城市轨道交通用能与节能的思考

一、城市轨道交通用能现状

（一）城市轨道交通现状

截止2013年末，全国有19个城市的轨道交通已开通运营，总里程达2746公里。至2020年，全国规划轨道交通的城市达到79个，规划总里程达13385公里。

“十二五”期间中国城市轨道交通投资额超1万亿元。参考建筑、工业节能产值比例5%计算，轨道交通行业节能的投资可达500亿元，节能潜力非常巨大。

（二）城市轨道交通用能分析

精选

城市轨道交通用能总耗电量相当大，是名副其实的能耗大户。按照同等运力，城市轨道交通能耗相当于小汽车的1/9，公交车的1/2，且占地小，成本低，对节能减排具有重要意义。但建设过程中，由于其运量大，总耗电量相当大，是名副其实的能耗大户。

轨道交通系统能耗构成示意图

整个城市轨道交通系统里，列车牵引供电系统和通风空调系统是城市轨道交通中最主要的用电大户，分别占到轨道交通系统总能耗的1/2和1/3，节能潜力也相当大。其它设备系统，也存在一定的节能潜力。

北方某市轨道交通运营成本构成图

精选

北方某市轨道交通运营成本构成中，电力费占运营成本的41%，工资费、运营费、维修费占59%，因此电能的节省对于整个城市轨道交通运营来说，具有重要的现实意义。

（三）北京市轨道交通能源利用现状分析

城市轨道交通节能潜力大。仅2013年北京地铁运营公司综合能耗就达17.7万吨标煤（电能费用占运营费用的50%），十二五末期将达21.6万吨标煤，地铁公司现已成为北京主要用能单位之一。

2006-2015年北京地铁总用电量柱状图

轨道交通各系统用电量百分比

2006年，北京地铁总用电量为3亿多千瓦时，到2015年达到14亿千瓦时。其中牵引供电占到50%，通风空调占35%。从中可以看出，轨道交通系统节能、节电是所需要考虑的主要因素。

二、需重点关注的问题和对象

第一，城市轨道交通用能评价标准缺失，急需建立轨道交通节能技术标准及评估、评价体系。由于技术适应性差，如果轨道交通节能技术标准及评估、评价体系从其他行业引入，实际节能效果有限，无法达到预期效果，因此，城市轨道交通急需建立科学合理的评价标准以及科学合理的评价、评估机制。不同地域、城市之间，同一指标的数值差别较大。需通过标准制定，明确节能应用标准和评价、评估标准。

精选

第二，城市轨道交通能耗巨大，主要用能系统相对占比很高。轨道交通耗能专业多，节能优化技术应用前景广阔，以北京地铁在节能领域进行的多项专题研究为例，北京地铁通过节能创新技术应用，可大幅度地降低轨道交通能耗。 北京地铁曾经就《北京城市轨道交通节能关键技术研究与示范》（北京地铁9号线）进行研究，研究结论表明通风空调的直接蒸发系统应用效果良好，节能效果可达到60%；在北京地铁14号线对《北京地铁高架车站绿色交通建筑技术研究》进行研究，另外北京地铁还研究了很多节能新技术，包括通风空调节能技术、再生电能吸收技术等等。 北京地铁研究的节能新技术 节能技术 节能创新技术 通风空调系统运行模式与自动控制的优化 通风空调节能技术 新型空气—水通风空调系统的应用 直接蒸发式空调系统的应用 再生电能吸收技术 设置再生电能吸收装置回收车辆制动能量 给水压力控制、车辆段水处理优化组合、 冷却水泵变频 公共区照明采用LED光源 车辆段设置太阳能并网光伏发电系统 空调系统节能10%~ 15% 节能效果 回收25%列车制动能量 给排水节水节电技术 综合节能15%~25% 动力照明节能技术 综合节能20% 其他节能技术 线路节能坡技术、自动扶梯变频调速技术、列车节能运行模式技术等 第三，单一节能技术多，缺乏针对城市轨道交通综合和一体化的考虑，未形成系统性、综合性的节能解决方案。对某一个系统或专业的节能研究只占到一小部分，没有考虑到各个相关专业之间的联系，以及各个专业之间可能会有的互补或者相关的转嫁作用。将来综合节能、简单节能、技术简化节能可能会成为轨道交通节能研究的必然趋势，下阶段在这一方面应该有所探讨。通风空调可调通风型站台门系统、智能照明系统、直接蒸发式制冷机组都有综合性节能方案的体现。 精选

通风空调可调通风型站台门系统

智能照明系统

直接蒸发式制冷机组试验现场

第四，目前，能耗基础数据零散，急需建立能耗大数据库和能源管控平台，以提升能源管控水平，降低运营成本。城市轨道交通数据基本上都掌握在各个地铁公司手中，如果各地铁公司能把数据汇总起来，能够共同研究摸索其中的规律，对轨道交通的节能工作应该是非常有利的。

北京地铁10号线芍药居站节能管理系统

第五，缺乏按照城市轨道交通规律，研发节能设备和产品的动力和应用平台。很多设备供应商对城市轨道交通积极性很大，但是对产品的研发，基本上凭着自己的理解开发新产品。结合地铁的规律开发出具有地铁特点的专用产品，将会对城市轨道交通业具有很大的推动作用，对国家制造业升级换代具有重要意义。

三、节能工作主要思路

（一）建立用能、节能标准体系

对于能源管理体系，用能和节能两者是并行不悖的，两者都要涵盖才是完整的节能标准体系。节能标准体系是节能工作的保证，只有通过建立和完善标准体系，才能规范节能的各项工作。比如北京地区，建立了《北京市区域（园区）规

精选

划节能》、《北京轨道交通用能统计体系》、《城市轨道交通节能评估技术标准体系》等用能、节能标准体系，以规范节能工作。

（二）探索技术创新实现节能的途径

技术创新是节能工作的基础，节能工作必须依托于技术的创新进行。现有创新技术基础包括：基于PWM整流器的牵引供电装置及控制方法、混合式牵引供电装置及控制方法模块化的能量回馈式牵引供电装置及控制方法等等。如果能够在这些创新技术基础上，包括以后的创新技术，进行综合性研究，融会贯通，一定会对轨道交通节能工作有很大的促进作用。

（三）有针对性的研发节能设备实现节能

所谓有针对性，是指节能设备研发过程中结合地铁规律。随着现代城市轨道交通规模不断扩大，要实现其节能和技术进步，必须结合城市轨道交通特点，要求产品进行轨道交通行业的研发，才能真正实现产品节能和技术节能。

以轨道交通通风空调节能关键技术为例，开启式屏蔽门技术从型式上采用上下固定方式的全高安全门，在门体的适当位置（上部或下部）设置开口，开口采用活动式，根据通风空调系统的需求必要时将开口开启或关闭，则实现屏蔽门的功能。该技术已应用于上海地铁11号线，经测试后得出结论，基本上在过渡季节可以不开风机可以达到通风条件。

开启式屏蔽门应用效果示例

上下部开启案例

（四）技术创新实现节能

精选

蒸发冷凝与直接蒸发结合空调系统是轨道交通通风空调节能关键技术之一，系统将水冷冷凝器和冷却塔合二为一，布置灵活。其主要特点：第一，充分利用水的蒸发潜热冷却工艺流体，用水量为水冷式冷凝器的50%，节水效果显著；第二，制冷机组效率提高（蒸发温度提高3℃，制冷系数理论上可提高17%以上，从而可实现节能运行）；第三，节省了冷冻水的输送能耗（从整个冷冻站的运行耗电来看，可实现节能15～20%左右），节能效果较好。

蒸发冷凝与直接蒸发结合空调系统

此外，再生制动能量回收系统也实现了节能技术创新，轨道交通列车制动能量吸收措施，主要有电阻吸收、电阻加逆变吸收、能馈式吸收、电容吸收、飞轮吸收等方式。其关键技术包括城轨交通牵引计算仿真及超级电容容量配置软件和超级电容储能系统。

再生制动能量回收系统

（五）构建能源管理体系 实现节能管理和保障

轨道交通能源管理系统由线路中心级能耗系统、接入层设备、平台设计、平台软件等组成。系统能够实现全网能耗的统计与监测、综合分析，从而为企业节能提供支持，为各级主管部门能耗数据提供了有力保障。

（六）倡导节能评估和评价 推进节能机制的建立

精选

现有的节能评估工作基础已完成10余项城市轨道交通节能评估项目，并初步建立了节能评估专业人才队伍。目前正在进行济聊城际济南至长清线（R1线）工程节能评估报告等10余项节能评估项目。

（七）大力研究节能综合解决方案和技术

节能技术和方案的研究不应局限于某个专业，而要打破专业界限，实行生命周期全过程的研究，体现综合性节能。

四、对节能工作的展望

（一）节能潜力

截至2013年末，全国19个城市开通了城市轨道交通，运营里程2746公里。在建城市40个，里程3892公里。2020年各地规划设想涉及79个城市，规划总里程1.4万公里。其中，已建项目里程占总里程19.6%，在建项目里程占27.8%，规划项目里程占52.6%。

2020年全国轨道交通项目规划现状

已建、在建、规划项目比例比较均衡，各个阶段均有节能工作参与空间。

2012年北京全年完成市级交通固定资产投资527.1亿元，增长23.2%，占交通行业固定资产投资68.2%。

截至2013年末，北京运营里程465公里，在建里程183公里，规划地铁1083公里，市郊铁路超过1000公里。

精选

轨道交通投资占北京市市级交通固定资产投资的比例最大，达70%以上。节能潜力巨大。 （二）节能改造（既有线路） 北京轨道交通运营车站表 线路 运营里程/km 车站数/座 通车年份 线路名称 运营里程/km 车站数/座 通车年份 1号线 2号线 4号线 5号线 6号线 7号线 8号线 9号线 10号线 31 23 28.2 27.6 30.4 23.7 27.6 16.5 57.1 23 18 24 23 26 19 17 13 45 1969 1984 2009 2007 2012 2014 2008 2011 2008 13号线 14号线 15号线 机场线 八通线 亦庄线 大兴线 昌平线 房山线 40.9 27.2 40.8 28 19 24 21.8 21 24 16 17 18 4 13 14 11 7 11 2003 2013 2010 2008 1999 2010 2010 2010 2010 北京轨道交通运营车站超过300座，18%的车站建成时间在10年以上，38%的车站建成时间在5年以上。针对既有线路改造，应用节能技术，提升产品装备的能效。既有线路节能改造的理念，首先，明确重点节能目标，抓住节能要点。明确节能改造基本原则及方向。节能改造涉及多专业的结合与配合，各系统缺一不可；其次，以现场为根据，数据为基础，功能为目标，将专业设计、运营单位的各方优势相结合；再次，结合车站实际情况，制订合理的节能改造方案。应注意改造后节能系统与原系统的独立与融合，满足运营功能要求。 精选

以新型改造系统模式——合同能源管理模式为例，2011年5月，北京地铁首次引入合同能源管理方式，对1号线国贸站、10号线安贞门站的中央空调系统进行节能改造。该能源管理模式，拓展了既有线路改造的模式，降低了改造投资成本。

北京地铁合同能源管理方式

（三）节能工程（新建线路）

对于新建工程，从工程的规划、设计开始就应该贯彻节能的理念和技术，从节能系统、节能专项工程、能源管理系统开展全生命周期的节能措施和服务。

（四）节能规划（线网规划）

将节能工作纳入到线网规划及建设规划过程当中，实现节能规划。通过节能规划实现能源的综合利用规划、资源共享规划，统一节能技术标准。节能规划可围绕车辆段资源共享、主变电所及外电源资源共享、换乘站资源共享、水资源综合利用、无线通信频点综合利用等几点展开。

精选