王紹洪

昆明地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司 云南昆明 650000

1 綠色設(shè)計(jì)的定義

綠色設(shè)計(jì)是由綠色產(chǎn)品的誕生而發(fā)展起來(lái)的一種設(shè)計(jì)方法，是以“3R”，即Reduce（減少）、Recycle（回收）、Reuse（重復(fù)使用）為核心概念，以節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境為宗旨的設(shè)計(jì)方法和過程[1]。

綠色設(shè)計(jì)在綠色產(chǎn)品的整個(gè)生命周期內(nèi)，著重考慮產(chǎn)品應(yīng)符合節(jié)約自然資源、減少環(huán)境影響的要求，并將可拆卸性、可回收性、可重復(fù)利用性等要素融入到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)中去。同時(shí)還要將產(chǎn)品的基本技術(shù)屬性和環(huán)境資源屬性緊密結(jié)合在一起，在進(jìn)行設(shè)計(jì)決策時(shí)，除滿足產(chǎn)品本身的物理目標(biāo)外，還必須滿足環(huán)境目標(biāo)，以達(dá)到真正綠色設(shè)計(jì)的要求。

2 城市軌道交通車輛制動(dòng)系統(tǒng)的綠色設(shè)計(jì)研究

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、城鎮(zhèn)化進(jìn)程在不斷加快及工業(yè)化的不斷深入，人口的劇增和資源的消耗，給交通造成擁堵問題的同時(shí)，隨之引起資源枯竭、環(huán)境惡化，廢氣、噪聲、粉塵等污染問題極為嚴(yán)重，使生態(tài)環(huán)境遭到了前所未有的破壞。日益嚴(yán)重的交通擁堵問題和環(huán)境污染問題，不僅制約了我國(guó)城市的可持續(xù)發(fā)展，而且還威脅著人類的健康和生存。社會(huì)進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的關(guān)系是彼此依托、互相推動(dòng)的。一個(gè)企業(yè)，為了促進(jìn)社會(huì)的進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以及出于我們?nèi)祟愖陨斫】祮栴}和生存問題的著想，應(yīng)該提高環(huán)保意識(shí)，探索符合環(huán)保要求的節(jié)能、降耗、少污染的綠色產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造模式，以適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的要求是相當(dāng)有必要的。

處于快速發(fā)展并作為城市公共交通骨干交通工具的城市軌道交通，要實(shí)現(xiàn)的是運(yùn)量大、安全、快捷、準(zhǔn)點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等作用。針對(duì)城市軌道交通車輛制動(dòng)系統(tǒng)存在的不足，必須把綠色設(shè)計(jì)研究應(yīng)用其中，在制動(dòng)系統(tǒng)的使用全過程中，從符合節(jié)能環(huán)保、可拆卸性、可回收性、可重復(fù)利用性等方面考慮。把制動(dòng)系統(tǒng)的基本屬性和環(huán)境屬性緊密結(jié)合在一起，在進(jìn)行設(shè)計(jì)決策時(shí)，除滿足產(chǎn)品本身的物理目標(biāo)外，還應(yīng)滿足環(huán)境目標(biāo)，以達(dá)到綠色設(shè)計(jì)的要求。最終讓城市軌道交通真正成為人們“節(jié)能減排、綠色出行”的綠色公共交通工具，并作為帶動(dòng)城市發(fā)展的綠色發(fā)展之路。

3 城市軌道交通車輛制動(dòng)系統(tǒng)的綠色設(shè)計(jì)

3.1 電池儲(chǔ)能

由于化學(xué)電池儲(chǔ)能的充放電循環(huán)壽命有限，在城市軌道交通頻繁啟動(dòng)、制動(dòng)的場(chǎng)合，基于電池的儲(chǔ)能系統(tǒng)的使用壽命不夠長(zhǎng)，大容量?jī)?chǔ)能還會(huì)引起電池質(zhì)量增加，導(dǎo)致車輛自重增加，另外大量使用電池會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，因此電池儲(chǔ)能的使用受到很多限制[2]。

3.2 飛輪儲(chǔ)能

飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)依靠飛輪的動(dòng)能來(lái)儲(chǔ)存能量，在儲(chǔ)存能量時(shí)，飛輪的速度得到增加，而釋放能量時(shí)，飛輪的速度被減少。與電池儲(chǔ)能相比，飛輪儲(chǔ)能器使用壽命長(zhǎng)，設(shè)計(jì)使用周期在20年以上，并且使用期間免維護(hù)，可以快速深度放電和充電。但是飛輪工作時(shí)損耗相對(duì)較大，能量不能長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存，因此與電池儲(chǔ)能相比，飛輪儲(chǔ)能更適合在短時(shí)間大功率場(chǎng)合使用。

3.3 超導(dǎo)儲(chǔ)能

超導(dǎo)磁儲(chǔ)能采用超導(dǎo)材料制成線圈，利用其低損耗儲(chǔ)存磁場(chǎng)能量，通過電力電子變流器與電力系統(tǒng)連接，構(gòu)成既能快速儲(chǔ)存能量，也能快速釋放能量的快速響應(yīng)器件，從而達(dá)到大容量?jī)?chǔ)存電能、改善供電質(zhì)量、提供系統(tǒng)穩(wěn)定性等目的。與其它儲(chǔ)能系統(tǒng)相比，可長(zhǎng)期無(wú)損耗儲(chǔ)存能量，其儲(chǔ)存和釋放過程中效率可達(dá)95%以上。另外，超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置調(diào)節(jié)容易，維護(hù)方便，并且無(wú)污染，是比較理想的儲(chǔ)能裝置，最適合短時(shí)大功率場(chǎng)合應(yīng)用。但是，超導(dǎo)儲(chǔ)能裝置的單位體積儲(chǔ)存的能量與飛輪儲(chǔ)能和電池儲(chǔ)能相比要低，因此通常與電池儲(chǔ)能配合使用。在城市軌道交通系統(tǒng)中，若只考慮吸收再生制動(dòng)能量而不考慮提供能量備份，則對(duì)功率密度的要求要高于能量密度，采用超導(dǎo)儲(chǔ)能夠吸收再生制動(dòng)能量，動(dòng)態(tài)速度快，可最大程度減小直流電壓脈動(dòng)，而且體積重量相對(duì)要小。

3.4 超級(jí)電容儲(chǔ)能

為了使再生制動(dòng)實(shí)現(xiàn)最大限度的能量回收利用，并對(duì)環(huán)境不構(gòu)成影響，能量的儲(chǔ)存以及儲(chǔ)存方式的選擇是特別關(guān)鍵的，應(yīng)綜合考慮，根據(jù)實(shí)際需求選擇合理的儲(chǔ)存方式。然后把能饋與儲(chǔ)能結(jié)合起來(lái)構(gòu)成牽引供電系統(tǒng)，在車輛啟動(dòng)時(shí)，供電變流器輸出主要供電功率，儲(chǔ)能系統(tǒng)釋放能量，為下一次制動(dòng)時(shí)吸收能量做準(zhǔn)備；在車輛制動(dòng)時(shí)，可以使大部分能量通過可逆牽引變流器回饋電網(wǎng)，而儲(chǔ)能系統(tǒng)只用來(lái)吸收多余的少部分制動(dòng)能量，因此可逆牽引變流器可以按最大整流功率設(shè)計(jì)而不按最大能饋功率設(shè)計(jì)，降低了牽引供電變流器的配置容量，從而提高變流器的容量利用率。由于儲(chǔ)能系統(tǒng)的參與，可以減小回饋的再生制動(dòng)能量對(duì)電網(wǎng)的沖擊，改善入網(wǎng)電能質(zhì)量。另外由于儲(chǔ)能系統(tǒng)只是用來(lái)吸收少部分能量，因此體積和成本都可大大降低[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

為適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需求，我國(guó)城市軌道交通制動(dòng)系統(tǒng)的技術(shù)在不斷的發(fā)展，技術(shù)逐漸趨向成熟，制動(dòng)系統(tǒng)的性能不斷得到完善，但有些地方還需要改進(jìn)。因此，將綠色設(shè)計(jì)應(yīng)用于城市軌道交通車輛的制動(dòng)系統(tǒng)，得不到足夠的重視，也沒有形成一定研究理論體系。無(wú)論是在技術(shù)上還是相關(guān)理論的研究上，與國(guó)外發(fā)達(dá)的國(guó)家相比，更是相差甚遠(yuǎn)。但是針對(duì)城市軌道交通車輛制動(dòng)系統(tǒng)綠色設(shè)計(jì)研究存在的問題，給我們帶來(lái)不僅是嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，同樣也是一種發(fā)展機(jī)遇。