城市軌道交通節(jié)能措施分析與研究

楊 輝 王建光

(鄭州市軌道交通有限公司運營分公司，河南鄭州 450000)

0 引言

城市軌道交通相對于公交車、出租車而言具有運量大、時間快、消耗低等巨大優(yōu)勢。隨著城市框架的不斷拉大，各地均在大力發(fā)展軌道交通緩解交通壓力。“低碳經(jīng)濟(jì)”概念的提出使城市軌道交通能耗問題越來越受到重視，這也是建設(shè)集約型社會的必然要求。城市軌道交通系統(tǒng)節(jié)能是實現(xiàn)交通領(lǐng)域節(jié)能減排的工作重心，因此如何建設(shè)節(jié)能的軌道交通系統(tǒng)成為軌道交通系統(tǒng)前期建設(shè)與后期運營極為重要的研究課題。

1 城市軌道交通能耗構(gòu)成

城市軌道交通系統(tǒng)是一個復(fù)雜的大系統(tǒng)，由眾多的小系統(tǒng)構(gòu)成，包括:車輛系統(tǒng)、設(shè)備系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、車站系統(tǒng)等，其中主要的能耗形式為電能和水資源。

城市軌道交通俗稱“電老虎”，涉及的系統(tǒng)主要是車輛牽引系統(tǒng)與車站設(shè)備系統(tǒng)。當(dāng)前，列車制動時的動能還沒有很好的機(jī)制回收這部分能量，使得這部分能量被白白浪費，據(jù)統(tǒng)計該部分消耗的電能占制動能量的40%左右;而運營設(shè)備系統(tǒng)由于投資巨大、占用空間大以及本身的能耗問題，維護(hù)成本居高不下的問題日益突出。此外，由于建設(shè)階段本身存在問題或者該階段節(jié)能工作未落實到位使得運營階段多數(shù)是解決建設(shè)階段遺留下來的問題，使得運營期節(jié)能工作效果不明顯。

為實現(xiàn)城市軌道交通系統(tǒng)的節(jié)能，需要統(tǒng)籌考慮建設(shè)期和運營期的工程實施、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和運營規(guī)模，以低資源消耗為目標(biāo)，建設(shè)方與運營方應(yīng)相互溝通、齊心協(xié)力把節(jié)能運營與節(jié)能建設(shè)銜接起來，最終實現(xiàn)城市軌道交通綜合節(jié)能的目標(biāo)。

2 城市軌道交通節(jié)能措施研究

2.1 建設(shè)期低資源消耗

當(dāng)前，軌道交通建設(shè)階段的節(jié)能措施主要集中于建筑設(shè)施包括車站主體與車輛段基地，若能把近年國際流行的綠色建筑理念引入到軌道交通車站、車輛段的建設(shè)中，合理利用地?zé)?、光照、綠色植物等新方法、新材料將會對城市軌道交通綜合節(jié)能產(chǎn)生積極的影響。

1)落實集約建設(shè)方針。軌道交通在前期施工建設(shè)工程中可參考RAMS標(biāo)準(zhǔn)［1］，即“可靠性、可用性、維修性、安全性”，對每個建設(shè)階段都進(jìn)行監(jiān)督管理。從已建成運營的城市來看，建設(shè)中盲目求大、求快運營期往往會有許多“后遺癥”。因此，城市軌道交通建設(shè)應(yīng)把自身實際情況、城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與乘客切身需求緊密結(jié)合起來，降低車站土建規(guī)模并積極探索車站設(shè)備系統(tǒng)集成共享，減少工程投資并提高系統(tǒng)功能性。

2)推動設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化。目前，我國城市軌道交通設(shè)備系統(tǒng)制式比較雜亂，有全進(jìn)口的設(shè)備，也有根據(jù)國外技術(shù)引進(jìn)吸收再創(chuàng)新的設(shè)備，當(dāng)然也有完全自主制式產(chǎn)權(quán)的設(shè)備。然而，設(shè)備制式不同容易造成通信，信號故障，無形中增加運營成本。我國目前生產(chǎn)的絕大多數(shù)設(shè)備系統(tǒng)已能滿足地鐵建設(shè)和運營的要求，在建設(shè)階段應(yīng)盡量采購國產(chǎn)設(shè)備，既能滿足“網(wǎng)絡(luò)化”需求，又能節(jié)約成本［2］。

3)優(yōu)化線路和車站空間。應(yīng)合理設(shè)計建設(shè)區(qū)間坡度和坡長，使列車在出站時迅速將勢能轉(zhuǎn)化為動能，獲得運行所需的加速度和目標(biāo)速度;在確定與車站功能相匹配的空間規(guī)模和車站形式時，應(yīng)根據(jù)前期調(diào)查測算的客流數(shù)據(jù)與乘客的實際需求，修正車站主體與配套設(shè)施的面積。條件允許的情況下，盡可能加挖深度，合理利用空間，以便降低后期運營費用［3］。

2.2 運營期節(jié)能運行

2.2.1 牽引系統(tǒng)節(jié)能措施

1)車輛節(jié)能。選用輕體車輛，降低列車自重，可以提高牽引效率。此外，列車的自重下降，相應(yīng)地對輪軌磨耗程度就會減少，維修成本將大為下降。

2)ATO運行模式。即在日常運行中，列車采用自動運行模式。在ATO模式，列車會根據(jù)線路條件智能切換加速、慢行、減速等模式，全程不需人工干預(yù)，使列車保持較佳的狀態(tài)運行，從而降低能耗。

3)能量回收機(jī)制。城市軌道交通市區(qū)段通常站間距比較短，運行/制動比較頻繁，若采用再生制動便可以把列車制動時的動能轉(zhuǎn)換為電能為其他列車供電，大大減少了電能的消耗。

2.2.2 車站設(shè)備系統(tǒng)節(jié)能措施

1)電機(jī)變頻技術(shù)。地鐵車站內(nèi)的空調(diào)即便是在同一季節(jié)在不同時段空調(diào)的負(fù)荷也不一樣，因此可利用變頻技術(shù)，根據(jù)不同的氣候/氣溫條件控制和調(diào)整壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)“不停機(jī)運轉(zhuǎn)”，節(jié)約能耗;車站的自動扶梯系統(tǒng)也可采用變頻技術(shù)，通過扶梯口的傳感器判斷是否有乘客，隨之切換扶梯運營速度，避免空載，浪費電能［4］。

2)加裝節(jié)能裝置。一些老線路建設(shè)的時候沒有考慮屏蔽門，造成站臺空氣混沌，并且無形中增加了車站設(shè)備供冷的面積。因此老線改造與新線建設(shè)中可在站臺加裝封閉式屏蔽門，避免列車經(jīng)過活塞運動時冷熱氣流交換，并減少車站設(shè)備供冷負(fù)荷，保持空氣清潔;同樣也可以在自動扶梯口加裝光電或壓力傳感器，檢測到乘客進(jìn)入時，便調(diào)整到既定的速度運行［5］。

3)水資源綜合利用。a.水蓄冷技術(shù)?？照{(diào)系統(tǒng)可采用水蓄冷技術(shù)，緩解白天空調(diào)負(fù)荷，節(jié)省電能，還可實現(xiàn)大溫差送冷與應(yīng)急冷源。其原理是利用峰谷電價差，在低谷電價時段將冷量存儲在水中，在白天用電高峰時段使用儲存的低溫冷凍水提供空調(diào)用冷。b.廢水回收技術(shù)。車輛基地中列車清洗、日常生活廢水經(jīng)過回收在處理之后可以再次用于列車清洗或花草綠化。水資源綜合利用技術(shù)不僅可以減少水的用量，還能降低污染，經(jīng)濟(jì)環(huán)保，一舉多得。

4)使用LED光源。LED光源就是發(fā)光二極管為發(fā)光體的電源，雖然更換成本比較高，但是此光源具有發(fā)光效率高、耗電量少、使用壽命長、安全可靠性強、有利于環(huán)保等一系列優(yōu)點。因此可將其用于長期使用的領(lǐng)域，如出入口指示燈。

3 節(jié)能工作管理機(jī)制構(gòu)建

當(dāng)前城市軌道交通節(jié)能規(guī)范研究相對較多，但是本行業(yè)還缺乏節(jié)能工作的管理與激勵體系，導(dǎo)致運營過程節(jié)能工作無序混亂，盲目追求節(jié)能指標(biāo)又忙著對建設(shè)過程中遺留的問題進(jìn)行節(jié)能改造。因此，一套節(jié)能工作管理與激勵體系對運營(建設(shè))方來說就顯得尤為重要。

1)開發(fā)高效低耗設(shè)備。

針對城市軌道交通能耗大、能源利用率低的現(xiàn)狀，企業(yè)積極安排資金、人才、技術(shù)來支持節(jié)能降耗項目實施，尋找新思路，探索新方法，采用新技術(shù)、新材料開發(fā)出既節(jié)能又高效的設(shè)備。

2)完善設(shè)計節(jié)能規(guī)范。

目前國內(nèi)尚沒有完全針對軌道交通設(shè)計階段的節(jié)能規(guī)范。然而，中國地域遼闊，每個地區(qū)的氣候、地質(zhì)都不太一樣。比如，按東北凍土地質(zhì)設(shè)計的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)就不能適用于西北地區(qū)的設(shè)計建設(shè)。因此，應(yīng)充分考慮到各地氣候、地質(zhì)等因素的差異，并體現(xiàn)在規(guī)范文件中，制定并進(jìn)一步不斷完善設(shè)計階段節(jié)能規(guī)范。

3)提高裝備節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。

目前，城市軌道交通尚沒有專用的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，通常都是套用一般樓宇建筑設(shè)備的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)。作為交通運輸行業(yè)能耗大戶應(yīng)盡快制定本行業(yè)專用的能耗標(biāo)準(zhǔn)，考慮到城市軌道交通作為社會公眾服務(wù)產(chǎn)品，影響范圍巨大，其標(biāo)準(zhǔn)要比一般樓宇建筑高［6］。

4)加強節(jié)能監(jiān)督管理。

為實現(xiàn)軌道交通綜合節(jié)能這一大目標(biāo)，企業(yè)還應(yīng)該積極完善內(nèi)部節(jié)能措施與規(guī)范，設(shè)立領(lǐng)導(dǎo)小組并建立員工責(zé)任制，確保政令暢通，最后明確各時期、各階段的節(jié)能目標(biāo)以及相應(yīng)的責(zé)任部門。

5)對每一階段節(jié)能目標(biāo)對應(yīng)責(zé)任人的完成情況進(jìn)行考核，對完成率高的小組和個人進(jìn)行多種形式的獎勵，完成較差的小組和個人批評，優(yōu)秀的小組分享經(jīng)驗，充分調(diào)動各位員工參與節(jié)能的意識與積極性。

4 結(jié)語

城市軌道交通作為公共交通的重頭，能耗基數(shù)很大，節(jié)能勢在必行。通過建設(shè)階段低資源消耗、運營期節(jié)能運行，并有針對性地制定節(jié)能工作管理體制，城市軌道交通行業(yè)一定會實現(xiàn)綜合節(jié)能這一目標(biāo)。

［1］陳 蕾.城市軌道交通引入 RAMS管理的必要性［J］.城市軌道交通研究，2007，5(4)：67-68.

［2］宋敏華.城市軌道交通節(jié)能技術(shù)發(fā)展趨勢研究［J］.工程建設(shè)與設(shè)計，2009(1)：15-19.

［3］王奕然，楊興山.城市軌道交通設(shè)備系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)對策［J］.都市快軌交通，2009，22(5)：6-9.

［4］史明紅.地鐵車輛段的集約節(jié)能設(shè)計［J］.都市快軌交通，2011，24(3)：40-42.

［5］蔡昌俊，鐘素銀.軌道交通節(jié)能減排分析與實施［J］.鐵路技術(shù)創(chuàng)新，2011(5)：2.

［6］宋 鍵.上海城市軌道交通“十一五”節(jié)能實施目標(biāo)與策略［J］.都市快軌交通，2009，22(2)：19-23.