津濱輕軌節(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，津濱輕軌主要區(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氣。電力驅(qū)動牽引電機，完成由電能、機械能的轉(zhuǎn)換，帶動機車運行。其中電力又分為牽引用電和動力用電兩部分：牽引用電主要作用是輕軌機車運行時牽引系統(tǒng)牽引電機用電及車上的照明、空壓機等輔助系統(tǒng)用電；動力用電維持各個輕軌站正常運行的用電，包括車站照明、電梯及辦公區(qū)用電等。而燃氣主要供食堂、鍋爐房等輔助生產(chǎn)生活用能。津濱輕軌系統(tǒng)的能源流向見圖。
2將節(jié)能減排技術(shù)融入運營生產(chǎn)
2.1供電系統(tǒng)
2.1.1電壓制式與電壓等級目前國內(nèi)外輕軌供電系統(tǒng)的電壓制式主要有DC750V和DC1500V兩種，津濱輕軌采用的DC1500V電壓等級可以顯著減少牽引變電所數(shù)量，全線牽引整流機組總安裝容量小，供電設(shè)備利用率高。另外，由于供電臂長度較長，位于同一供電區(qū)段的列車數(shù)量多，有利于列車再生能量的吸收利用。津濱輕軌中壓網(wǎng)絡(luò)采用35KV等級，35KV中壓網(wǎng)絡(luò)輸電半徑和容量大，電能損失小，設(shè)備完全實現(xiàn)國產(chǎn)化，從設(shè)計之初就充分考慮了節(jié)能的合理可行性。
2.1.2無功補償技術(shù)運營之初津濱輕軌主變電所35KV側(cè)現(xiàn)場實際測試結(jié)果表明，母線平均功率因數(shù)僅為0.4左右，且由于輕軌本身工作特性，尤其是夜間停運后。使母線一直處于無功倒送狀態(tài)，并且母線中5、7、11、13次諧波電流超標，造成能源浪費。為抑制無功倒送、節(jié)約能源、消除諧波，津濱輕軌分三期對主變電所加裝無功補償裝置，深入開展無功治理工作。為了防止出現(xiàn)過補和欠補情況，輕軌聯(lián)合設(shè)計院利用加拿大曼尼托巴大學PSCAD/EMTDC軟件建立負荷及電纜的仿真模型，得出無功補償容量。通過對集中式補償、分區(qū)集中補償、分布式補償三種方案的效果評價與經(jīng)濟對照，輕軌采用集中式補償方案，無功補償改造后供電系統(tǒng)無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)濟效益近90萬元/月，每年節(jié)約1000萬元電力費用，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)在沿線各變電所被控站的全所綜合自動化系統(tǒng)，設(shè)在車輛段供電車間的電力監(jiān)控復(fù)視系統(tǒng)及遠動通道組成，用于對沿線變電所內(nèi)主要電氣設(shè)備的遙控、遙信、遙測、遙調(diào)和遙視等。該系統(tǒng)實現(xiàn)了軌道交通電力輸配和消耗環(huán)節(jié)實施集中扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數(shù)字化管理。通過運營行車組織及節(jié)能管理相互配合，可不斷改進和優(yōu)化能源平衡，達到系統(tǒng)性節(jié)能降耗的管控一體化。
2.2車輛設(shè)備
2.2.1車體采用不銹鋼材料的輕量化整體承載結(jié)構(gòu)，流線型前端采用進口樹脂玻璃鋼結(jié)構(gòu)，降低車輛負荷，提高了牽引動力效率，降低了牽引能量消耗。
2.2.2采用由VVVF逆變器、交流異步牽引電機和微機控制裝置組成的動力系統(tǒng)，使列車的智能動力輸出有效降低牽引能耗。
2.2.3全封閉的車體填充了隔熱保暖材料，避免了車內(nèi)能量的流失。
2.2.4采用兩動兩拖的混合編組，既滿足了運營需求又達到了節(jié)能減排的效果。
2.3機電系統(tǒng)
2.3.1屏蔽門系統(tǒng)：津濱輕軌地下段采用全封閉屏蔽門技術(shù)，大幅減少了隧道與站臺區(qū)域的熱量交換。
2.3.2空調(diào)系統(tǒng)：為了應(yīng)對傳統(tǒng)定速空調(diào)能耗大、故障走高的問題，津濱輕軌投資數(shù)百萬元對車站中央空調(diào)系統(tǒng)進行變頻改造，預(yù)計可節(jié)能20%以上。
2.3.3照明系統(tǒng)：地面車站充分利用自然光，并于2009年響應(yīng)國家號召全線集中采購更換了節(jié)能燈具。
2.4自動列車清洗設(shè)備
為實現(xiàn)廢水零排放，津濱輕軌自運營前就簽訂了西班牙自動列車清洗設(shè)備的采購合同，該設(shè)備具有先進的循環(huán)再生過濾系統(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，達到回用達標。根據(jù)使用情況統(tǒng)計，水處理系統(tǒng)每年可減少廢水排放23868t,節(jié)省開支15萬元。
3讓節(jié)能減排技術(shù)服務(wù)員工生產(chǎn)生活
3.1太陽能
津濱輕軌投建車輛基地、停車場太陽能熱水系統(tǒng)，通過搜集氣象資料，計算太陽的輻照強度和集熱器面積，本項目共設(shè)計安裝集熱器125組，共計250m2，按照冷水溫度10℃，用水溫度45℃（即溫差35℃），太陽能保證率按照75%計算，則250m2集熱器年產(chǎn)熱量約為1268008MJ。即安裝太陽能熱水系統(tǒng)后，每年可節(jié)約能量1268008MJ。按照太陽能設(shè)備使用壽命15a計算，15a一共可以節(jié)約燃氣費用約100～110萬元。
3.2輻射采暖技術(shù)
車輛基地庫區(qū)（組合車庫、列檢車庫、特種車庫）負責日常輕軌車輛各種修程作業(yè)，庫區(qū)面積7.569×104m2，建筑主體采用輕鋼結(jié)構(gòu)門式鋼架，墻體為雙層加芯鋼板，平均高度達20m，由于不同庫區(qū)負責修程任務(wù)不同，并且同一庫區(qū)又劃分不同維修區(qū)域，機車維修通常為全天不定時開展，導致供暖需要具有區(qū)域及進段相對分散的特點。為了權(quán)衡庫區(qū)采暖在節(jié)能、環(huán)保、安全等要求，輕軌車輛基地庫區(qū)采暖系統(tǒng)擺脫了傳統(tǒng)的陳舊的暖通設(shè)計習慣，引進國際先進的節(jié)能型采暖系統(tǒng)—燃氣遠紅外輻射采暖技術(shù)為車輛基地庫區(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％。對同樣的室內(nèi)溫度效果，該采暖系統(tǒng)的設(shè)計熱負荷只需其它傳統(tǒng)采暖系統(tǒng)的80％～85％，且設(shè)計室溫可比對流型采暖系統(tǒng)低2～4℃，按照工況廠房室溫達到14℃的下限標準，采用熱水管網(wǎng)對流供暖每年需消耗燃氣335.60×104m3，而采用輻射采暖系統(tǒng)供暖每年僅需消耗燃氣126×104m3，節(jié)約燃氣費用300余萬元。
4結(jié)語
天津城市軌道交通將由單線運營跨入多線網(wǎng)絡(luò)化運營階段，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)保號召，為建設(shè)“美麗天津”，為發(fā)展綠色交通，我們會不斷應(yīng)用工業(yè)工程原理，樹立問題與改革意識，發(fā)現(xiàn)問題，考察分析，尋求對策，勇于改革和創(chuàng)新，優(yōu)化節(jié)能減排管理體系，引入先進節(jié)能技術(shù)，持續(xù)提升運營水平，推動區(qū)域發(fā)展，服務(wù)廣大市民。
作者：郭明 王巖 能宗鵬 單位：天津濱海快速交通發(fā)展有限公司
