如何摆脱“高能耗”魔咒

日期:2015年11月4日 17:56

  随着城市轨道交通规模的爆发式增长,如何让城市轨道交通更节能,似乎已经成为众多城市必须面临的问题。
  
  以北京地铁公司为例,2012年能耗为13.16万吨标煤,耗电为8.53亿度,而到了2013年能耗则为16.45万吨标煤,耗电则为11.24亿度。预计今年年末能耗有可能达到20万吨标煤,耗电达到14亿度。
  
  据相关资料显示,“十二五”规划期间全国城市轨道交通总建设里程将超过3,000公里,我国将拥有世界上最大的城市轨道系统,其能耗也将是一个天文数字。
  
  12月12日,在北京的首届城市轨道交通供电系统技术设备研讨会上,专家们似乎已经形成共识。城市轨道交通节能问题,已经不再仅仅是交通问题。高能耗,已经让它成为城市发展的一道隐形的“枷锁”。
  
  机车再生制动能量回收
  
  城市轨道交通对于城市的意义不言而喻,但是它的电能浪费问题也一度被外界所忽略。
  
  据相关研究资料显示,城市轨道列车能耗能耗主要为列车牵引,其能耗占到了城市轨道能耗55%。但是众所周知,地铁站间距离比较短,列车启动、制动比较频繁,列车制动导致40%列车牵引电能被消耗。而如果轨道本身存在坡度,制动耗能则更高。
  
  新疆乌鲁木齐地铁一号线、二号线存在较大的坡度,它消耗的电能比其他城市相对较高,中铁电气化勘测设计院总工程师王力天分析道。
  
  常规机车制动主要利用高强度电阻消耗机车动能达到制动目的,但是巨大体量的电阻一度成为列车巨大的负担。高强度电阻体量较大,安装在列车之上,增加列车的负载,其本身就消耗电能。另外,由于电阻要产生巨大的热量,一度成为城市轨道交通的安全隐患。
  
  而随着日本开发的无车载电阻机车在国内的推广,电阻开始被从列车上移出,高达130℃的高温存电阻的存放地依然让人头痛不已。
  
  如今,一种崭新的逆变回馈型技术正在逐步走进城市轨道交通系统,这是一种将地铁车辆制动时产生的能量通过整流变压器反馈回35千伏中压环网,供城市轨道交通其他系统使用,这将会为城市轨道交通节省大量电能。
  
  目前,该技术已经在北京10号线二期、北京14号线西段、北京15号线西段得到示范性应用,以西钓鱼台变电所为例,日节约电能达到了1555度。中铁电气化勘测设计院总工程师王力天分析道。
  
  在国际上城市轨道交通储能技术也在逐步发展成型。完全通过超级电容或者飞轮储能技术把列车制动能量储存起来。超级电容技术在日本城市轨道交通已经得到成熟应用,国内技术和国际尚存差距,要在国内普及还需要时间。飞轮储能技术由一家英国公司研发成功,目前已经在美国、香港、法国等地区得到成功应用,目前该公司被冀东水泥收购,相信该技术在不久将来也会在国内得到推广。
  
  合同能源管理开启新路径
  
  除了机车再生制动能量回收的利用,一个合理的商业模式似乎也是城市轨道交通节能领域需要进一步探索的。那么合同能源管理是否能给城市轨道交通的能耗问题带来新的突破口呢?在这一点上,北京地铁似乎已经尝到了甜头。
  
  合同能源管理1998年首次引入中国。它由专门的节能公司为客户专门提供节能诊断、融资、改造等服务,以节能效益分享的方式,回收投资和获得合理利润,降低用能单位节能改造的资金以及技术风险。
  
  北京市地铁运营有限公司设备部副部长王胜利表示,北京地铁已经从2012年首次采用合同能源管理的实施了6站2区间的LED照明的节能改造。截止2014年,推广了10.6万支LED照明,对18座车站通风空调系统进行节能系统改造,已经实现年节电2600万度的节电额度。
  
  由于合同能源管理在一定程度上为北京地铁技术改造提供了有效的融资方式,而且风险几乎为零。通过项目管理,实现了节能公司和北京地铁的双赢。
  
  但是我们也必须得承认,在节能改造过程中北京地铁也遇到了难以逾越的各种困难。由于相关的国家标准尚未建立,国家的强制性CCC认证不接受LED照明检测,这让在合同能源管理过程中缺乏相关的法律依据,其中隐藏的法律风险不容小觑。
  
  事实上,更加有效的节能方式需要更加完善的能源管理系统的建立。得益于大数据技术的不断发展,城市轨道交通系统已经具备对能源的监控、数据采集、统计、分析、预测的能力,通过数据挖掘技术,完全可以设计出最佳用能方案,能效评估、采取最优调度方案,从而让城市轨道交通做出最优的决策方案。
  
  2013年,北京地铁就通过数字技术,先后20次对1、2、6、10、13、15号线,减小行车间隔,采取大战空车、大小车套跑等等调度方式,在提高地铁运力的同时,全网百公里车牵引能耗下降大道2.85%,单位客运周转量耗电同比下降11.1%。北京市地铁运营有限公司设备部副部长王胜利表示。
  
  分布式光伏进城市轨道交通
  
  东部城市分布式光伏消纳问题一直让困扰着分布式光伏的发展,而遍布城市的城市轨道交通无疑为分布式光伏的电力消纳问题打开了一条崭新的路径。另外,城市轨道交通的车辆段的停车场,列检库、运用库、物资库、综合办公楼、沿途车站等建筑蕴藏着巨大的屋顶资源,十分适合发展分布式光伏。
  
  据统计,一个车辆端或者停车场的面积达到15万-20万平方米左右,能够有效利用的太阳能发电的有效屋顶面积也在6万-10万平方米之间。
  
  北京北变微电网技术有限公司总工程师孔启祥表示,光伏发电完全可以向车辆段以及停车场内用电负荷供电,还可以向轨道交通供电系统中压电网供电。
  
  目前,光伏BIPV方案为光伏进一步融入城市轨道交通提供了可能性。BIPV方案是将光伏组件作为建筑材料应用在建筑上,是集发电、隔音、隔热、安全和装饰功能为一体的建筑形式。
  
  如果把BIPV方案应用在城市轨道交通各种建筑中,将会为城市轨道交通节约大量的电能,那将是一个难以估计的天文数字。北京北变微电网技术有限公司总工程师孔启祥表示。
  
  事实上,该技术已经在北京地铁14号线张郭庄站得到运用。该站点于2013年5月5日开通运营,装机容量为60千瓦的太阳能光伏发电系统正常运行,日均发电量达到40-50千瓦,承担了该站三分之一的日常用电。
  
  目前,光伏已经快速进入城市轨道交通,南京南站枢纽光伏电站装机容量已经达到10.67兆瓦,而杭州东站枢纽光伏电站发电装机也达到10兆瓦,并且已经成功运行。
  
  太阳能组件安装具有角度,所以一般利用雨水就可以清洗,但是如果长时间没有降雨,需要人工对组件进行清洗,这可能对轨道交通公司增加部分成本,但总体上来计算,对于城市轨道交通来说依然是利大于弊。北京北变微电网技术有限公司总工程师孔启祥说。
  

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