城市轨道交通车站电气节能设计

城市轨道交通车站电气节能设计

张兰兰 

中交（广州）铁道设计研究院有限公司 510000

摘要： 城市轨道交通的快速发展带来了能源消耗剧增的问题，其中车站电气能耗约占轨道交通总能耗的30%～40%。本文在分析车站电气系统现状的基础上，从照明、动力、空调三个方面阐述了车站电气节能设计的基本措施，包括优化照明设计、提高配电效率、改善空调运行等。进一步探讨了再生制动能量回馈技术、太阳能光伏发电系统、能源管理与监控系统等关键技术在车站节能中的应用。通过合理的电气节能设计和节能新技术的综合应用，可全面提升车站电气节能水平，为城市轨道交通的可持续发展注入动力。

关键词：城市轨道交通；车站电气；节能设计；再生制动；光伏发电；能源管理

引言：随着城市化进程的加快，城市轨道交通以其运量大、效率高、污染小的优势，在缓解城市交通压力、引导城市可持续发展方面发挥着日益重要的作用。然而，城市轨道交通的快速发展也带来了能源消耗剧增的问题。据统计，城市轨道交通运营能耗已占城市总用电量的3%～5%，其中车站电气能耗约占轨道交通总能耗的30%～40%。因此，加强车站电气节能设计，对于降低轨道交通运营成本、提高能源利用效率、推进低碳交通具有重要意义。

1 城市轨道交通车站电气系统概述

1.1 车站照明系统

照明系统是车站电气的重要组成部分，主要包括站台、站厅、出入口、通道等区域的一般照明，以及灯箱广告、标识标牌等装饰照明。传统的车站照明多采用荧光灯，存在能耗高、寿命短、频繁更换等问题。近年来，LED灯凭借高效节能、使用寿命长、显色性好等优点，在车站照明领域得到广泛应用。相较于传统光源，LED灯可节电50%以上。但在实际应用中，LED灯也存在眩光大、光衰快等问题，需要在灯具选型、布局设计等方面进行针对性优化。

1.2 车站动力系统

车站动力系统是保障车站各类设备运行的基础，主要包括变配电系统、应急电源系统、动力照明系统等。其中，变配电系统是将市电引入并进行变压、配电，向车站各用电设备供电；应急电源系统是在市电中断时维持车站基本运营的备用电源，多由集中电源和EPS构成；动力照明系统是对车站设备机房、仓库等区域的照明供电系统。传统的车站变配电多采用定容量设计，存在设备选型过大、运行效率低等问题[1]。

1.3 车站空调系统

空调系统是维持车站舒适性的重要用能设备，多采用集中式空调或分体式空调。传统车站空调普遍存在设计余量过大、末端调节不灵活、群控管理缺失等问题，导致能源浪费严重。随着热泵技术、变频控制技术的发展，采用地源热泵、水源热泵等高效热泵空调，结合变频控制、分区控制等智能化措施，可大幅提高车站空调系统的节能水平。合理的新风控制策略也是实现车站空调节能的重要手段，通过优化新风量、新风时段，可在保障车站空气品质的同时，减少无谓的能量损失。

2 车站电气节能设计的基本措施

2.1 照明节能设计

车站照明节能设计的基本原则是在满足照度要求的前提下，最大限度降低照明功率密度。对于一般照明，应优先选用高效光源，如LED灯、T5荧光灯等，提高光源的发光效率；合理选择灯具，提高灯具的光通量利用率，减少无效光损失；优化灯具布置，减少灯具数量，避免过度照明。在站台、出入口等采光条件好的区域，可利用自然采光，减少人工照明时间。在站厅、通道等区域，可采用分区控制、定时控制等措施，降低照明能耗。对于装饰照明，应合理控制装饰照明功率，避免过度设计，并采用定时控制、光感控制等措施，减少不必要的照明时间[2]。

2.2 动力节能设计

在变配电系统设计中，应合理确定负荷等级，采用分级配电、分项计量等节能配电方式，提高供电可靠性和管理水平；应选择高效变压器，在满足负荷需求的基础上，适当降低变压器容量，提高变压器运行效率；在用电高峰时段，可采用电力需求侧管理措施，通过错峰用电、削峰填谷等手段，降低变配电系统的容量需求。在应急电源系统设计中，应合理确定应急负荷，避免过度设计；在动力照明系统设计中，应因地制宜采用节能灯具和智能控制措施，避免过度照明和照明浪费。

2.3 空调节能设计

车站空调系统节能设计的关键是提高系统效率和优化运行控制。在系统形式选择上，应因地制宜采用高效热泵系统，充分利用地源、水源等可再生能源，提高能源利用效率。在冷热源设计中，宜采用模块化、分布式的设计思路，根据负荷需求灵活调配，避免设备长期低负荷运行。在输配系统设计中，应合理分区、分级，减少输配能耗和过渡流量；采用变频控制、监控管理等智能化手段，实现主机、水泵、风机等设备的优化协同控制。在末端设计中，应采用变风量空调系统，减少送风能耗；合理划分空调区域，满足不同区域的温湿度要求。在新风系统设计中，应根据人员密度、空气品质要求等合理确定新风量；采用全热交换器等热回收装置，提高新风能量利用效率[3]。

表1 车站电气系统节能措施及效果分析

3 车站电气节能设计的关键技术应用

3.1 再生制动能量回馈技术

在城市轨道交通系统中，再生制动能量回馈技术是一项至关重要的节能手段。再生制动是城市轨道车辆普遍采用的一种制动方式，其核心理念在于将列车在制动过程中释放的动能转化为电能，并通过逆变技术将这些电能反馈回牵引供电网中。这一技术不仅实现了列车制动能量的有效利用，还显著降低了牵引供电系统的整体负荷需求，从而达到了显著的节能效果。

车站作为列车运行网络中的关键节点，其电气节能设计同样需要高度重视再生制动能量的回收与利用。通过回收再生制动能量，车站牵引变电所的供电压力可以得到有效缓解，进而提升整个供电系统的稳定性和效率。

再生制动能量回馈技术的关键在于提高再生电能的利用率。为实现这一目标，需要优化供电系统的设计，确保在再生电能反馈过程中，网压升高的幅度得到有效控制。此外，在用电高峰期，可以将车站内的照明、空调等用电设备接入再生制动回馈电网，实现再生电能的就地消纳。同时，建立再生能量储存装置也是提高再生电能利用灵活性的有效途径，通过削峰填谷的方式，进一步提升了再生制动能量的利用效率。

3.2 太阳能光伏发电系统应用

太阳能光伏发电是利用光伏电池将太阳能转化为电能的发电方式，具有清洁环保、安全可靠、施工便捷等优点。城市轨道交通车站屋顶和围护结构多有较大面积，具备良好的太阳能利用条件。在车站应用光伏发电，可显著降低车站运营能耗，提高能源自给率。光伏发电系统由光伏方阵、并网逆变器、配电设备等组成。光伏方阵宜采用高效单晶硅或多晶硅电池组件，提高发电效率；并网逆变器应采用最大功率点跟踪（MPPT）技术，实现光伏阵列输出功率的优化控制；配电系统应合理设计，确保光伏发电的可靠并网和安全稳定。光伏发电量随日照条件变化较大，应结合间歇性特点，优化逆变器容量配置，避免电能反送。

3.3 能源管理与监控系统

能源管理与监控系统是以计算机网络为基础，以数据库技术为依托，通过数据采集、传输、分析、控制等功能，实现对车站电气设备和能源系统的监测、诊断、优化、控制和管理。能源管理与监控系统通过在车站各用能系统中设置智能电表、传感器等采集单元，实时采集电能参数、设备工况等数据；利用通信网络将数据上传至管理平台，形成统一的信息共享机制；管理平台通过大数据分析，生成能耗统计报表、能效分析诊断等管理应用，为节能改造、设备维护等提供数据支持；根据分析结果，下发控制指令，实现车站用能设备的优化控制。能源管理与监控系统的应用，可实现能源精细化管理，挖掘系统节能潜力，保障车站电气的安全经济运行。

结语

城市轨道交通车站电气节能设计是一项系统工程，需要从照明、动力、空调等多个方面综合考虑。基于车站电气系统现状和发展需求，紧跟节能技术发展趋势，采取合理的电气节能设计措施，因地制宜应用节能新技术，是实现车站电气节能的必由之路。通过优化照明设计、提高配电效率、改善空调运行、应用再生制动能量回馈、推广光伏发电系统、构建能源管理与监控平台等措施，可全面提升车站电气节能水平。

参考文献：
[1]姜臻祺,韩玉雄.基于数字底座技术的城市轨道交通车站机电系统架构设计与应用[J].现代城市轨道交通,2024(4):22-27.

[2]周兵,文鹏.城市轨道交通大型换乘车站应急防灾设计[J].城市轨道交通研究,2024,27(3):220-224.

[3]石洋.站城一体化开发理念下的城市轨道交通车站设计研究[J].工程建设与设计,2024(16):71-73.