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城市軌道交通電氣節能設計解析
有良好健全的節能管理措施才能將節能落到實處，才能發揮設計系統與節能產品的作用，下面是小編搜集整理的一篇探究城市軌道交通電氣節能設計的論文范文，供大家閱讀參考。
摘要：針對軌道交通電氣節能設計，主要從各專業的系統設計方案、新型節能設備的應用、新能源的利用以及有效的能源管理入手，對比各種方案的利、弊，并結合注意事項，提出合理、新型的設計方案。
關鍵詞：軌道交通;電氣設計;節能管理;新技術
引言
節能設計需符合國家有關法律、法規、標準及規定的要求，對于軌道交通工程項目，從線路規劃、車站及車輛段選址、客流運營組織、車輛及各系統設備選型及維護、系統供電等方面進行合理、節能設計，以避免盲目投資和低水平重復建設。軌道交通是個多專業設計的復雜工程，因此應從各專業多方面全方位系統化地貫徹節能設計。
1軌道交通能耗情況簡介
軌道交通能耗主要是電能，還有部分是水、柴油、天然氣，折算為標準煤后，各種能耗計入總量并算其占比。柴油以線路巡檢車使用為主，量很少，在軌道交通總能耗中可忽略不計;生產生活用水與食堂使用天然氣兩項一起約占總能耗的1%;剩余99%左右都是電能。根據使用類別，電能又可分為列車牽引用電與動力照明等低壓設備用電，其中列車牽引用電約占50%～60%。動力照明等低壓設備主要有通風空調設備、給排水設備、照明設備、電扶梯屏蔽門等車站設備、通信監控弱電設備、車輛段工藝維修設備等，其中通風空調設備用電量約占低壓設備用電量的40%，車站設備約占20%，其余各專業均約占5%～10%。軌道交通地下車站居多，因此通風空調設備與電扶梯設備較多造成其能耗比重較大。了解軌道交通用能情況后，便可針對需要重點節能設計的專業，提出行之有效的設計方案并在后期重點監管。
2項目方案節能設計
2.1牽引節能設計
列車牽引能耗是軌道交通中最主要的能耗，且受到很多專業方案設計的影響，因此在牽引用電節能上需主要注意以下幾個方面。
(1)合理的線路方案有助于降低列車的牽引能耗，如盡可能減小長大坡道的提升高度，合理設置節能坡度，站與站間盡量采用最短連接路徑。
(2)行車交路應從配線、客流、交路長度及運營角度等方面進行多方案比選，在滿足客流需求的前提下，合理分時段設計運行交路與列車對數，盡量提高列車載乘率，少跑空車，以減少對空車和少乘客車輛的牽引用電量。
(3)應通過模擬仿真計算，合理布置牽引所，合理選擇牽引變壓器容量。
2.2低壓節能設計
軌道交通也因含有相當數量的車站與車輛段而產生大量的低壓能耗，特別是地下車站更是用能較大的單體建筑，因此在低壓用電節能上需注意以下幾個方面。
(1)線路的選擇應盡量避免地下車站埋深過大，否則通風空調與電扶梯這類主要耗電專業設備數量較多，功率加大，會使整個車站的用電大幅增加。
(2)車站建筑設計應考慮城市規劃與周邊環境，合理利用資源，根據周邊自然環境，結合各專業設計，建立綜合節能觀念。
(3)車輛段/場選址應有良好的接軌條件，方便行車組織，提高運營效率，減少列車空走距離、空走能耗。選址應結合市政規劃、環境保護等綜合考慮�？偲矫嬉矐鶕に嚵鞒毯侠聿季郑詼p少不必要的調車與設備運輸。
(4)通風空調系統、給排水系統及車站設備等應根據其工況合理提出控制模式，設計控制系統。全日車站此類負荷變化較大，存在明顯的早、晚客流高峰等特征，其自動控制系統應實現系統的季節性與時間性調節，以達到節能運行目的。自動扶梯采用變頻控制，無人乘坐時運營速度僅為正常速度的20%，以減少空載耗電量。
(5)采用就地與集中相結合的無功補償方式，使功率因數不低于0.9。認真考慮三相負荷的平衡問題，確保最大相負荷不超過三相負荷平均值的15%。
3設備產品的選用
選用低能耗、高能效的設備及產品，是軌道交通節能設計中必不可少的。有評定標準的設備應按國家相關標準選型，無評定標準的應采用先進技術設備，禁止采用國家明文禁止或淘汰落后的設備。
3.1車輛
車輛是軌道交通牽引能耗的使用者，選擇適合的車輛，對牽引節能貢獻是非常大的。車輛的車型、材料影響著自重，若車體采用整體承載鋁合金焊接輕型結構，則車輛自重可合理減少，牽引耗能會降低。滿足動力要求時，合理選擇牽引電機和車輛編組動拖比，讓牽引電機工作在最佳能效狀態也是節約牽引用能的關鍵�？照{設備、照明設備、空氣壓縮機等列車輔助能耗設備也應選擇高能效產品。
3.2供電設備
變壓器的使用能耗應符合GB/T10228—2008《干式電力變壓器技術參數和要求》的規定。電線電纜也應按照經濟電流密度要求合理選型。
3.3機電設備
通風空調專業的大型風機屬于高耗能設備，應滿足GB19761—2009《通風機能效限定值及能效等級》中關于“1級能效等級”的相關要求;車站清水離心水泵(主要有空調系統冷凍水泵與冷卻水泵)應滿足GB19762—2007《清水離心泵能效限定值及節能評價值》的要求;其余機電設備國家也均有評定要求。
3.4照明
軌道交通工程照明主要采用節能型熒光燈，配電子鎮流器，所選燈具及鎮流器均應符合國家頒布的相關照明能效限定值及節能評價值的標準。推廣應用LED燈也是非常有必要的。
4節能管理
要想達到節能效果，需從系統設計方案、節能產品使用和節能管理體制上考慮。節能管理工作應更加具體化，更具備可實施性。
4.1計量配備
完善的能源計量器具，有利于對運營、車輛設備維護及商業用電實行分別檢測和控制，嚴格成本核算和能耗定額管理。能源計量器具應嚴格按GB17167—2006《用能單位能源計量器具配備和管理通則》中的要求進行配置及校驗。不僅要實行分類計量，對大型用電設備還應單獨設置計量進行監控。能源計量器具配備率為：RP=NSN1×100式中，RP為能源計量器具配備率;NS為能源計量器具實際配備數量;N1為能源計量器具理論需要配備數量。
4.2管理措施
有良好健全的節能管理措施才能將節能落到實處，才能發揮設計系統與節能產品的作用。管理措施主要包含健全的節能管理制度、完善的能源機構及人員配備、合理的能源計量器具管理、持續全面的能源統計與監測等，若再配合能源管理系統，則會產生事半功倍的效果。
5新能源新技術的使用
5.1逆變-再生制動裝置
目前城市軌道交通系統常用的電制動方式有再生制動和電阻制動。再生制動最大的好處是節能，當列車下坡或進站時，通過再生制動裝置，列車的動能或勢能轉化為電能，返回至接觸網被相鄰列車吸收，從而使能量得到有效的回收利用，但是再生制動產生的電能很難被完全吸收利用，多余的電能會造成接觸網電壓升高，影響正常運行。電阻制動將多余電能消耗在制動電阻上轉化為熱能，可防止接觸網電壓的持續升高。逆變-再生制動即是用逆變裝置部分或完全取代制動電阻，使接觸網上多余的電能不再轉化為熱能，而是回饋至低壓配電系統，使能量得到充分利用。
5.2地源熱泵系統
軌道交通的車輛段/場面積較大，有采用常溫地源熱泵機組作為冷、熱源的條件。淺埋水平管具有施工維護簡單、造價低、受地面溫度影響大的特點，但地下巖土冬夏熱平衡好，因此可采用地下埋管換熱器為單溝二層四管形式的地源熱泵。
5.3太陽能與光導系統
軌道交通除了地下車站外也有車輛段/場內大面積的單體建筑及一定數量的高架車站，如何利用自然光與太陽能也是設計應該考慮的問題。高架車站鋼結構屋頂與車輛段/場內大型維修庫屋面等都有條件設置太陽能板或光導裝置，因此可根據城市的太陽光照射情況及建筑朝向和周邊環境等因素合理選擇太陽能或光導系統。
6結束語
經過對軌道交通設計各專業的思考，體會到電氣節能設計不僅牽涉到電氣專業或某幾個專業，而且牽涉到所有相關設計專業，需總體全面掌控，然后還要貫徹到今后的施工、運營使用等環節，缺一不可，否則無法達到節能效果。
參考文獻：
[1]GB50157—2013地鐵設計規程[S]
[2]GB50189—2005公共建筑節能設計標準[S]
[3]GB17167—2006用能單位能源計量器具配備和管理通則[S]
[4]GB/T23331—2012能源管理體系要求[S]
[5]2013年國家發展改革委第21號令修正[Z]產業結構調整指導目錄C2011年本修正
[6]中華人民共和國國家發展和改革委員會第6號令固定資產投資項目節能評估和審查暫行辦法[Z]
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