关键词：轨道交通；车辆节能；优化措施
1 对城市轨道交通节能的需求
在城市轨道交通日趋重要和线路发展越来越广的情况下，城市轨道交通的运行节能优化就体现的尤为重要。它不仅响应国家低碳环保的可持续发展战略，更为大大减少列车运营成本，提高列车使用效率做出重要贡献。
城市轨道交通近年来在中国迅猛的发展，自北京开通第一条地铁线路以来，上海，南京，广州，深圳，重庆，杭州等城市都相继开通了地铁，更多城市也在规划建设轨道交通线路。这不仅因为轨道交通有运能大，时间准，快捷便利的特点，更因为轨道交通相对公交汽车等传统交通方式低能耗的优势。在轨道交通运营过程中主要消耗电能，基本不消耗其它形式的能源。这样就能有效的减少温室气体的排放，节约石油等珍贵能源。
目前节能技术的研究已成为国内外学者研究的热点问题，同时城市轨道交通车辆的运行具有区间距离短、起动和制动频繁等特点，而制动所产生的能量有很大一部分消耗在车载的制动电阻上，由此产生的热量散发到地铁隧道内或空气中，使隧道内温度逐年升高，这给列车的运行带来诸多的不安全隐患，因此使得研究城市轨道交通车辆的节能运行成为当前研究的一个热点。
由于城市轨道交通的特点是区间距离短、列车运行密度高，这样列车在全线运行过程中必将有频繁的起动、制动过程。根据经验，车辆再生制动产生的反馈能量一般为牵引能量的40%甚至更多。而这些再生能量除了一定比例（一般为20%～80%，根据列车运行密度和区间距离的不同而异）被其他相邻列车吸收利用外，剩余部分将主要被列车的吸收电阻以发热的方式消耗掉或被线路上的吸收装置吸收。
2 车辆运行节能应遵循的原则
城市轨道交通列车运行过程中一般采用最节能最快速的运行策略，所以考虑到节约能耗需遵循以下几个原则：
1）列车起动时以所允许的最大加速度起动。
2）列车制动时采用所允许的最大制动力制动。
3）尽量避免使用空气制动，除非是停车制动。
4）中间过程则采用牵引和惰行相结合的运行策略。
3 能耗途径分析
城市轨道交通车辆的能耗主要包括列车牵引系统、辅助系统和控制系统（含照明）所消耗的能耗。其中牵引系统能耗是指从直流电网（DC1500V或DC750V）获取的驱动车辆运行的能耗；辅助系统能耗是指车辆空调通风、设备风机、空气压缩机、制动电阻风机等辅助设备所消耗的交流负载的能耗；控制及照明系统能耗是指采用DC110V的控制设备及照明消耗的直流负载的电能，如客室照明、头尾灯、网络控制、动态地图等能耗。根据湖北地铁多年的运营统计数据，牵引系统能耗占车辆总能耗的55%～65%；辅助系统（空调风机、空气压缩机等）能耗占车辆总能耗的25%～35%；照明及控制系统能耗占车辆总能耗的5%～10%。
4 节能技术
4.1 牵引系统节能
4.1.1 控制列车最高运行速度
车辆的最高限速与线路情况、车辆情况和运营要求密切相关。提高运营速度可缩短运行时间，有效提高运能，但能耗也随之增加。图1是针对1200m平直轨道进行的仿真分析，计算城轨车辆在不同运行速度下牵引能耗及运行时间的关系。60km/h的运行速度相比于80km/h，运行时间增加11s，牵引能耗可降低40％。由此可见，通过控制列车最高运行速度，降低列车牵引能耗的效果较为显著。因此，可在客流高峰时按最大运行速度全速运行确保大运量输送，在客流平峰、低峰时段则按照合适的低速运行，使列车节能。
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4.1.2 优化惰行模式
惰行是列车在运行过程中停止牵引或制动，列车在阻力作用下的惯性运行状态。列车在站间运行时尽量采用惰行是有效的节能措施之一。以下为对惰行进行仿真，分析惰行下能耗和运行时间的关系。仿真设定在2000m平直轨道上，最高限速设定为80km/h，列车以恒定加速度加速到最大速度后选择一定的惰行开始时刻进行惰行，惰行截止点应保证列车在恒定减速度下可以准确进站停车。仿真设定5种不同的惰行起始点时刻，对比“牵引--匀速--制动”工况下的巡航运行结果，对单列车运行时间和牵引能耗进行仿真试验。
4.1.3 优化停站时间
根据具体的客流情况，在客流量较少的站点有效调整和控制停站时间，弥补运行过程中因限速或惰行而延长的时间，保证全程运行时间要求，维持全程的平均旅行速度不变的前提下，有效降低车辆能耗。
4.1.4 优化运行图，实现能量对冲
列车牵引时，牵引系统从接触网吸收的电能在制动时约有40%~50%反馈电网。若多个列车同时制动却没有列车进行牵引而吸收电能，网压将迅速上升，导致不能进行再生制动，制动产生的电能以热能消耗在制动电阻上。优化列车运行图，通过调整运行图的发车间隔、停站和折返时间，合理协调整个线路中各列车的运行状态，即在正线上运行的列车尽可能保证制动状态与牵引状态列车数量相当，将线路中列车制动能量尽可能优先反馈给电网中正在牵引运行的列车，实现能量对冲，以避免制动时产生的能量以热耗散的方式消耗，达到节能的效果。
4.2 空调系统节能
4.2.1 变频技术节能
1)压缩机启动节能
当空调制冷负荷小于空调机组额定制冷量时，定频空调机组由于不能适应制冷负荷需求，只能靠不断的开停压缩机来维持客室温度。而变频空调机组可以通过低频低功率运行来维持客室温度，制冷量输出能更接近车辆实际制冷需求。定频空调机组压缩机每次开机至少要工作3分钟以上;停机2分钟后才能达到高低压力平衡，每次开停周期为5分钟。开停一次，增加一次开关损耗。而变频空调机组高频降温，低频连续运转维持恒温，避免频繁开停，减少开关损耗。
2)低频时提升空调能效比
变频压缩机在低频运行时，冷媒流量减小，换热器的面积相对增大，导致蒸发温度提高，同时冷凝温度下降，因此压缩机的压缩比降低，能效比提高。根据试验，同一制冷系统使用变频压缩机和定频压缩机，测试得到的能效比分别为7.6、4.6。
4.2.2 根据载客量或二氧化碳自动调节新风
城轨车辆空调中，新风能耗一-般约占空调总能耗的40%以上。因此，减少新风负荷是车辆节能的有效途径。可设计能够根据载客量或二氧化碳含量自动调节新风和制冷量的节能型空调。在客流稀少的早晨和夜间，降低车厢内部的新风量可避免不必要的冷气的流失，从而达到节能的目的。
4.3 控制及照明系统节能
根据统计，列车正常运行中客室照明占辅助系统直流负载总功率约50%,因.此可对原有的荧光照明灯具进行改造，采用LED照明灯具以实现节能。目前LED成熟产品光效能够达到110lm/W，而轨道交通车辆上普遍使用的T8荧光灯只有80lm/W。同时，荧光灯灯具总体损失值通常会占光源光通输出的40%。而LED其发光角度固定为120度,，其光通输出损失环节只有外部灯罩，因此，整个灯具采用LED作光源将带来更大的光效优势。经试验，相比于荧光灯照明，采用LED灯具照明可节能30%以上。.
结语
城市的迅速发展，为地铁行业的发展提供契机，城市地铁在运行中对于能源的需求愈来愈旺盛，因此，采取有效的措施，保证地铁车辆的有效运行，更好的降低其能源的消耗，本文通过对地铁运行中的一些降低能耗的措施的分析，更好的保证了今后地铁运行的有效运行。
参考文献：
[1]李晓婕，高岳达.供电系统节能降耗的措施探讨[J].中国高新区，2017（17）：123.
[2]樊军,秦萍.太阳辐射对城轨列车负荷的影响研究[J].制冷与空调（四川）,2016,(4).doi:10.3969/j.issn.1671-6612.2016.04.019.
论文作者:王英雄
论文发表刊物:《城镇建设》2019年 24期
论文发表时间:2020/3/4
标签：列车论文; 车辆论文; 节能论文; 轨道交通论文; 城市论文; 时间论文; 地铁论文; 《城镇建设》2019年 24期论文;