浅谈城市轨道交通项目节能评估

李智

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

节能管理与技术

浅谈城市轨道交通项目节能评估

李智

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津 300251)

本文以城市轨道交通项目节能评估工作为引导，在分析能耗构成以及比重的基础上，针对主要耗能系统，总结出主要节能技术措施，同时针对现阶段节能评估工作不足之处进行探讨，以期推动城市轨道交通建设项目节能评估工作进一步发展，实现节能减排的目标。

城市轨道交通；节能评估； 优化

城市轨道交通是我国未来城市交通的骨干，截至2015年末，全国已经有26个城市建成城轨投运城轨线路116条，运营线路长度3 612 km，另有39个城市已批准建设城轨项目，预计到2020年，全国城轨总里程将达到6 000 km，投资达4万亿元[1]。城市轨道交通系统飞速发展的同时，也带来了巨大的运营成本和经济压力。有数据显示[2]，2015年北京地铁的耗能将达到14亿kW·h，占地铁整体运营成本的4成，约相当于73万户三口之家一年的用电量。

节能评估是固定资产投资项目节能评估和审查的简称，以贯彻科学发展观，落实节约资源的基本国策为目的，依据节能法规、标准，对投资项目的能源利用是否科学合理进行分析评估。2010年国家发改委颁布第6号令，《固定资产项目节能评估和审查暂行办法》，自此，建设项目的节能评估及其审查形成的审查意见是项目审批、核准或开工建设的前置性条件[3]，也是项目设计、竣工和竣工验收的重要依据。在项目前期，评估人员对项目设计方案的用能和节能水平进行分析、预测和评估，可以提出切实可行的节能方案和措施，提前对节能工作进行部署，省去后期很多不必要的麻烦，对建设项目节能工作起到很好的约束和促进作用。

1 主要能耗分析与节能措施

城市轨道交通建设项目主要消耗的能源种类是电能，约占所消耗能源总量的95%以上。其它消耗的能源种类还包括水、汽油、柴油以及天然气(部分场段锅炉使用)。

1.1 电能

电能是城市轨道交通项目中消耗的主要能源，列车牵引、通风空调和动力照明又是所耗电能中占比前三的项目，其中列车牵引能耗(包括损耗)约占总能耗的40%，环控系统约占总能耗的30%，电扶梯系统约占总能耗的12%，动力照明系统约占总能耗的5%[4],因此节约能源应主要从这四个方面着手。

1.1.1 节能坡和再生制动

通常所说的节能坡是指线路纵断面满足“进站上坡，出站下坡”的情况，这种“高站位、低区间”的设计可以使列车在出站时将部分重力势能转化为动能，而车辆在进站时，将部分动能转化成势能，节省牵引耗电量。通常认为，坡度值在20%～28%之间，长度在200 m左右的坡段，都属于节能坡。据统计，采用节能坡可以节约约25%～30%的牵引能耗[5]。

再生制动，是在制动时把车辆的动能转化及储存起来的一种技术。国外城轨项目中使用的再生制动装置主要有电阻吸收装置、逆变吸收装置、电容吸收装置以及飞轮储能装置这四种类型[6]，国内城轨项目中，电阻吸收装置、逆变吸收装置、电容吸收装置这三种类型的再生制动装置均有采用。根据仿真计算，采用再生制动装置的可以节约20%～25%的牵引能耗[7]。

1.1.2 环控系统

城市轨道交通中，环控系统的主要节能措施包括优先利用自然冷源和通风，以减少机械通风和通风时间；利用列车在隧道内运营时产生的活塞风来冷却隧道，以减少隧道风机的使用时间；根据环境条件，合理选用站台门系统，根据以往的工程经验值比较，采用封闭式站台门系统的空调能耗约为采用闭式系统的30%[8]；采用冷水机组自动清洗装置，定期自动清洗机组冷凝管，减少结垢，保持其高效运行；优先选用“节能产品惠民工程”推广目录中或是达到国家1级能效标准的产品。另外，按照不同的季节与运营时段，合理组织环控系统的运行模式，也可以大大减少环控系统的能耗。

1.1.3 智能照明控制系统与LED光源

智能照明控制系统是一种由现场数据总线构成的分布式控制网络照明管理系统，对车站公共区(站厅层公共区、站台层公共区)及出入口走道的正常照明进行控制。通过时钟控制和传感器，自动调节灯光的开关、强弱。智能照明控制系统相比于传统的控制方式节电率可达25%，同时还可以有效延长灯具的使用寿命。

LED光源与传统荧光灯照明相比，具有体积小、寿命长、耗电量低、绿色环保等特点。虽然LED制造成本较传统光源高，但其使用寿命是普通荧光灯的3倍，功率是同等照度下荧光灯的1/5，因此综合成本，LED相比荧光灯要节省20%左右。根据笔者调研，2010年，广州地铁4号线在大学城北站站和官洲站进行了LED节能试验，现已运营6年，节能效果显著，已作为示范站推广，新建线路全部使用LED，既有线路根据灯具使用寿命逐步改造。

1.1.4 自动扶梯

自动扶梯是一种高耗能设备，在运营期间持续运转。扶梯采用变频工作模式，可以在空载状态下，低速运行或停止运行，大幅度降低能耗。同时，通过变频控制方式，还可以使扶梯在非客流高峰区段或是非客流高峰小时，以稍低的速度运行(比如0.5 m/s)，既不影响服务质量，又增加运营的安全性，同时也具有一定的节能效果。

设计SPWM软件算法时，通过控制调制度M的大小就可达到控制输出电压大小目的。理论上该参数取值在0～1之间，由于器件极限参数的影响，实际调试中发现M值最大为0.95。假设变频器输出电压为U，补偿电压为Ua，输出频率为f2，异步电动机额定电压UN为380 V，额定频率fN为50 Hz，调制度M计算式为：

另一方面，通过选择合理的电机和传动机构型号，使扶梯在较高的效率的负载区间(通常为25%至50%负载区间)运行，也可以提高扶梯的运行效率，节约能耗。

1.2 水、汽油、柴油、天然气

水资源消耗主要分为生活用水和生产用水，其中生活用水主要是地铁工作人员和乘客的饮用水，生产用水主要包括冲洗用水和空调补水。

汽油和柴油能耗是城轨项目节能评估中比较容易忽略的耗能项目，该类能源消耗主要集中在场段中，以内燃吊机、作业车、抢修车以及少量乘用客车为主。同时，北方的城轨项目场段中可能有以天然气为能源的锅炉，在统计能耗时也需要特别留意。

2 设计方案与运营管理中的节能措施

从上面的分析可以看出，现阶段的节能评估工作主要是针对城轨项目中机电设备系统的设计方案和终端用电设备进行评估，线路敷设方式、场段布置以及能源计量管理方面的评估并不多，而这几个方面对城轨项目的能源消耗也有着相当重要的作用。

2.1 线路敷设方式

目前，城市轨道交通大多采取地下敷设方式，较少采用高架敷设。与地下站相比，高架站可以更好的利用自然通风和自然采光。根据调查分析，高架站的通风空调能耗只有地下站的1/6，动力照明能耗只有地下站的1/5。因此从能耗角度来讲，采用高架站是更有利的。

2.2 停车场、车辆段的工艺布置

停车场、车辆段的工艺对于能源消耗也有着重要的影响。如果车辆检修、洗车等工艺不能贯通进行，而是需要多次折返，将会增加列车在场段内运行里程，进而增加场段内的牵引能耗。因此，从能源消耗角度来讲，场段内的各项工艺贯通设计是最为合理的。

越来越多的城轨项目采用全地下的停车场设计方案取代传统的地上停车场方案，全地下设计方案的优势在于节省土地资源，但是同线路敷设一样，从能源消耗的角度来讲，全地下的设计也不利于利用自然通风和自然采光，不利于节约能耗。

2.3 建立健全的能源计量管理体系

能源消耗有效的计量、统计工作是节能管理的重要依据，对降低城轨项目的运营能耗具有重要意义。国家也颁布了《工业企业能源管理导则》(GBT 15587—2008)和《用能单位能源计量器具配备与管理通则》(GB17167—2006)等规范和标准，对企业的能源计量管理体系的建立进行规范。

以上海地铁为例[9]，建立了站、线、网三级架构组成的能源监测管理体系，由站、线级智能表进行检测计量，然后将数据上传到网一级，由网一级对站、线的能耗数据汇进行总，并运用软件分析，生成能耗报表、数据曲线，通过通信网络发布给各级能源统计人员，为各级的节能管理工作提供重要依据。统计结果表明，上海地铁能耗监测管理系统的节能减排效果约可以达到1%左右，2012年节电1 431 104kW·h,年节省电费1 231 万元，经济效益明显。

3 结语

项目前期进行节能评估，是开展城市轨道交通节能工作不可或缺的一环。深化对城市轨道交通建设项目设计方案和能源管理体系的评估，将有助于进一步发挥节能评估的指导作用，降低城市轨道交通项目能源消耗。

[1] 张智.预计到2020年地铁投资将达到4万亿 二三线城市“地铁盛宴”[N].华夏时报网, http://www.chinatimes.cc/article/49049.html,2015-05-29.

[2] 王虹航.地铁运营节能革命性突破呼之欲出[N].中国建设报,2015-02-10(特刊7版).

[3] 国家发改委令第6号.固定资产项目节能评估和审查暂行办法[S].2010.

[4] 龚平.节能评估对城市轨道交通建设的约束性和引导性[J].铁路节能环保与安全卫生,2014,4(6):278-281.

[5] 乐建迪.地铁正线节能坡设计探讨[J].铁道标准设计，2008(8):17-19.

[6] 焦劼.西安地铁2号线再生制动能量吸收设备的选取[C]. 2008年铁路电气化新技术学术年会论文集.

[7] 张文丽.地铁列车再生制动节能仿真研究[J].电力传动，2008(3):41-44.

[8] 孙宝鑫.关于地铁环控系统节能的探讨[J].中国集体经济,2009(3S):170-171.

[9] 上海申通地铁集团有限公司.上海轨道交通能耗监测管理系统[J].交通节能与环保,2015(6):13-18.

The Discussion of Energy Saving Assessment on Urban Rail Transit

LI Zhi

(TheThirdRailwaySurveyandDesignInstituteGroupCorporation，Tianjin300251，China)

Urban rail transit energy saving assessment was used as a guide in this paper. Basing on the analysis of composition and proportion of urban rail transit energy consumption, major energy-saving technology measures was summarized for the major energy-consuming systems, and the inadequate of energy saving assessment at the present stage was discussed, which purpose is to promote the work of urban rail transit energy saving assessment and achieve energy saving targets.

urban rail transit; energy saving assessment; optimization

2016-04-05；

2016-05-06

李智(1987—)，男，天津人，助理工程师，从事地铁设计和节能评估工作。

2095-1671(2016)03-0121-03

TK01+<8 class="emphasis_bold">8 文献标志码：B8

B