绿智融合轨道交通节能技术.pdf

中国科技信息 2024 年第 7 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2024-94-三星推荐绿色智能技术的发展为轨道交通节能提供了前所未有的潜力。通过融合绿色技术，如太阳能和风能发电，以及智能化控制系统，不仅可以大幅度减少能源消耗，还能降低温室气体排放，实现可持续发展。智能技术的应用，如智能调度、能量回收系统和精确能耗监控，能够优化能源使用，提高运营效率。这些技术的集成应用，有望为轨道交通带来节能减排的双重效益，同时提升乘客体验和运营安全。绿色技术在轨道交通中的应用（一）采用再生能源技术采用再生能源技术是轨道交通节能领域的重要发展方向。特别是太阳能光伏板和风能发电系统的应用，为轨道交通提供了新的能源解决方案，从而实现更加环保和高效的能源利用。太阳能光伏板技术能有效转化太阳能为电能，为轨道交通系统提供动力。在车站屋顶、沿线的空地甚至是车辆本身安装光伏板，可以收集太阳能并转化为电能，供给站内照明、信号系统、空调等设施使用。此外，多余的电能还可以回馈到电网中，实现能源的循环利用。这不仅降低了轨道交通的能耗，也减少了对传统化石能源的依赖。风能发电系统则是利用风力发电机将风能转换为电能。在轨道交通沿线布置风力发电机，尤其是在风力资源丰富的地区，可以收集风能并转化为电能。这种方式同样适用于车站和沿线设施的电力供应，有助于减少对电网的依赖，并提高能源的自给自足率。这两种再生能源技术的应用，不仅能提高轨道交通系统的能源效率，还有助于降低温室气体排放，对抗气候变化带来积极影响。（二）轨道交通建设材料的绿色选择在轨道交通建设中，绿色选择的材料和生态友好型施工技术的应用，对于提升整个行业的可持续性至关重要。这种方法论致力于减少环境影响，同时确保建设效率和成本效益。可持续材料在轨道交通建设中的应用，涵盖了从基础建设到车辆制造的各个方面。例如，使用回收材料和再生资源制成的钢材、混凝土和玻璃，不仅减少了对新资源的需求，而且降低了废物的产生和资源的耗竭。在轨道建设中，可以优先选择这些环保材料，以减少碳足迹和环境破坏。生态友好型施工技术则是在建设过程中减少对环境的影响。例如，采用高效的施工机械和减少噪声的技术，可以在减少能源消耗的同时，减轻对周围环境和居民的影响。此外，施工过程中的水资源管理和废物处理也是重要的环节。通过使用先进的水行业曲线开放度创新度生态度互交度持续度可替代度影响力可实现度行业关联度真实度绿智融合轨道交通节能技术徐 情徐 情中维通（北京）科技有限公司徐情（1987），女，天津，硕士，研究方向：轨道交通节能技术创新实践应用。-95-CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2024中国科技信息 2024 年第 7 期三星推荐处理和回收技术，可以减少水资源的浪费和污染。轨道交通建设项目还可以采用绿色设计和建筑方法，如绿色屋顶、雨水收集系统和自然光照明设计，以提高能源效率并减少运营成本。这些设计在提升建筑的功能性的同时，也增加了其对环境的友好性。为了便于读者理解，图 1 为上述内容导图。智能技术促进节能的策略（一）车辆智能化车辆智能化是轨道交通领域中一个重要的发展趋势，其中包括能量回收系统、车辆轻量化技术以及智能动力分配系统。这些技术的应用不仅提高了运营效率，还显著减少了能源消耗和环境影响。能量回收系统是一种先进的技术，用于在轨道交通车辆制动时回收能量。传统的制动系统在减速时会产生大量热能，而能量回收系统能够将这部分能量转换成电能，并储存起来用于车辆地再加速或供给车辆的其他电气系统。这种做法大大提高了能源的利用效率，减少了对外界电源的依赖。车辆轻量化技术则是通过使用先进的材料和设计方法，减轻车辆自身重量。轻量化的车辆需要较少的能量来加速和维持运行，从而降低能源消耗。轻量化材料如碳纤维复合材料、铝合金等不仅重量轻，而且强度高，增强了车辆的安全性能。此外，轻量化也有助于提高车辆的加速性能和操控性，从而提升乘客的乘坐体验。智能动力分配系统则利用先进的算法和控制技术，实时调整车辆的动力分配，确保能源的最优利用。该系统根据车辆运行状态、乘客负载和路线特点等因素，动态调整动力输出，优化能耗。比如，在上坡时增加动力输出，在下坡时减少动力输出或启用能量回收系统。这种智能化控制不仅提升了能源效率，也增加了车辆运行的平稳性和舒适性。（二）线路智能化线路智能化是轨道交通系统中的关键组成部分，涵盖了智能调度系统以及精确能耗监控与管理。这些技术的应用大大提高了运营效率，降低了能源消耗，同时确保了旅客的安全和舒适。智能调度系统运用先进的计算技术和算法，对轨道交通进行实时监控和管理。这一系统能够根据车流量、天气条件、紧急情况等多种因素动态调整列车的运行计划。通过优化列车的发车频率和行车间隔，智能调度系统不仅能提高线路的运输能力，还能减少能源浪费。例如，在客流量低的时段，系统可以减少列车运行的频次，从而减少不必要的能耗。在高峰时段，系统通过增加列车频次和优化行车路线，提高运输效率，减轻拥堵。精确能耗监控与管理则是通过安装高精度的传感器和监控设备，实时收集列车的能耗数据。这些数据包括电力消耗、制动和加速时的能量变化等。通过分析这些数据，可以发现节能减排的潜在机会。例如，通过监控数据发现某段线路上列车的能耗异常，可能是由于轨道的磨损或列车的运行状态不佳所导致。在这种情况下，可以及时进行维护或调整，以提高能效。（三）站点智能化站点智能化是轨道交通发展中的一个重要方向，其中智能照明系统和自动能源控制系统的应用，为提升能效和乘客体验提供了创新的解决方案。智能照明系统在轨道交通站点的应用，通过高效的照明技术和智能控制，实现了能源的有效利用。这种系统通常包括了 LED 照明和感应技术，能够根据站点内部的光线条件和人流量自动调节亮度。例如，在日间阳光充足时，智能照明系统会降低室内照明强度，以减少能源消耗；而在夜间或阴暗条件下，则增加照明强度，确保乘客的安全与舒适。此外，智能照明系统还可以根据人流的变化自动调整亮度，如在客流高峰期增强照明，在客流低谷时减少照明，从而进一步优化能源使用。自动能源控制系统则是通过集成的传感器网络和控制算法，实时监测和调整站点内部的能源消耗。这包括空调系统、电梯、自动扶梯和其他设施的能源管理。系统能够根据实时数据，如温度、湿度、人流等，动态调整设施的运行状态，以实现最佳的能效比。例如，在客流少时，自动能源控制系统可以降低空调的运行强度或关闭部分未使用的设施，减少能源浪费。在人流密集时，系统则确保所有设施运行在最佳状态，以提供舒适的等候环境。图 2 为智能技术促进节能的策略思维导图。融合绿色与智能技术的节能方案（一）集成能源管理系统集成能源管理系统在轨道交通中的应用是实现高效能源利用和智能化管理的关键。这一系统通过综合各类能源资源和使用数据，实施高效的能源管理策略，同时配合智能电网技术，为轨道交通提供了更加可靠和灵活的能源供应。能源图 1 绿色技术在轨道交通中的应用导图图 2 智能技术促进节能的策略思维导图中国科技信息 2024 年第 7 期CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Apr.2024-96-三星推荐管理策略的核心在于对轨道交通系统中各类能源需求的精确预测和调配。集成能源管理系统能够实时收集和分析车辆运行、站点设施以及相关基础设施的能耗数据。通过对这些数据的深入分析，系统可以预测不同时间段的能源需求，并据此调整能源分配和使用，以优化整个系统的能效。例如，通过分析乘客流量数据，系统能够预测高峰时段的电力需求，提前调整电网的负荷，确保足够的供电。在需求低的时段，系统则可以降低电力供应，减少能源浪费。智能电网技术的应用为轨道交通系统提供了更大的灵活性和可靠性。智能电网是一种采用信息化、自动化技术的电网，能够高效地管理和分配电力资源。在轨道交通中应用智能电网技术，可以实现能源的优化配置和实时调整。例如，当某个区域的轨道交通需求增加时，智能电网可以快速调整电力分配，确保充足的电力供应。（二）智能控制算法开发智能控制算法在轨道交通中的开发和应用，尤其是在节能驾驶策略和动态能耗优化算法方面，为实现高效能源利用提供了创新的解决方案。这些算法通过精确控制车辆的运行模式和能量消耗，显著提高了整个轨道交通系统的能效。节能驾驶策略依赖于先进的控制算法，以实现列车运行的最优能耗。这种策略涉及对列车加速、巡航和制动过程的精确控制，旨在最大限度地减少能源浪费。例如，通过算法控制列车在加速时使用最佳的功率曲线，可以减少不必要的能量消耗。同样，在减速或制动时，算法能够确保能量以最有效的方式回收，例如，通过调整制动系统来最大化能量回收，而非仅仅依靠机械制动。动态能耗优化算法则更进一步，涵盖了列车在整个运行周期内的能耗管理。这种算法通过实时分析列车的运行状态、线路条件、乘客负荷等多种因素，动态调整车辆的运行策略。例如，在上坡或下坡时，算法会调整列车的功率输出，以减少能源消耗和提高能量回收效率。此外，这些算法还能够根据预测的客流量和天气条件调整列车的运行模式，进一步优化能耗。图 3 为以上融合绿色与智能技术的节能方案总结导图。国内绿智技术融合轨道交通案例中国中车株洲电力机车有限公司与湖南省株洲市政府合作，在 2021 年启动了一项创新项目“智能轨道交通示范线”。这一项目旨在构建一条融合了绿色、智能和集成技术的城市轨道交通线路，展现环保与技术的完美结合。示范线全长 20 公里，设有 18 个站点，特色在于使用中车株机自研的超级虚拟轨道列车，这种列车具备高级的图像识别和北斗定位系统，可实现自动驾驶，无需实体轨道和接触网。在绿色技术方面，示范线沿线装配了太阳能光伏板和风力发电系统，有效转换清洁能源为电能，供应列车及站点所需，实现能源循环利用，降低碳排放。建设过程中优先考虑使用可持续材料如再生混凝土、再生钢筋、生物降解塑料等，旨在减轻环境影响，提升材料利用效率。同时，采用了生态友好型施工技术，如低噪声施工、粉尘控制和水土保持，以保护自然生态。智能技术方面，列车装备了能量回收系统，可将制动时产生的电能回馈电网，节能降耗。列车运用轻量化技术，采用高强度、低密度材料，减轻车重，降低能耗。智能动力分配系统根据实时运行状况和能源需求自动调节动力输出，优化能源使用效率。智能调度系统依据客流量、运行情况和故障预警等数据，实时制定最优运行计划，提高运营效率，确保安全。精确能耗监控与管理系统对线路能耗进行实时监控、分析和优化，实现能耗可视化、透明化和智能化。站点智能照明系统根据光照、客流量和节能目标自动调节亮度和开关，节约电能。自动能源控制系统根据能源供需调节空调、通风、供暖等设备，实现能源平衡。融合技术方面，建立了集成能源管理系统，连接太阳能光伏板、风能发电系统和能量回收系统等，形成智能电网，实现能源互联互通。该系统还根据能源实时供需情况制定合理的能源管理策略，优化能源配置，提高能源利用效率。开发智能控制算法指导节能驾驶策略，如最佳速度、制动、加速等，降低能耗，同时根据实时运行状态动态调整，实现能耗动态优化。这条示范线的建设和运营，不仅展示了绿色智能技术在轨道交通中的应用成果，还为轨道交通节能技术的研究和推广提供了宝贵的实践经验和参考。结语绿色智能技术的融合应用在轨道交通节能领域展现出显著效果。通过再生能源的利用和智能化技术的整合，可以显著提升能源效率，减少环境影响。智能化管理和控制算法的开发，进一步优化了能源消耗，提升了运营效率。示范线项目的成功运行证明了这些技术的实用价值和推广潜力。未来，持续的技术创新和政策支持是推动轨道交通节能发展的关键因素，这将对环境保护和可持续交通体系的构建产生深远影响。图 3 融合绿色与智能技术的节能方案总结导图