杭州地铁机电系统能效优化与节能技术研究

杭州地铁机电系统能效优化与节能技术研究

王鲍勇

杭州地铁运营有限公司  浙江省杭州市 310000

摘要：本文聚焦杭州地铁机电系统，分析能效现状与挑战。其能耗复杂且电力主导，子系统能耗差异大。现有节能措施有效，先进节能技术涵盖变频与智能化控制。能效提升策略包括设备管理维护及绿色智慧发展。未来可从技术创新、系统优化和运营管理等方向深入研究，为杭州地铁可持续发展及城市交通绿色转型助力。

关键词：杭州地铁；机电系统；能效优化；节能技术

1.引言

随着城市化进程加速，杭州地铁在城市发展中愈发重要，其机电系统能效优化与节能技术研究意义重大。提高能效可节能减排，空调能效标准提高一倍，能节约大量电量并减少二氧化碳排放；同时还能降低运营成本。当前面临挑战，供电系统复杂分散，长线路地铁环网供电难保证高等级负荷持续电力供应可靠性，且整流机组等带来谐波、超高次谐波及电压暂降等问题，威胁设备安全稳定运行。本文旨在深入研究杭州地铁机电系统能效优化与节能技术，实现提高能源利用效率、减少能源消耗，降低运营成本以助力2030年碳达峰和构建绿色低碳交通体系；增强系统稳定性和可靠性，减少复杂供电系统及谐波等问题影响，CET中电技术方案可实现故障预警等；为其他城市地铁机电系统能效优化提供参考，推动全国地铁行业可持续发展。

2.杭州地铁机电系统能效现状分析

2.1能耗构成及特点

杭州地铁机电系统能耗构成复杂，电力消耗占主导。杭州地铁运营主要能耗分布在牵引供电、环控、电扶梯和照明等设备中。牵引用电占地铁能耗50%-60%，是电力消耗主要部分；环控占25%-35%，涵盖通风空调系统各部分用电；电扶梯占2%-5%，照明占4%-7%，可见电力消耗占比极高。各子系统能耗存在明显差异，通风空调系统是能耗大户，受客流、新风等负荷影响，小系统用于设备用房温湿度调节，电能消耗稳定，大系统用于公共区域，能耗波动大[1]。照明系统电能消耗稳定，电扶梯设备能耗相对稳定但高峰低谷有变化。给排水设备雨季电能消耗大，正常时较少且稳定。弱电系统包括多种设备用电，能耗占比小，约为2%-4%。

2.2现有节能措施及成效

杭州地铁还积极引入新型设备，多联式组合空调机组，停运后可替代冷水机组为设备和管理用房供冷，以景芳站为例，一套总功率50.4KW多联机系统能满足供冷要求，一个空调季节能减少耗电6.1万度约节约5万元，还推迟冷水机组开启时间减少磨损，2016年2号线东南段车站统一加装多联机且预计一年内收回改造费用。蒸发式冷水机组将冷却水系统集成在冷冻机组内避免扰民，既有线路冷却塔式冷水机组和水泵能效系数为3.2-3.8，蒸发式冷水机组为3.9-4.4，负荷减小时蒸发冷风机变频运行能效系数可忽略，4号线部分特殊位置站点采用后节能效果良好。

2.3先进节能技术在杭州地铁机电系统中应用

2.3.1变频技术深度应用

变频技术在杭州地铁机电设备中节能潜力巨大。在主机制冷系统控制方面，热负荷调节将冷却压缩机限制在阈值范围内，通过内部控制器调节压缩机转速实现智能温度控制，能优化到实际温度要求，且在空调运行时可高温快速冷却，性能是同类空调两倍。杭州地铁某线路采用该技术后，夏季高温时段能降低车站内温度3-5摄氏度，提高乘客舒适度同时降低能源消耗。在地铁扶梯应用中，以往工频电源驱动存在启动电流大、空载浪费能源问题。采用变频技术后，解决了启动电流大问题并实现节能。利用传感器感应，有乘客时提升输入频率和电压使扶梯高速运行，无乘客则降低输入频率和电压保持节能状态。以杭州某地铁站四部自动扶梯为例，安装变频装置后平均节电率为22.5%，节约能耗降低成本且提升适用性。在变频节能控制技术作用下，地铁扶梯能根据客流量等数据自动调节速度时间表，实现变速运行。还可通过地铁专用网络建立集中监控系统，在信息化平台支持下实现远程控制和调节功能。

2.3.2智能化控制技术实践

在杭州地铁中，智能化控制在机电系统中有广泛应用。分布式控制系统发挥重要作用，实现集中管理和分散监控。杭州市科技局相关项目验收结果公示显示，该系统能有效整合地铁运行环节。在实际运行中，可对不同站点机电设备统一管理，实时监测运行状态，自动扶梯速度、通风空调温度调节等，且设备故障时能迅速定位并修复，提高运行可靠性和安全性。例杭州地铁6号线和杭临线运营调度可视化系统采用GQYS200分布式系统，可将综合信息分为多个功能区显示各线路信号，拓展性强。网络技术在地铁自动门等方面有重要联动作用。以地铁自动门控制系统为例，可编程控制器PLC是发展迅速工业控制装置，在杭州地铁自动门系统中，主要由PLC、感应器件、驱动和传动装置组成。提出以s7—400可编程序控制器为核心自动门控制系统，它是西门子高端产品，适合大中型系统控制，具有可编程、编程灵活简单、高抗干扰等特点。网络技术能实现自动门与其他机电设备联动控制，与信号、通风空调系统交互，确保自动门准确启闭，提高运行效率和安全性，还可实现远程监控和故障诊断，保障地铁正常运行。

3.杭州地铁机电系统能效提升策略

3.1设备管理与维护策略

设备安全周期管理对地铁机电系统维护管理效率极为重要。设备选型时，考虑能效性能、可靠性与可维护性，选高效节能设备并结合实际需求确定规格型号。设备验收严格依标准规范，检测性能指标和能效参数，不合格不接收，且建设备档案。设备升级改造也关键，杭州地铁应关注行业动态，对老旧设备如通风空调智能化改造以调节风量温度降能耗，对电梯扶梯变频改造提效率。配件分级管理可降成本、提服务。按重要性等因素分级，关键配件如电机、变频器严格库存管理并加强维护，一般配件依使用频率和成本定库存。分级管理可减少约 30% 储备品种和数量，降 20% 库存成本，提高管理效率与供应及时性，减少停机时间，提升系统可靠性与服务水平。

3.2绿色智慧发展策略

绿色智慧发展是杭州地铁未来重要方向，对能效提升意义重大。在绿色城轨发展行动方面，杭州地铁《绿色城轨发展行动方案》提出2030年实现碳达峰目标。为达此目标，大力推进光伏发电与区域电网融合应用，地铁站屋顶和空闲场地安装太阳能板后，为地铁运营提供大量清洁能源，屋顶太阳能板减少对传统能源依赖，降低能耗和碳排放[2]。同时，在列车牵引、制动和主变电所等关键领域采用新型节能技术产品，新型制动技术回收利用制动能量，主变电所采用高效节能变压器降低电能损耗。在智慧城轨发展规划方面，智慧车站建设和高可靠性无人驾驶列车对节能减排贡献显著。智慧车站集成先进信息技术，实现多种业务应用，通过智能化设备管理和控制，根据实际需求自动调节照明、通风、空调等系统运行状态避免能源浪费。高可靠性无人驾驶列车投运提高运营效率和安全性，具备多种全自动功能，减少人为操作能源浪费，运行更精准可优化速度和制动控制降低能耗。

4.结束语

本文研究杭州地铁机电系统能效优化与节能技术，杭州地铁机电系统能耗复杂且电力消耗主导，不同子系统能耗差异大；现有节能措施变频技术与新型设备成效显著；先进节能技术广泛应用，包括变频技术及智能化控制技术；能效提升策略中设备管理与维护、绿色智慧发展策略为实现碳达峰提供支撑。未来杭州地铁机电系统能效优化与节能技术技术创新、系统优化和运营管理等多个方面入手，不断探索新节能途径和方法，为推动杭州地铁可持续发展和城市交通绿色转型提供有力支持。

参考文献：

[1]地铁项目节能措施及效果研究[J]. 周鑫.交通节能与环保,2021(03)

[2]地铁环控大系统基于已知负荷模型的前馈控制策略讨论[J]. 林菁;付战莹;江洪泽;刘晓亮.都市快轨交通,2021(01)