津?yàn)I輕軌節(jié)能減排中的工業(yè)工程論文
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1能源利用現(xiàn)狀
以2013年1-10月為例，津?yàn)I輕軌主要區(qū)域耗能6675tce，其中電力占比85.73%，天然氣占比14.04%，水占比0.23%。主要消耗的能源是電力和燃?xì)狻ｋ娏︱?qū)動(dòng)牽引電機(jī)，完成由電能、機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，帶動(dòng)機(jī)車(chē)運(yùn)行。其中電力又分為牽引用電和動(dòng)力用電兩部分：牽引用電主要作用是輕軌機(jī)車(chē)運(yùn)行時(shí)牽引系統(tǒng)牽引電機(jī)用電及車(chē)上的照明、空壓機(jī)等輔助系統(tǒng)用電；動(dòng)力用電維持各個(gè)輕軌站正常運(yùn)行的用電，包括車(chē)站照明、電梯及辦公區(qū)用電等。而燃?xì)庵饕┦程?、鍋爐房等輔助生產(chǎn)生活用能。津?yàn)I輕軌系統(tǒng)的能源流向見(jiàn)圖。
2將節(jié)能減排技術(shù)融入運(yùn)營(yíng)生產(chǎn)
2.1供電系統(tǒng)
2.1.1電壓制式與電壓等級(jí)目前國(guó)內(nèi)外輕軌供電系統(tǒng)的電壓制式主要有DC750V和DC1500V兩種，津?yàn)I輕軌采用的DC1500V電壓等級(jí)可以顯著減少牽引變電所數(shù)量，全線(xiàn)牽引整流機(jī)組總安裝容量小，供電設(shè)備利用率高。另外，由于供電臂長(zhǎng)度較長(zhǎng)，位于同一供電區(qū)段的列車(chē)數(shù)量多，有利于列車(chē)再生能量的吸收利用。津?yàn)I輕軌中壓網(wǎng)絡(luò)采用35KV等級(jí)，35KV中壓網(wǎng)絡(luò)輸電半徑和容量大，電能損失小，設(shè)備完全實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，從設(shè)計(jì)之初就充分考慮了節(jié)能的合理可行性。
2.1.2無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)運(yùn)營(yíng)之初津?yàn)I輕軌主變電所35KV側(cè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)試結(jié)果表明，母線(xiàn)平均功率因數(shù)僅為0.4左右，且由于輕軌本身工作特性，尤其是夜間停運(yùn)后。使母線(xiàn)一直處于無(wú)功倒送狀態(tài)，并且母線(xiàn)中5、7、11、13次諧波電流超標(biāo)，造成能源浪費(fèi)。為抑制無(wú)功倒送、節(jié)約能源、消除諧波，津?yàn)I輕軌分三期對(duì)主變電所加裝無(wú)功補(bǔ)償裝置，深入開(kāi)展無(wú)功治理工作。為了防止出現(xiàn)過(guò)補(bǔ)和欠補(bǔ)情況，輕軌聯(lián)合設(shè)計(jì)院利用加拿大曼尼托巴大學(xué)PSCAD/EMTDC軟件建立負(fù)荷及電纜的仿真模型，得出無(wú)功補(bǔ)償容量。通過(guò)對(duì)集中式補(bǔ)償、分區(qū)集中補(bǔ)償、分布式補(bǔ)償三種方案的效果評(píng)價(jià)與經(jīng)濟(jì)對(duì)照，輕軌采用集中式補(bǔ)償方案，無(wú)功補(bǔ)償改造后供電系統(tǒng)無(wú)功功率基本維持在零附近，功率因數(shù)基本維持在0.99以上，創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益近90萬(wàn)元/月，每年節(jié)約1000萬(wàn)元電力費(fèi)用，年減CO2排量6220t。
2.1.3電力監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）電力監(jiān)控系統(tǒng)由設(shè)在控制中心主站的電力監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)，設(shè)在沿線(xiàn)各變電所被控站的全所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，設(shè)在車(chē)輛段供電車(chē)間的電力監(jiān)控復(fù)視系統(tǒng)及遠(yuǎn)動(dòng)通道組成，用于對(duì)沿線(xiàn)變電所內(nèi)主要電氣設(shè)備的遙控、遙信、遙測(cè)、遙調(diào)和遙視等。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了軌道交通電力輸配和消耗環(huán)節(jié)實(shí)施集中扁平化的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和數(shù)字化管理。通過(guò)運(yùn)營(yíng)行車(chē)組織及節(jié)能管理相互配合，可不斷改進(jìn)和優(yōu)化能源平衡，達(dá)到系統(tǒng)性節(jié)能降耗的管控一體化。
2.2車(chē)輛設(shè)備
2.2.1車(chē)體采用不銹鋼材料的輕量化整體承載結(jié)構(gòu)，流線(xiàn)型前端采用進(jìn)口樹(shù)脂玻璃鋼結(jié)構(gòu)，降低車(chē)輛負(fù)荷，提高了牽引動(dòng)力效率，降低了牽引能量消耗。
2.2.2采用由VVVF逆變器、交流異步牽引電機(jī)和微機(jī)控制裝置組成的動(dòng)力系統(tǒng)，使列車(chē)的智能動(dòng)力輸出有效降低牽引能耗。
2.2.3全封閉的車(chē)體填充了隔熱保暖材料，避免了車(chē)內(nèi)能量的流失。
2.2.4采用兩動(dòng)兩拖的混合編組，既滿(mǎn)足了運(yùn)營(yíng)需求又達(dá)到了節(jié)能減排的效果。
2.3機(jī)電系統(tǒng)
2.3.1屏蔽門(mén)系統(tǒng)：津?yàn)I輕軌地下段采用全封閉屏蔽門(mén)技術(shù)，大幅減少了隧道與站臺(tái)區(qū)域的熱量交換。
2.3.2空調(diào)系統(tǒng)：為了應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)定速空調(diào)能耗大、故障走高的問(wèn)題，津?yàn)I輕軌投資數(shù)百萬(wàn)元對(duì)車(chē)站中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行變頻改造，預(yù)計(jì)可節(jié)能20%以上。
2.3.3照明系統(tǒng)：地面車(chē)站充分利用自然光，并于2009年響應(yīng)國(guó)家號(hào)召全線(xiàn)集中采購(gòu)更換了節(jié)能燈具。
2.4自動(dòng)列車(chē)清洗設(shè)備
為實(shí)現(xiàn)廢水零排放，津?yàn)I輕軌自運(yùn)營(yíng)前就簽訂了西班牙自動(dòng)列車(chē)清洗設(shè)備的采購(gòu)合同，該設(shè)備具有先進(jìn)的循環(huán)再生過(guò)濾系統(tǒng)，分別采用固定沉淀、油脂分離、生物凈化、石英砂活性炭精濾等方式，有效除去水中污染物，達(dá)到回用達(dá)標(biāo)。根據(jù)使用情況統(tǒng)計(jì)，水處理系統(tǒng)每年可減少?gòu)U水排放23868t,節(jié)省開(kāi)支15萬(wàn)元。
3讓節(jié)能減排技術(shù)服務(wù)員工生產(chǎn)生活
3.1太陽(yáng)能
津?yàn)I輕軌投建車(chē)輛基地、停車(chē)場(chǎng)太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，通過(guò)搜集氣象資料，計(jì)算太陽(yáng)的輻照強(qiáng)度和集熱器面積，本項(xiàng)目共設(shè)計(jì)安裝集熱器125組，共計(jì)250m2，按照冷水溫度10℃，用水溫度45℃（即溫差35℃），太陽(yáng)能保證率按照75%計(jì)算，則250m2集熱器年產(chǎn)熱量約為1268008MJ。即安裝太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)后，每年可節(jié)約能量1268008MJ。按照太陽(yáng)能設(shè)備使用壽命15a計(jì)算，15a一共可以節(jié)約燃?xì)赓M(fèi)用約100～110萬(wàn)元。
3.2輻射采暖技術(shù)
車(chē)輛基地庫(kù)區(qū)（組合車(chē)庫(kù)、列檢車(chē)庫(kù)、特種車(chē)庫(kù)）負(fù)責(zé)日常輕軌車(chē)輛各種修程作業(yè)，庫(kù)區(qū)面積7.569×104m2，建筑主體采用輕鋼結(jié)構(gòu)門(mén)式鋼架，墻體為雙層加芯鋼板，平均高度達(dá)20m，由于不同庫(kù)區(qū)負(fù)責(zé)修程任務(wù)不同，并且同一庫(kù)區(qū)又劃分不同維修區(qū)域，機(jī)車(chē)維修通常為全天不定時(shí)開(kāi)展，導(dǎo)致供暖需要具有區(qū)域及進(jìn)段相對(duì)分散的特點(diǎn)。為了權(quán)衡庫(kù)區(qū)采暖在節(jié)能、環(huán)保、安全等要求，輕軌車(chē)輛基地庫(kù)區(qū)采暖系統(tǒng)擺脫了傳統(tǒng)的陳舊的暖通設(shè)計(jì)習(xí)慣，引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)的節(jié)能型采暖系統(tǒng)—燃?xì)膺h(yuǎn)紅外輻射采暖技術(shù)為車(chē)輛基地庫(kù)區(qū)作業(yè)供暖。輻射采暖系統(tǒng)比傳統(tǒng)的蒸汽采暖系統(tǒng)節(jié)能40％。對(duì)同樣的室內(nèi)溫度效果，該采暖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)熱負(fù)荷只需其它傳統(tǒng)采暖系統(tǒng)的80％～85％，且設(shè)計(jì)室溫可比對(duì)流型采暖系統(tǒng)低2～4℃，按照工況廠房室溫達(dá)到14℃的下限標(biāo)準(zhǔn)，采用熱水管網(wǎng)對(duì)流供暖每年需消耗燃?xì)?35.60×104m3，而采用輻射采暖系統(tǒng)供暖每年僅需消耗燃?xì)?26×104m3，節(jié)約燃?xì)赓M(fèi)用300余萬(wàn)元。
4結(jié)語(yǔ)
天津城市軌道交通將由單線(xiàn)運(yùn)營(yíng)跨入多線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)階段，低碳環(huán)保的軌道交通工具成為市民出行首選。為響應(yīng)環(huán)保號(hào)召，為建設(shè)“美麗天津”，為發(fā)展綠色交通，我們會(huì)不斷應(yīng)用工業(yè)工程原理，樹(shù)立問(wèn)題與改革意識(shí)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，考察分析，尋求對(duì)策，勇于改革和創(chuàng)新，優(yōu)化節(jié)能減排管理體系，引入先進(jìn)節(jié)能技術(shù)，持續(xù)提升運(yùn)營(yíng)水平，推動(dòng)區(qū)域發(fā)展，服務(wù)廣大市民。
作者：郭明 王巖 能宗鵬 單位：天津?yàn)I海快速交通發(fā)展有限公司
