谢伟-城市轨道交通节能减排技术分析与研究

城市轨道交通节能减排技术分析与研究演讲者：深圳市地铁集团有限公司谢伟2014年5月8日1.节能减排及其意义2.城市轨道交通是否需要节能减排？3.城市轨道交通节能减排技术分析4.深圳地铁在节能减排方面做的工作5.结束语目录1．节能减排及其意义（一）1.1节能减排？2012年我国一次能源消费量36.2亿吨标煤，消耗全世界20%的能源，单位GDP能耗是世界平均水平的2.5倍，美国的3.3倍，日本的7倍，同时高于巴西、墨西哥等发展中国家。中国每消耗1吨标煤的能源仅创造14000元人民币的GDP，而全球平均水平是消耗1吨标煤创造25000元GDP，美国的水平是31000元GDP，日本是50000元GDP。1．节能减排及其意义（二）节能减排就是减少能源浪费和降低废气排放中国扛着庞大的能源包袱，创造的价值只有世界平均水平的一半？我国快速增长的能源消耗和过高的石油对外依存度促使政府在2006年年初提出：希望到2010年，单位GDP能耗比2005年降低两成、主要污染物排放减少一成。这两个指标结合在一起，就是我们所说的“节能减排”。1．节能减排及其意义（三）1.2节能减排的意义节能减排就是节约能源、降低能源消耗、减少污染物排放；是贯彻落实科学发展观、构建社会主义和谐社会的重大举措；是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择；是推进经济结构调整，转变增长方式的必由之路；是维护中华民族长远利益的必然要求。1．节能减排及其意义（四）“十一五”规划纲要中国“十一五”规划纲要提出，“十一五”期间单位国内生产总值能耗降低20％左右、主要污染物排放总量减少10％。“十一五”时期，各地区、各部门认真贯彻落实党中央、国务院的决策部署，把节能减排作为调整经济结构、转变经济发展方式、推动科学发展的重要抓手和突破口，取得了显著成效。全国单位国内生产总值能耗降低19.1%，二氧化硫、化学需氧量排放总量分别下降14.29%和12.45%，基本实现了“十一五”规划纲要确定的约束性目标。1．节能减排及其意义（五）“十二五”节能减排主要目标到2015年，全国万元国内生产总值能耗下降到0.869吨标准煤（按2005年价格计算），比2010年的1.034吨标准煤下降16%，比2005年的1.276吨标准煤下降32%；“十二五”期间，实现节约能源6.7亿吨标准煤。2015年，全国化学需氧量和二氧化硫排放总量分别控制在2347.6万吨、2086.4万吨，比2010年的2551.7万吨、2267.8万吨分别下降8%；全国氨氮和氮氧化物排放总量分别控制在238.0万吨、2046.2万吨，比2010年的264.4万吨、2273.6万吨分别下降10%。2.城市轨道交通是否需要节能减排？（一）2.1发展轨道交通是解决大城市交通问题的有效途径，也是节能减排的重要措施相对于其他城市公共交通工具而言，轨道交通具有运量大、速度快、安全、准点、保护环境、节约能源和用地等特点。一句话，方便、快捷、安全和环保是轨道交通优势！按照同等运能比较，轨道交通的能耗只相当于小汽车的九分之一，公共汽车的二分之一。2.城市轨道交通是否需要节能减排？（二）2.2轨道交通行业投资巨大、运营成本居高不下在国家提倡建设节约型社会的时代主旋律下，如何建设节能的轨道交通系统成为轨道交通系统规划设计与建设管理中的一个重要研究课题；是行业可持续发展的方向和追求的目标。3.城市轨道交通节能减排分析3.1城市轨道交通的能耗分析城市轨道交通是结合土木工程、车辆、信号、通信、供电、环控以及自动控制等各专业的综合性系统工程，现代化的城市轨道交通更是应用了大量新技术和新设备，在能源消耗方面主要有以下特点。轨道交通主要的能耗是电能，电费约占整个运营成本的30%。3.城市轨道交通节能减排分析（一）各种能耗的比列分析轨道交通主要的能耗是电能，电费约占整个运营成本的30%。轨道交通能耗一般可分为2个部分，即车辆所消耗的牵引电能和动力照明设备所消耗的电能（包括通风空调、电梯和扶梯以及照明设备等）牵引能耗约占运营总用电量的50%～60%车站及区间动力照明用电约占40%至50%。对于地下车站，其通风空调系统的能耗约占整个车站总用电量的50%至60%，电梯扶梯约占运营能耗的10%～15%。3.城市轨道交通节能减排分析（二）3.2城市轨道交通节能减排的措施-建设方面：设计、施工土建工程车辆设备供电系统车站设备-通风空调系统、自动扶梯、照明系统-运营方面：组织管理运输管理设备运行管理3.城市轨道交通节能减排分析（三）建设：设计、施工土建工程线路节能设计——优化线路节能坡。理想的线路纵断面是将车站设在纵断面的凸形坡段上，列车进站时上坡将动能转化为势能，列车出站时下坡将势能转化为动能，有利于减少能量消耗。优化车站空间和车站形式。以满足轨道交通功能需求为主，合理确定与车站功能相匹配的空间规模，尽量避免设置不必要的地下空间，优化车站规模，控制车站主体和附属设施的总面积，以减少车站动力及照明用电；地下车站完全深埋于地下，与外部的冷热交换相对较弱，设计中尽可能合理利用空间，减少车站规模和埋深，从而降低建设成本和提升费用。3.城市轨道交通节能减排分析（四）车辆设备降低车辆负荷、提高牵引动力效率、提高列车编组效率以降低牵引能量消耗。采用VVVF变频变压控制方式和采用再生制动与电阻制动的混合方式。提高主要系统和部件效率，如逆变器、电机等。提高车辆密封性，以降低空调能量的消耗。车辆空调设备采用制冷多档调节和可根据载客量调节新风的节能型空调。3.城市轨道交通节能减排分析（五）供电系统（1）合理选择主变电站站址，既能实现资源共享，又能达到节能效果。主变电站位于供电范围中心，可减少供电线路压降，减少供电线路功力损耗，确保供电电压质量。结合线网规划对主变电站合理共享，有效减少主变电站数量，减少设备损耗。（2）合理布置降压变电所位置，根据动力负荷分布，车站降压变电所尽量靠近车站负荷中心，减少配电线路长度和功力损耗。（3）选用调频调压控制的交流牵引系统，通过变频调速，避免列车调速时因附加电阻消耗大量电能，因附加电阻发热提高隧道内的温度而增加通风量和制冷电能。3.城市轨道交通节能减排分析（六）（4）合理确定供电电压等级，减少供电线路功力损耗。供电电压等级越高，线路损耗越小。直流牵引网采用1.5kV供电制式，与0.75kV制式相比，由于电压水平比较高，使牵引变电所数量减少，牵引网的电流也较小，可大量降低变压器和接触网的电能损耗，节约运营成本。（5）变压器选用损耗低的非晶合金变压器，并采用全寿命周期成本方式进行变压器容量的选择。（6）降低牵引网阻抗，有效降低牵引系统损耗，减少变电所的空载能耗。（7）在变电所低压0.4kV侧选择安装合理的无功补偿容量，保证整个轨道交通供电系统功率因数达到0.9以上，使低压配电系统中的无功功率就地平衡，以降低低压配电线路的损耗。3.城市轨道交通节能减排分析（七）（8）供电系统设置逆变回馈型再生制动能量回馈装置可使在线设备实时逆变回馈再生制动能量，充分利用列车再生制动能量，提高再生能量利用率，节能效果好。（9）在主变电站设置SVG型动态无功补偿装置实现节能。SVG型动态无功补偿装置是基于大功率IGBT的全控型开关器件，既可向系统输出容性无功功率，又可输出感性无功功率，并能滤除系统各次谐波，解决轨道交通主变电站功率因数不合格问题，减少供电网络中无功功率传送导致的功率损耗，实现节能。（10）各种设备电机选择高效电机，同时其工作点选择在高效率区。3.城市轨道交通节能减排分析（八）车站设备通风空调系统通过采用全封闭屏蔽门技术、风机水泵变频技术、空调冷冻水大温差技术、集中供冷、水蓄冷技术等达到环控系统节能。（1）隧道通风系统节能。一是采用全封闭屏蔽门系统技术。二是车站隧道通风系统风机采用变频技术。（2）车站公共区通风空调系统（大系统）节能。地下车站公共区通风空调系统组合式空调器、回/排风机采用变频技术。（3）制冷系统（水系统）节能。一是冷冻水系统采用大温差技术。二是水泵采用变频技术。3.城市轨道交通节能减排分析（九）-自动扶梯采用具有变频调速功能的公共交通重载荷型自动扶梯，其特点是扶梯空驶一段时间后自动将运行速度由0.65m/s切换到0.13m/s的节能运行速度。当有人乘坐扶梯时，通过传感器感知，内部变频器将扶梯速度由0.13m/s平稳过渡到0.65m/s的正常运行速度，节能15%～20%。3.城市轨道交通节能减排分析（十）-照明系统（1）大力推广绿色照明，倡导节约能源，提高照明能效。照明产品选择高效、节能、寿命长的灯具，如LED灯具等。（2）采用智能电能计量管理系统（3）利用太阳能，光伏发电、太阳光光纤导入照明系统。地面建筑充分合理利用自然光，使之与室内人工照明有机结合，大大节约人工照明电能。3.城市轨道交通节能减排分析（十一）运营方面：组织管理、运输管理、设备运行管理-组织管理（1）精简人员，降低人工成本（2）一把手挂帅，建立和完善节能减排规章制度，落实责任制。从制度上保证节能管理目标的落实。（3）明确节能减排工作的量化指标和责任部门。制定节能减排工作的考核监督与奖励管理办法，充分调动员工的积极性。3.城市轨道交通节能减排分析（十二）-运输组织（1）合理安排列车运营对数有效降低车公里能（2）合理设置运营交路减少列车空驶率。（3）合理组织与引导客流，最大限度提高客运服务水平，减少设备负荷，减少周转时间，减少乘客在交通系统内部的碳排放量。3.城市轨道交通节能减排分析（十三）-设备运行管理（1）建立并实施有效的能源管理模式。（2）优化客运设备使用时间、数量（如闸机、自动售票机、自动扶梯），节约能源。（3）提高设备维护水平，消除缺陷和故障，保证设备高效运行。4.深圳地铁在节能减排方面做的工作（一）4.1积极推广采用新技术发挥设计主导作用，开展综合节能设计从线路建设开始，把节能减排作为发展方向。设计阶段作为投资控制和运营成效的关键阶段，对地铁节能发挥着主导作用。在设计阶段充分考虑轨道交通线路、行车组织、建筑装修、车辆、供电、通风空调、给排水、低压配电和综合监控等各专业的综合节能，能有效达到节能的目的。4.深圳地铁在节能减排方面做的工作（二）4.2设备系统节能减排措施供电系统直流牵引网采用1.5kV供电制式，合理选择主变电所所址和外部110kV电源点，优化供电网络，主变电所实现资源共享，有效降低线路损耗。照明灯具采用LED。车站设备全部线路均采用屏蔽门系统，高架车站采用自然通风和局部空调制冷的设计。车站环控系统在国内率先创新采用了信息化变频空调通风节能控制技术；地铁车站扶梯采用信息化全变频技术，这两项节能技术均获得实用新型专利，目前已被国内其它城市广泛推广使用。4.深圳地铁在节能减排方面做的工作（三）深圳地铁成为国内轨道交通节能减排的领跑者2012年深圳地铁运营总部实现节能约8285万度。2013年实现节能约8615万度。目前，深圳地铁运营总部每年通过技术节能、管理节能和节能改造举措约节电9472万kWh（参照1万kWh=1.229吨标准煤），折算节约标准煤约11640吨。4.深圳地铁在节能减排方面做的工作（四）建立院士工作站，开展节能减排技术2013年5月8日深圳地铁轨道交通节能减排技术研发院士工作站揭牌。轨道交通节能减排技术研发院士工作站由施仲衡院士、钱清泉院士领衔，深圳地铁集团与北京交通大学、西南交通大学两个高校共同组立。4.深圳地铁在节能减排方面做的工作（四）轨道交通节能减排院士工作站目前在如下三个新的领域创新发展节能减排技术研发：（1）灵活编组列车运营系统技术研究；（2）列车制动能量再生利用的技术和设备研发；（3）直流3000伏供电系统的研发。5.结束语政府机构率先垂范。全民动员，提高全民的节约意识。将节能减排宣传纳入重大主题宣传活动。大力弘扬“节约光荣，浪费可耻”的社会风尚，提高全社会的节约环保意识。节能减排是一项长期的工作节能减排中孕育着无限的商机谢谢！演讲者：