謝偉-城市軌道交通節(jié)能減排技術(shù)分析與研究

城市軌道交通節(jié)能減排技術(shù)分析與研究演講者：深圳市地鐵集團有限公司謝偉

2014年5月8日1.節(jié)能減排及其意義2.城市軌道交通是否需要節(jié)能減排？3.城市軌道交通節(jié)能減排技術(shù)分析4.深圳地鐵在節(jié)能減排方面做的工作5.結(jié)束語目錄1．節(jié)能減排及其意義（一）1.1節(jié)能減排？2012年我國一次能源消費量36.2億噸標(biāo)煤，消耗全世界20%的能源，單位GDP能耗是世界平均水平的2.5倍，美國的3.3倍，日本的7倍，同時高于巴西、墨西哥等發(fā)展中國家。中國每消耗1噸標(biāo)煤的能源僅創(chuàng)造14000元人民幣的GDP，而全球平均水平是消耗1噸標(biāo)煤創(chuàng)造25000元GDP，美國的水平是31000元GDP，日本是50000元GDP。1．節(jié)能減排及其意義（二）節(jié)能減排就是減少能源浪費和降低廢氣排放中國扛著龐大的能源包袱，創(chuàng)造的價值只有世界平均水平的一半？我國快速增長的能源消耗和過高的石油對外依存度促使政府在2006年年初提出：希望到2010年，單位GDP能耗比2005年降低兩成、主要污染物排放減少一成。這兩個指標(biāo)結(jié)合在一起，就是我們所說的“節(jié)能減排”。1．節(jié)能減排及其意義（三）1.2節(jié)能減排的意義節(jié)能減排就是節(jié)約能源、降低能源消耗、減少污染物排放；是貫徹落實科學(xué)發(fā)展觀、構(gòu)建社會主義和諧社會的重大舉措；是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的必然選擇；是推進(jìn)經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整，轉(zhuǎn)變增長方式的必由之路；是維護中華民族長遠(yuǎn)利益的必然要求。1．節(jié)能減排及其意義（四）“十一五”規(guī)劃綱要中國“十一五”規(guī)劃綱要提出，“十一五”期間單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗降低20％左右、主要污染物排放總量減少10％?！笆晃濉睍r期，各地區(qū)、各部門認(rèn)真貫徹落實黨中央、國務(wù)院的決策部署，把節(jié)能減排作為調(diào)整經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式、推動科學(xué)發(fā)展的重要抓手和突破口，取得了顯著成效。全國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗降低19.1%，二氧化硫、化學(xué)需氧量排放總量分別下降14.29%和12.45%，基本實現(xiàn)了“十一五”規(guī)劃綱要確定的約束性目標(biāo)。1．節(jié)能減排及其意義（五）“十二五”節(jié)能減排主要目標(biāo)到2015年，全國萬元國內(nèi)生產(chǎn)總值能耗下降到0.869噸標(biāo)準(zhǔn)煤（按2005年價格計算），比2010年的1.034噸標(biāo)準(zhǔn)煤下降16%，比2005年的1.276噸標(biāo)準(zhǔn)煤下降32%；“十二五”期間，實現(xiàn)節(jié)約能源6.7億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。2015年，全國化學(xué)需氧量和二氧化硫排放總量分別控制在2347.6萬噸、2086.4萬噸，比2010年的2551.7萬噸、2267.8萬噸分別下降8%；全國氨氮和氮氧化物排放總量分別控制在238.0萬噸、2046.2萬噸，比2010年的264.4萬噸、2273.6萬噸分別下降10%。2.城市軌道交通是否需要節(jié)能減排？（一）2.1發(fā)展軌道交通是解決大城市交通問題的有效途徑，也是節(jié)能減排的重要措施相對于其他城市公共交通工具而言，軌道交通具有運量大、速度快、安全、準(zhǔn)點、保護環(huán)境、節(jié)約能源和用地等特點。一句話，方便、快捷、安全和環(huán)保是軌道交通優(yōu)勢！按照同等運能比較，軌道交通的能耗只相當(dāng)于小汽車的九分之一，公共汽車的二分之一。2.城市軌道交通是否需要節(jié)能減排？（二）2.2軌道交通行業(yè)投資巨大、運營成本居高不下在國家提倡建設(shè)節(jié)約型社會的時代主旋律下，如何建設(shè)節(jié)能的軌道交通系統(tǒng)成為軌道交通系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計與建設(shè)管理中的一個重要研究課題；是行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的方向和追求的目標(biāo)。3.城市軌道交通節(jié)能減排分析3.1城市軌道交通的能耗分析城市軌道交通是結(jié)合土木工程、車輛、信號、通信、供電、環(huán)控以及自動控制等各專業(yè)的綜合性系統(tǒng)工程，現(xiàn)代化的城市軌道交通更是應(yīng)用了大量新技術(shù)和新設(shè)備，在能源消耗方面主要有以下特點。軌道交通主要的能耗是電能，電費約占整個運營成本的30%。3.城市軌道交通節(jié)能減排分析（一）各種能耗的比列分析軌道交通主要的能耗是電能，電費約占整個運營成本的30%。軌道交通能耗一般可分為2個部分，即車輛所消耗的牽引電能和動力照明設(shè)備所消耗的電能（包括通風(fēng)空調(diào)、電梯和扶梯以及照明設(shè)備等）牽引能耗約占運營總用電量的50%～60%車站及區(qū)間動力照明用電約占40%至50%。對于地下車站，其通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的能耗約占整個車站總用電量的50%至60%，電梯扶梯約占運營能耗的10%～15%。3.城市軌道交通節(jié)能減排分析（二）3.2城市軌道交通節(jié)能減排的措施-建設(shè)方面：設(shè)計、施工土建工程車輛設(shè)備供電系統(tǒng)車站設(shè)備-通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、自動扶梯、

照明系統(tǒng)-運營方面：組織管理運輸管理設(shè)備運行管理3.城市軌道交通節(jié)能減排分析（三）建設(shè)：設(shè)計、施工土建工程線路節(jié)能設(shè)計——優(yōu)化線路節(jié)能坡。理想的線路縱斷面是將車站設(shè)在縱斷面的凸形坡段上，列車進(jìn)站時上坡將動能轉(zhuǎn)化為勢能，列車出站時下坡將勢能轉(zhuǎn)化為動能，有利于減少能量消耗。優(yōu)化車站空間和車站形式。以滿足軌道交通功能需求為主，合理確定與車站功能相匹配的空間規(guī)模，盡量避免設(shè)置不必要的地下空間，優(yōu)化車站規(guī)模，控制車站主體和附屬設(shè)施的總面積，以減少車站動力及照明用電；地下車站完全深埋于地下，與外部的冷熱交換相對較弱，設(shè)計中盡可能合理利用空間，減少車站規(guī)模和埋深，從而降低建設(shè)成本和提升費用。3.城市軌道交通節(jié)能減排分析（四）車輛設(shè)備降低車輛負(fù)荷、提高牽引動力效率、提高列車編組效率以降低牽引能量消耗。采用VVVF變頻變壓控制方式和采用再生制動與電阻制動的混合方式。提高主要系統(tǒng)和部件效率，如逆變器、電機等。提高車輛密封性，以降低空調(diào)能量的消耗。車輛空調(diào)設(shè)備采用制冷多檔調(diào)節(jié)和可根據(jù)載客量調(diào)節(jié)新風(fēng)的節(jié)能型空調(diào)。3.城市軌道交通節(jié)能減排分析（五）供電系統(tǒng)（1）合理選擇主變電站站址，既能實現(xiàn)資源共享，又能達(dá)到節(jié)能效果。主變電站位于供電范圍中心，可減少供電線路壓降，減少供電線路功力損耗，確保供電電壓質(zhì)量。結(jié)合線網(wǎng)規(guī)劃對主變電站合理共享，有效減少主變電站數(shù)量，減少設(shè)備損耗。（2）合理布置降壓變電所位置，根據(jù)動力負(fù)荷分布，車站降壓變電所盡量靠近車站負(fù)荷中心，減少配電線路長度和功力損耗。（3）選用調(diào)頻調(diào)壓控制的交流牽引系統(tǒng)，通過變頻調(diào)速，避免列車調(diào)速時因附加電阻消耗大量電能，因附加電阻發(fā)熱提高隧道內(nèi)的溫度而增加通風(fēng)量和制冷電能。3.城市軌道交通節(jié)能減排分析（六）（4）合理確定供電電壓等級，減少供電線路功力損耗。供電電壓等級越高，線路損耗越小。直流牽引網(wǎng)采用1.5

kV供電制式，與0.75

kV制式相比，由于電壓水平比較高，使?fàn)恳冸娝鶖?shù)量減少，牽引網(wǎng)的電流也較小，可大量降低變壓器和接觸網(wǎng)的電能損耗，節(jié)約運營成本。（5）變壓器選用損耗低的非晶合金變壓器，并采用全壽命周期成本方式進(jìn)行變壓器容量的選擇。（6）降低牽引網(wǎng)阻抗，有效降低牽引系統(tǒng)損耗，減少變電所的空載能耗。（7）在變電所低壓0.4

kV側(cè)選擇安裝合理的無功補償容量，保證整個軌道交通供電系統(tǒng)功率因數(shù)達(dá)到0.9以上，使低壓配電系統(tǒng)中的無功功率就地平衡，以降低低壓配電線路的損耗。3.城市軌道交通節(jié)能減排分析（七）（8）供電系統(tǒng)設(shè)置逆變回饋型再生制動能量回饋裝置可使在線設(shè)備實時逆變回饋再生制動能量，充分利用列車再生制動能量，提高再生能量利用率，節(jié)能效果好。（9）在主變電站設(shè)置SVG型動態(tài)無功補償裝置實現(xiàn)節(jié)能。SVG型動態(tài)無功補償裝置是基于大功率IGBT的全控型開關(guān)器件，既可向系統(tǒng)輸出容性無功功率，又可輸出感性無功功率，并能濾除系統(tǒng)各次諧波，解決軌道交通主變電站功率因數(shù)不合格問題，減少供電網(wǎng)絡(luò)中無功功率傳送導(dǎo)致的功率損耗，實現(xiàn)節(jié)能。（10）各種設(shè)備電機選擇高效電機，同時其工作點選擇在高效率區(qū)。3.城市軌道交通節(jié)能減排分析（八）車站設(shè)備通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)通過采用全封閉屏蔽門技術(shù)、風(fēng)機水泵變頻技術(shù)、空調(diào)冷凍水大溫差技術(shù)、集中供冷、水蓄冷技術(shù)等達(dá)到環(huán)控系統(tǒng)節(jié)能。（1）隧道通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能。一是采用全封閉屏蔽門系統(tǒng)技術(shù)。二是車站隧道通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)機采用變頻技術(shù)。（2）車站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)（大系統(tǒng)）節(jié)能。地下車站公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)組合式空調(diào)器、回/排風(fēng)機采用變頻技術(shù)。（3）制冷系統(tǒng)（水系統(tǒng)）節(jié)能。一是冷凍水系統(tǒng)采用大溫差技術(shù)。二是水泵采用變頻技術(shù)。3.城市軌道交通節(jié)能減排分析（九）-自動扶梯采用具有變頻調(diào)速功能的公共交通重載荷型自動扶梯，其特點是扶梯空駛一段時間后自動將運行速度由0.65

m/s切換到0.13

m/s的節(jié)能運行速度。當(dāng)有人乘坐扶梯時，通過傳感器感知，內(nèi)部變頻器將扶梯速度由0.13

m/s平穩(wěn)過渡到0.6