低碳技术在城市轨道交通中的应用

【摘要】：虽然城市轨道交通在当前所有交通方式中最绿色环保的，但其耗能量、碳排放总数量仍旧非常大。怎样充分利用低碳技术降低耗能量、并且减少碳排放量已经成为城市轨道交通发展过程中不得不思考的一个问题。下面本文就从车辆轻量化技术；牵引、辅助与控制系统的高效率、节能化；供电系统的反馈储能与利用三个方面来论述低碳技术在城市轨道交通中的应用。

【关键词】：低碳技术；城市轨道交通；节能

中图分类号： TE08文献标识码： A

低碳技术，其主要英文意思即：low carbon，温室气体的低排放量，主要是是降低CO2排放量的各种技术。其中包括：①有害物质的较低污染及排放技术；②开发出新型绿色无污染的能源技术；③以较小的代价确保能源消耗量较低、利用率较高的技术；④CO2的捕获、埋存新技术；⑤新型回收利用技术。将低碳技术应用在城市轨道交通中，不但具有非常明显的技术、经济优势，而且还可以降低有害气体、CO2排放量及能源的消耗。

1.车辆轻量化技术

使用这种技术，首先需要确保车辆能够正常使用，然后采用各种办法降低列车重量，缩减其运行途中的能源消耗、运行周期成本等。根据西安北客站至机场铁路项目可行性研究报告中车辆选型分析可知，车辆的重量每减轻1吨，每年就可以节约8000kw/h的电能，降低CO2的排放量约6.3吨。而使车辆的整体质量变轻，最重要的是让车体变轻，因车体在车辆重量中占很大比例，所以，选用轻量化的材料是降低车体重量的有效方法。

其一，在设计车辆时就要选用性能较好的牵引电机、主逆变器功率等，当满足一定的运营速度时要尽可能用小功率零件，避免出现功率太大引起的车整体重量增加或者资源浪费的情况[1]。如：工程师们在研究上海地铁11号线北段工程应该用何种技术时，在保证旅行速度为37km/h的基础上，需要合理放宽启动加速度方面规定，将速度从0.5m/s2减少为0.4 m/s2，同时让牵引电机功率从240kw减少至200kw，而每一个单台电机质量就相应地减少75kg。

其二，需要优化牵引系统的通风方式。运用强迫风冷的牵引系统可大大降低设备本身质量，与同等功率的vvvF地铁牵引变流器相比，强迫的冷风要比自然走势的冷风降低800kg左右，同时还能提升车辆再生制动能力。但采用这种主要方式也要消耗一定数量的能量，故在设计车辆时需要综合考虑，找出最佳的通风冷却方法。

其三，零部件集成化。在设计车辆的过程中，针对车下高低压箱、制动设备、辅助逆变器等尽可能用集成安装，以避免分散安装带来重量增加的问题[2]。比如：可以将制动模块与各种不同的制动风缸集成安装，辅助逆变器与充电机集成于同一个箱体等，这样能够大大降低设备骨架重量。

其四，可以在车下面放置设备箱，立柱扶手、内装材料均选用铝合金材料，减轻每一节车的重量，采用C型导槽悬挂。可以肯定的一点是：在用车辆轻量化技术时，必须要保证车辆运行的安全性、稳定性，当进行一系列详细的计算研究后才能实施。

2.牵引、辅助与控制系统的高效率、节能化

其一，可以提升牵引电机、主逆变器等相关零部件的效率。在一般情况下，直流牵引电机效率低，只能达到（0.90~0.91），但是如果采用交流牵引电机，效率就能达到（0.92~0.93），当前用的新型永磁同步电机效率会更高，为0.97.主逆变器若用大功率的零件可降低能量运输消耗，而新型的逆变器其能量输送效率可以达到0.99左右[3]。同时也要提升齿轮传动的效率，这样才能全面提升牵引传动系统的效率。

其二，进一步提升再生制动能力。在城市轨道交通中，车辆停站，相应的牵引电机就会从电动机状态转变成发电机状态，因为主逆变器把车辆运行时的动能转化成再生电能，反馈给了电网，倘若在同一个供电区间内其它车辆需吸收能量，那反馈的能量就挥别需要能量的车辆吸收，这就能节约一定数量的能源。因此，设计车辆时，必须考虑到如何增大车辆的再生制动能力，避免能量的损失。

其三，车辆中空调系统的设置必须依据载客人数、CO2含量及自动调节风量。通常而言，车辆中，空调通风系统所消耗的能量占据整个辅助系统能量消耗的85%，甚至以上。因此，为了进一步降低空调的耗能量，需要适时采用节能型的空调，以自动调节新风。城市的早晨、夜间车辆载客人数不多，此时降低车厢中含有的新风量就可以避免流失一定量的冷/热气流。

其四，可以选用节能型LED光源，这种光源光效高、寿命长，如果将其运用在城市轨道交通中，每个20W的LED照明模型就能替换掉36W的荧光灯管，节约能源达到41.5%以上，平均每年就能节约电能总量将超过40万kw/h。

3.供电系统的反馈储能与使用

在城市轨道交通中，车辆制动停车过程中，需要向电网回馈能量。当电网吸收能力不强时，很多余下的能量就会被消耗在车辆自身系统携带的制动电阻上面，或者是摩擦空气的制动方面，利用能量的效率就会被大大降低。而若在供电电网中增设储存能量装置，其多余的能量就会快速地被储存在这个装置中，比如：超级电容装置。当遇到车辆需提速行驶时就会被释放出来，这样就节约了能耗。但是电容储能装备的储存量也是有限的，一般用在客流量较小的通行线路及轻轨车辆中，一旦轨道交通线路的运量很高，就需换用更高容量的装置[4]。如：新加坡这个城市的地铁供电系统使用逆变装置时，若车辆再生回馈的能量无法被电网充分吸收，逆变装置就会自动检测网压提高运行工作，把多余的能量反馈进供电变压器或相应的中压供电系统。

现阶段，我国还未大量开展有关节能使用的研究、实验工作，这是由于城市轨道交通运营的公司对节能投入、产出未产生清晰的定量认识。但是国际上新的节能模式正在被推广使用，这种模式是一种将现有的能源耗量当作基础，当和用户签订完能源使用管理合同之后，再用节能技术、新型设备节能等方法，来获得最大节能效益的新型服务模式。

总之，低碳技术在城市轨道交通中具有广阔的应用前景，当前世界各个国家为了解决紧张拥挤的城市交通问题，进一步实现绿色环保交通，都在不遗余力地推广城市轨道交通，希望能够实现降低能源消耗数量、同时减少CO2排放量的目标。相信未来随着城市轨道交通的发展，低碳技术将会越来越受到人们的欢迎。

【参考文献】

[1]陆键.当代世界城市低碳本位的交通战略[J].上海城市管理. 2011(01):23-24.

[2]马丽宣,汪莹.对城市交通发展的思考[J].内蒙古科技与经济. 2008(19):225-226.

[3]黄少卿.低碳交通模式及其在现代都市的普及——以上海为例[J].上海城市管理. 2010(04):42-43.

[4]伍勇.升级整合,城市公共交通产业发展的创新思考[J].现代城市轨道交通. 2009(06):156-157.