隨著城市軌道交通規(guī)模的爆發(fā)式增長，如何讓城市軌道交通更節(jié)能，似乎已經(jīng)成為眾多城市必須面臨的問題。
以北京地鐵公司為例，2012年能耗為13.16萬噸標(biāo)煤，耗電為8.53億度，而到了2013年能耗則為16.45萬噸標(biāo)煤，耗電則為11.24億度。預(yù)計(jì)今年年末能耗有可能達(dá)到20萬噸標(biāo)煤，耗電達(dá)到14億度。
據(jù)相關(guān)資料顯示，“十二五”規(guī)劃期間全國城市軌道交通總建設(shè)里程將超過3,000公里，我國將擁有世界上最大的城市軌道系統(tǒng)，其能耗也將是一個(gè)天文數(shù)字。
12月12日，在北京的首屆城市軌道交通供電系統(tǒng)技術(shù)設(shè)備研討會(huì)上，專家們似乎已經(jīng)形成共識(shí)。城市軌道交通節(jié)能問題，已經(jīng)不再僅僅是交通問題。高能耗，讓已經(jīng)它成為城市發(fā)展的一道隱形的“枷鎖”。
機(jī)車再生制動(dòng)能量回收
城市軌道交通對(duì)于城市的意義不言而喻，但是它的電能浪費(fèi)問題也一度被外界所忽略。
據(jù)相關(guān)研究資料顯示，城市軌道列車能耗能耗主要為列車牽引，其能耗占到了城市軌道能耗55%。但是眾所周知，地鐵站間距離比較短，列車啟動(dòng)、制動(dòng)比較頻繁，列車制動(dòng)導(dǎo)致40%列車牽引電能被消耗。而如果軌道本身存在坡度，制動(dòng)耗能則更高。
新疆烏魯木齊地鐵一號(hào)線、二號(hào)線存在較大的坡度，它消耗的電能比其他城市相對(duì)較高，中鐵電氣化勘測設(shè)計(jì)院總工程師王力天分析道。
常規(guī)機(jī)車制動(dòng)主要利用高強(qiáng)度電阻消耗機(jī)車動(dòng)能達(dá)到制動(dòng)目的，但是巨大體量的電阻一度成為列車巨大的負(fù)擔(dān)。高強(qiáng)度電阻體量較大，安裝在列車之上，增加列車的負(fù)載，其本身就消耗電能。另外，由于電阻要產(chǎn)生巨大的熱量，一度成為城市軌道交通的安全隱患。
而隨著日本開發(fā)的無車載電阻機(jī)車在國內(nèi)的推廣，電阻開始被從列車上移出，高達(dá)130℃的高溫存電阻的存放地依然讓人頭痛不已。
如今，一種嶄新的逆變回饋型技術(shù)正在逐步走進(jìn)城市軌道交通系統(tǒng)，這是一種將地鐵車輛制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的能量通過整流變壓器反饋回35千伏中壓環(huán)網(wǎng)，供城市軌道交通其他系統(tǒng)使用，這將會(huì)為城市軌道交通節(jié)省大量電能。
目前，該技術(shù)已經(jīng)在北京10號(hào)線二期、北京14號(hào)線西段、北京15號(hào)線西段得到示范性應(yīng)用，以西釣魚臺(tái)變電所為例，日節(jié)約電能達(dá)到了1555度。中鐵電氣化勘測設(shè)計(jì)院總工程師王力天分析道。
在國際上城市軌道交通儲(chǔ)能技術(shù)也在逐步發(fā)展成型。完全通過超級(jí)電容或者飛輪儲(chǔ)能技術(shù)把列車制動(dòng)能量儲(chǔ)存起來。超級(jí)電容技術(shù)在日本城市軌道交通已經(jīng)得到成熟應(yīng)用，國內(nèi)技術(shù)和國際尚存差距，要在國內(nèi)普及還需要時(shí)間。飛輪儲(chǔ)能技術(shù)由一家英國公司研發(fā)成功，目前已經(jīng)在美國、香港、法國等地區(qū)得到成功應(yīng)用，目前該公司被冀東水泥收購，相信該技術(shù)在不久將來也會(huì)在國內(nèi)得到推廣。
合同能源管理開啟新路徑
除了機(jī)車再生制動(dòng)能量回收的利用，一個(gè)合理的商業(yè)模式似乎也是城市軌道交通節(jié)能領(lǐng)域需要進(jìn)一步探索的。那么合同能源管理是否能給城市軌道交通的能耗問題帶來新的突破口呢？在這一點(diǎn)上，北京地鐵似乎已經(jīng)嘗到了甜頭。
合同能源管理1998年首次引入中國。它由專門的節(jié)能公司為客戶專門提供節(jié)能診斷、融資、改造等服務(wù)，以節(jié)能效益分享的方式，回收投資和獲得合理利潤，降低用能單位節(jié)能改造的資金以及技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。
北京市地鐵運(yùn)營有限公司設(shè)備部副部長王勝利表示，北京地鐵已經(jīng)從2012年首次采用合同能源管理的實(shí)施了6站2區(qū)間的LED照明的節(jié)能改造。截止2014年，推廣了10.6萬支LED照明，對(duì)18座車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能系統(tǒng)改造，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)年節(jié)電2600萬度的節(jié)電額度。
由于合同能源管理在一定程度上為北京地鐵技術(shù)改造提供了有效的融資方式，而且風(fēng)險(xiǎn)幾乎為零。通過項(xiàng)目管理，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能公司和北京地鐵的雙贏。
但是我們也必須得承認(rèn)，在節(jié)能改造過程中北京地鐵也遇到了難以逾越的各種困難。由于相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)尚未建立，國家的強(qiáng)制性CCC認(rèn)證不接受LED照明檢測，這讓在合同能源管理過程中缺乏相關(guān)的法律依據(jù)，其中隱藏的法律風(fēng)險(xiǎn)不容小覷。
事實(shí)上，更加有效的節(jié)能方式需要更加完善的能源管理系統(tǒng)的建立。得益于大數(shù)據(jù)技術(shù)的不斷發(fā)展，城市軌道交通系統(tǒng)已經(jīng)具備對(duì)能源的監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)、分析、預(yù)測的能力，通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，完全可以設(shè)計(jì)出最佳用能方案，能效評(píng)估、采取最優(yōu)調(diào)度方案，從而讓城市軌道交通做出最優(yōu)的決策方案。
2013年，北京地鐵就通過數(shù)字技術(shù)，先后20次對(duì)1、2、6、10、13、15號(hào)線，減小行車間隔，采取大戰(zhàn)空車、大小車套跑等等調(diào)度方式，在提高地鐵運(yùn)力的同時(shí)，全網(wǎng)百公里車牽引能耗下降大道2.85%，單位客運(yùn)周轉(zhuǎn)量耗電同比下降11.1%。北京市地鐵運(yùn)營有限公司設(shè)備部副部長王勝利表示。
分布式光伏進(jìn)城市軌道交通
東部城市分布式光伏消納問題一直讓困擾著分布式光伏的發(fā)展，而遍布城市的城市軌道交通無疑為分布式光伏的電力消納問題打開了一條嶄新的路徑。另外，城市軌道交通的車輛段的停車場，列檢庫、運(yùn)用庫、物資庫、綜合辦公樓、沿途車站等建筑蘊(yùn)藏著巨大的屋頂資源，十分適合發(fā)展分布式光伏。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，一個(gè)車輛端或者停車場的面積達(dá)到15萬-20萬平方米左右，能夠有效利用的太陽能發(fā)電的有效屋頂面積也在6萬-10萬平方米之間。
北京北變微電網(wǎng)技術(shù)有限公司總工程師孔啟祥表示，光伏發(fā)電完全可以向車輛段以及停車場內(nèi)用電負(fù)荷供電，還可以向軌道交通供電系統(tǒng)中壓電網(wǎng)供電。
目前，光伏BIPV方案為光伏進(jìn)一步融入城市軌道交通提供了可能性。BIPV方案是將光伏組件作為建筑材料應(yīng)用在建筑上，是集發(fā)電、隔音、隔熱、安全和裝飾功能為一體的建筑形式。
如果把BIPV方案應(yīng)用在城市軌道交通各種建筑中，將會(huì)為城市軌道交通節(jié)約大量的電能，那將是一個(gè)難以估計(jì)的天文數(shù)字。北京北變微電網(wǎng)技術(shù)有限公司總工程師孔啟祥表示。
事實(shí)上，該技術(shù)已經(jīng)在北京地鐵14號(hào)線張郭莊站得到運(yùn)用。該站點(diǎn)于2013年5月5日開通運(yùn)營，裝機(jī)容量為60千瓦的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)行，日均發(fā)電量達(dá)到40-50千瓦，承擔(dān)了該站三分之一的日常用電。
目前，光伏已經(jīng)快速進(jìn)入城市軌道交通，南京南站樞紐光伏電站裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到10.67兆瓦，而杭州東站樞紐光伏電站發(fā)電裝機(jī)也達(dá)到10兆瓦，并且已經(jīng)成功運(yùn)行。
太陽能組件安裝具有角度，所以一般利用雨水就可以清洗，但是如果長時(shí)間沒有降雨，需要人工對(duì)組件進(jìn)行清洗，這可能對(duì)軌道交通公司增加部分成本，但總體上來計(jì)算，對(duì)于城市軌道交通來說依然是利大于弊。北京北變微電網(wǎng)技術(shù)有限公司總工程師孔啟祥說。
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