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节能技术
深圳地铁一期工程创新节能技术

1 深圳地铁一期工程基本情况

        深圳地铁一期工程总长21.8 km,20个车站,投资概算115.5亿元。2004年12月28日开通运营。实际造价平均为4.8亿元/km,机电设备平均造价为1.37亿元/km。目前,每年运营耗电1亿kWh以上,平均每公里年耗电约460万kWh。从运营成本构成来看,除了折旧、人工,能耗是第三大成本,约占总成本的18%、可变成本的36%,对地铁运营的经济社会效益影响很大。

2 耗能原因分析

2.1 主要耗能设备

       地铁是靠消耗电能运转的交通系统,深圳地铁一期工程运营1年耗电1亿kWh以上。由于深圳气候的原因,以及深圳地铁一期工程车站面积大、装备数量多、耗电功率大的特点,平均每公里年耗电约460万kWh,运营的电费占可变成本的36%左右,电费占地铁运营全成本的第3位。其中39%左右是空调通风系统的消耗,12%左右是电扶梯的消耗,二者相加消耗大于50%,占据了耗电的大头。

2.2 主要耗能原因

       从地铁通风空调系统和电扶梯的配置来看,由于近、远期客流的巨大差异,设计往往取最不利的工况来计算,造成初期设备容量、功率冗余过大,运行费用过高,尤其是缺少行之有效的节能调节控制手段。因此,长期以来,地铁通风空调系统和电扶梯一直处于高能耗、高磨损、低效率的运行状态,在深圳等南方城市成为地铁运营耗能的主要设备。

3 信息化节能技术

       深圳地铁主导的信息化变频率调通风和全变频扶梯节能技术在地铁系统节能控制技术中的应用,是典型的信息化提升传统工业产品节能水平的案例,该创新技术在耗电设备的可控制上集成了计算机、网络、通信、软件等技术,在设备系统中植入了信息化的“大脑和中枢神经系统”,从而实现智能化的监测控制。

3.1 信息化变频空调通风系统节能技术

3.1.1 节能控制技术

        信息化变频空调通风系统节能技术利用现代控制理论中闭环控制原理,为地铁车站空调通风设备提供了一个集计算机、软件、网络、控制、通信技术等深度集成的智能监控技术,通过变频调速,实现地铁车站空调通风系统的低能耗、高效率的运行状态。根据车站的客流量、温度、湿度的变化信息,通过传感器自动检测地铁车站的温、湿度,然后将信号输入控制器,经过与设定值比较运算,将计算结果送人变频器,自动调节风机的运行频率,实现对地铁车站公共区内温度、湿度连续和实时的闭环控制,自动调整地铁车站空调通风系统中电动二通阀的开度和各种送风机、排风机的运行频率,在保证车站内所要求的温度、湿度、新风量和换气次数的情况下,实现最大程度的节能运转。

       空调通风设备利用地铁专用网络集成于综合监控系统,构建了一个信息共享平台,在控制中心可以远程监控;车站控制界面动态显示即时温度和湿度、设备工作状态、设备工作频率,对该车站设备进行监控;控制参数可远程下载或就地设置;全过程实时自动调节温度、湿度,其控制精度为:温度±1℃,湿度±10%;并自动记录风机频率数据和站台、站厅温度数据。

3.1.2 节能效果

        根据频率数据,在满足换气次数(5次/h)、设计新风比(大于10%)的前提下,通过计算得出,地铁空调通风系统采用信息化变频技术与常规系统相比,节能超过70%。

        到目前为止,深圳地铁一期工程创新的信息化变频空调已成功运行4年多。运行实践证明,创新技术安全可靠,节能效果非常显著。根据查新报告,信息化变频空调通风节能技术在深圳地铁一期工程应用之前,国内外地铁领域尚无应用的先例。2007年获得国家实用新型专利。

        像深圳一样气候条件、同口径地铁的空调通风系统,若采用信息化变频空调通风节能技术,每个车站平均每年可节约电量约50万kWh,每个车站每年可以节约电费40万元(电费0.8元/kWh);同时,降低了设备运行噪声,延长了设备使用寿命。

3.2 信息化全变频扶梯节能技术

3.2.1 节能控制技术

        信息化全变频扶梯节能技术利用全变频控制技术能够进行无级调速的特性,为扶梯增加了用计算机软件、网络、控制、通信等深度集成的监控技术,通过变频调速实现对扶梯的效率凋控,使扶梯运行在节能状态。在无人乘梯时,将扶梯的电机转速调低,使输出功率减小;在有人乘梯时,迅速提高电机的转速,满足使用的需要,从而实现运行情况下的节能。

        深圳地铁一期工程扶梯使用量大,不计车站其他服务功能的扶梯,仅地铁专用的扶梯已达到220台,平均每个车站11台。扶梯每天运行17 h以上,耗电量较大,因此解决扶梯的节能问题显得比较重要。采用信息化全变频节能技术,可以根据客流量信息、扶梯驱动等的特点,调整每台扶梯的速度时刻表,分情况变速运行。速度时刻表可由控制中心、车站控制室下载到扶梯的控制器,利用变频器的无机调速功能,实现扶梯的分情况变速运行。车站的所有扶梯利用地铁专用网络集成于综合监控系统,构建了一个信息共享平台,在控制中心可以远程监控。

3.2.2 节能效果

        在220台扶梯上采用信息化全变频技术,即用信息化的手段给它们加装了控制网络系统,可以根据客流量情况,设置不同参数,对运行速度、时间做出调整,分时段控制扶梯运行速度,为科学地安排扶梯的运行速度和时问提供了选择的空间,实现了扶梯的分情况变速运行,较好地解决了扶梯在各种工况下的运行节能问题,节能效果在30%以上,提高了管理效率,降低了运营成本。深圳地铁一期工程共有扶梯220台,总额定功率约4000 kW,全部采用了信息化全变频扶梯节能技术,于2004年12月28日正式投入使用,每天运行17 h以上。根据深圳地铁一期工程的运行情况,按年节能30%计算,一年节电400万kWh以上。经过近4年的运营考验,扶梯运行稳定、安全可靠、维护费用低、节能效果显著。

4 信息化技术节能的意义

        深圳地铁一期工程创新的信息化变频空调通风节能技术和信息化全变频扶梯节能技术,将国家倡导用信息化改造传统工业产品节能的概念,率先用在了地铁的节能实践中;深圳地铁一期工程采用信息化节能技术后,总耗能比没有采用创新技术的地铁节电10%以上,年节电量将超过1000万kWh。

 

注:该文转自《快轨论坛》2009年第22卷第3期,作者简烁,深圳市地铁有限公司

 

 

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