再生能源技術(shù)之一。對于節(jié)能減排，最為行之有效的方法，除了使用太陽能替代現(xiàn)在的電能，我們還可以使用LED照明替換現(xiàn)有的照明系統(tǒng)。低碳環(huán)保不是為了大幅度降低企業(yè)的生產(chǎn)運營成本，而是在重視社會、環(huán)境責(zé)任的同時也要關(guān)注企業(yè)自身的利益，采用LED等各項新技術(shù)不但能減少對環(huán)境的污染，同時也能給企業(yè)帶來更多的利潤。在這一點上，香港地鐵的經(jīng)驗是值得大家學(xué)習(xí)的。采取綠色低碳經(jīng)濟發(fā)展策略是大陸城市軌道交通發(fā)展的必然選擇。在積極探索發(fā)展新模式過程中，應(yīng)采取措施從根本上實現(xiàn)能源體系的轉(zhuǎn)型，解決好傳統(tǒng)的自然資源短缺的問題，大力降低溫室氣體排放量，實現(xiàn)城市經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。有條件地逐步開發(fā)太陽能光伏發(fā)電、采用LED照明系統(tǒng)以及進一步推廣智能型LED節(jié)能照明燈具等都是重要方面。建立節(jié)能型的地下空間，是一項爭取逐步實現(xiàn)的遠大目標(biāo)。

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