淺談城市軌道交通項(xiàng)目節(jié)能評(píng)估

李智

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

節(jié)能管理與技術(shù)

淺談城市軌道交通項(xiàng)目節(jié)能評(píng)估

李智

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

本文以城市軌道交通項(xiàng)目節(jié)能評(píng)估工作為引導(dǎo)，在分析能耗構(gòu)成以及比重的基礎(chǔ)上，針對(duì)主要耗能系統(tǒng)，總結(jié)出主要節(jié)能技術(shù)措施，同時(shí)針對(duì)現(xiàn)階段節(jié)能評(píng)估工作不足之處進(jìn)行探討，以期推動(dòng)城市軌道交通建設(shè)項(xiàng)目節(jié)能評(píng)估工作進(jìn)一步發(fā)展，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。

城市軌道交通；節(jié)能評(píng)估； 優(yōu)化

城市軌道交通是我國未來城市交通的骨干，截至2015年末，全國已經(jīng)有26個(gè)城市建成城軌投運(yùn)城軌線路116條，運(yùn)營線路長度3 612 km，另有39個(gè)城市已批準(zhǔn)建設(shè)城軌項(xiàng)目，預(yù)計(jì)到2020年，全國城軌總里程將達(dá)到6 000 km，投資達(dá)4萬億元[1]。城市軌道交通系統(tǒng)飛速發(fā)展的同時(shí)，也帶來了巨大的運(yùn)營成本和經(jīng)濟(jì)壓力。有數(shù)據(jù)顯示[2]，2015年北京地鐵的耗能將達(dá)到14億kW·h，占地鐵整體運(yùn)營成本的4成，約相當(dāng)于73萬戶三口之家一年的用電量。

節(jié)能評(píng)估是固定資產(chǎn)投資項(xiàng)目節(jié)能評(píng)估和審查的簡稱，以貫徹科學(xué)發(fā)展觀，落實(shí)節(jié)約資源的基本國策為目的，依據(jù)節(jié)能法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)投資項(xiàng)目的能源利用是否科學(xué)合理進(jìn)行分析評(píng)估。2010年國家發(fā)改委頒布第6號(hào)令，《固定資產(chǎn)項(xiàng)目節(jié)能評(píng)估和審查暫行辦法》，自此，建設(shè)項(xiàng)目的節(jié)能評(píng)估及其審查形成的審查意見是項(xiàng)目審批、核準(zhǔn)或開工建設(shè)的前置性條件[3]，也是項(xiàng)目設(shè)計(jì)、竣工和竣工驗(yàn)收的重要依據(jù)。在項(xiàng)目前期，評(píng)估人員對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案的用能和節(jié)能水平進(jìn)行分析、預(yù)測和評(píng)估，可以提出切實(shí)可行的節(jié)能方案和措施，提前對(duì)節(jié)能工作進(jìn)行部署，省去后期很多不必要的麻煩，對(duì)建設(shè)項(xiàng)目節(jié)能工作起到很好的約束和促進(jìn)作用。

1 主要能耗分析與節(jié)能措施

城市軌道交通建設(shè)項(xiàng)目主要消耗的能源種類是電能，約占所消耗能源總量的95%以上。其它消耗的能源種類還包括水、汽油、柴油以及天然氣(部分場段鍋爐使用)。

1.1 電能

電能是城市軌道交通項(xiàng)目中消耗的主要能源，列車牽引、通風(fēng)空調(diào)和動(dòng)力照明又是所耗電能中占比前三的項(xiàng)目，其中列車牽引能耗(包括損耗)約占總能耗的40%，環(huán)控系統(tǒng)約占總能耗的30%，電扶梯系統(tǒng)約占總能耗的12%，動(dòng)力照明系統(tǒng)約占總能耗的5%[4],因此節(jié)約能源應(yīng)主要從這四個(gè)方面著手。

1.1.1 節(jié)能坡和再生制動(dòng)

通常所說的節(jié)能坡是指線路縱斷面滿足“進(jìn)站上坡，出站下坡”的情況，這種“高站位、低區(qū)間”的設(shè)計(jì)可以使列車在出站時(shí)將部分重力勢能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，而車輛在進(jìn)站時(shí)，將部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化成勢能，節(jié)省牽引耗電量。通常認(rèn)為，坡度值在20%～28%之間，長度在200 m左右的坡段，都屬于節(jié)能坡。據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用節(jié)能坡可以節(jié)約約25%～30%的牽引能耗[5]。

再生制動(dòng)，是在制動(dòng)時(shí)把車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化及儲(chǔ)存起來的一種技術(shù)。國外城軌項(xiàng)目中使用的再生制動(dòng)裝置主要有電阻吸收裝置、逆變吸收裝置、電容吸收裝置以及飛輪儲(chǔ)能裝置這四種類型[6]，國內(nèi)城軌項(xiàng)目中，電阻吸收裝置、逆變吸收裝置、電容吸收裝置這三種類型的再生制動(dòng)裝置均有采用。根據(jù)仿真計(jì)算，采用再生制動(dòng)裝置的可以節(jié)約20%～25%的牽引能耗[7]。

1.1.2 環(huán)控系統(tǒng)

城市軌道交通中，環(huán)控系統(tǒng)的主要節(jié)能措施包括優(yōu)先利用自然冷源和通風(fēng)，以減少機(jī)械通風(fēng)和通風(fēng)時(shí)間；利用列車在隧道內(nèi)運(yùn)營時(shí)產(chǎn)生的活塞風(fēng)來冷卻隧道，以減少隧道風(fēng)機(jī)的使用時(shí)間；根據(jù)環(huán)境條件，合理選用站臺(tái)門系統(tǒng)，根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)值比較，采用封閉式站臺(tái)門系統(tǒng)的空調(diào)能耗約為采用閉式系統(tǒng)的30%[8]；采用冷水機(jī)組自動(dòng)清洗裝置，定期自動(dòng)清洗機(jī)組冷凝管，減少結(jié)垢，保持其高效運(yùn)行；優(yōu)先選用“節(jié)能產(chǎn)品惠民工程”推廣目錄中或是達(dá)到國家1級(jí)能效標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。另外，按照不同的季節(jié)與運(yùn)營時(shí)段，合理組織環(huán)控系統(tǒng)的運(yùn)行模式，也可以大大減少環(huán)控系統(tǒng)的能耗。

1.1.3 智能照明控制系統(tǒng)與LED光源

智能照明控制系統(tǒng)是一種由現(xiàn)場數(shù)據(jù)總線構(gòu)成的分布式控制網(wǎng)絡(luò)照明管理系統(tǒng)，對(duì)車站公共區(qū)(站廳層公共區(qū)、站臺(tái)層公共區(qū))及出入口走道的正常照明進(jìn)行控制。通過時(shí)鐘控制和傳感器，自動(dòng)調(diào)節(jié)燈光的開關(guān)、強(qiáng)弱。智能照明控制系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的控制方式節(jié)電率可達(dá)25%，同時(shí)還可以有效延長燈具的使用壽命。

LED光源與傳統(tǒng)熒光燈照明相比，具有體積小、壽命長、耗電量低、綠色環(huán)保等特點(diǎn)。雖然LED制造成本較傳統(tǒng)光源高，但其使用壽命是普通熒光燈的3倍，功率是同等照度下熒光燈的1/5，因此綜合成本，LED相比熒光燈要節(jié)省20%左右。根據(jù)筆者調(diào)研，2010年，廣州地鐵4號(hào)線在大學(xué)城北站站和官洲站進(jìn)行了LED節(jié)能試驗(yàn)，現(xiàn)已運(yùn)營6年，節(jié)能效果顯著，已作為示范站推廣，新建線路全部使用LED，既有線路根據(jù)燈具使用壽命逐步改造。

1.1.4 自動(dòng)扶梯

自動(dòng)扶梯是一種高耗能設(shè)備，在運(yùn)營期間持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。扶梯采用變頻工作模式，可以在空載狀態(tài)下，低速運(yùn)行或停止運(yùn)行，大幅度降低能耗。同時(shí)，通過變頻控制方式，還可以使扶梯在非客流高峰區(qū)段或是非客流高峰小時(shí)，以稍低的速度運(yùn)行(比如0.5 m/s)，既不影響服務(wù)質(zhì)量，又增加運(yùn)營的安全性，同時(shí)也具有一定的節(jié)能效果。

設(shè)計(jì)SPWM軟件算法時(shí)，通過控制調(diào)制度M的大小就可達(dá)到控制輸出電壓大小目的。理論上該參數(shù)取值在0～1之間，由于器件極限參數(shù)的影響，實(shí)際調(diào)試中發(fā)現(xiàn)M值最大為0.95。假設(shè)變頻器輸出電壓為U，補(bǔ)償電壓為Ua，輸出頻率為f2，異步電動(dòng)機(jī)額定電壓UN為380 V，額定頻率fN為50 Hz，調(diào)制度M計(jì)算式為：

另一方面，通過選擇合理的電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)型號(hào)，使扶梯在較高的效率的負(fù)載區(qū)間(通常為25%至50%負(fù)載區(qū)間)運(yùn)行，也可以提高扶梯的運(yùn)行效率，節(jié)約能耗。

1.2 水、汽油、柴油、天然氣

水資源消耗主要分為生活用水和生產(chǎn)用水，其中生活用水主要是地鐵工作人員和乘客的飲用水，生產(chǎn)用水主要包括沖洗用水和空調(diào)補(bǔ)水。

汽油和柴油能耗是城軌項(xiàng)目節(jié)能評(píng)估中比較容易忽略的耗能項(xiàng)目，該類能源消耗主要集中在場段中，以內(nèi)燃吊機(jī)、作業(yè)車、搶修車以及少量乘用客車為主。同時(shí)，北方的城軌項(xiàng)目場段中可能有以天然氣為能源的鍋爐，在統(tǒng)計(jì)能耗時(shí)也需要特別留意。

2 設(shè)計(jì)方案與運(yùn)營管理中的節(jié)能措施

從上面的分析可以看出，現(xiàn)階段的節(jié)能評(píng)估工作主要是針對(duì)城軌項(xiàng)目中機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和終端用電設(shè)備進(jìn)行評(píng)估，線路敷設(shè)方式、場段布置以及能源計(jì)量管理方面的評(píng)估并不多，而這幾個(gè)方面對(duì)城軌項(xiàng)目的能源消耗也有著相當(dāng)重要的作用。

2.1 線路敷設(shè)方式

目前，城市軌道交通大多采取地下敷設(shè)方式，較少采用高架敷設(shè)。與地下站相比，高架站可以更好的利用自然通風(fēng)和自然采光。根據(jù)調(diào)查分析，高架站的通風(fēng)空調(diào)能耗只有地下站的1/6，動(dòng)力照明能耗只有地下站的1/5。因此從能耗角度來講，采用高架站是更有利的。

2.2 停車場、車輛段的工藝布置

停車場、車輛段的工藝對(duì)于能源消耗也有著重要的影響。如果車輛檢修、洗車等工藝不能貫通進(jìn)行，而是需要多次折返，將會(huì)增加列車在場段內(nèi)運(yùn)行里程，進(jìn)而增加場段內(nèi)的牽引能耗。因此，從能源消耗角度來講，場段內(nèi)的各項(xiàng)工藝貫通設(shè)計(jì)是最為合理的。

越來越多的城軌項(xiàng)目采用全地下的停車場設(shè)計(jì)方案取代傳統(tǒng)的地上停車場方案，全地下設(shè)計(jì)方案的優(yōu)勢在于節(jié)省土地資源，但是同線路敷設(shè)一樣，從能源消耗的角度來講，全地下的設(shè)計(jì)也不利于利用自然通風(fēng)和自然采光，不利于節(jié)約能耗。

2.3 建立健全的能源計(jì)量管理體系

能源消耗有效的計(jì)量、統(tǒng)計(jì)工作是節(jié)能管理的重要依據(jù)，對(duì)降低城軌項(xiàng)目的運(yùn)營能耗具有重要意義。國家也頒布了《工業(yè)企業(yè)能源管理導(dǎo)則》(GBT 15587—2008)和《用能單位能源計(jì)量器具配備與管理通則》(GB17167—2006)等規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)企業(yè)的能源計(jì)量管理體系的建立進(jìn)行規(guī)范。

以上海地鐵為例[9]，建立了站、線、網(wǎng)三級(jí)架構(gòu)組成的能源監(jiān)測管理體系，由站、線級(jí)智能表進(jìn)行檢測計(jì)量，然后將數(shù)據(jù)上傳到網(wǎng)一級(jí)，由網(wǎng)一級(jí)對(duì)站、線的能耗數(shù)據(jù)匯進(jìn)行總，并運(yùn)用軟件分析，生成能耗報(bào)表、數(shù)據(jù)曲線，通過通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)布給各級(jí)能源統(tǒng)計(jì)人員，為各級(jí)的節(jié)能管理工作提供重要依據(jù)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，上海地鐵能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)的節(jié)能減排效果約可以達(dá)到1%左右，2012年節(jié)電1 431 104kW·h,年節(jié)省電費(fèi)1 231 萬元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

3 結(jié)語

項(xiàng)目前期進(jìn)行節(jié)能評(píng)估，是開展城市軌道交通節(jié)能工作不可或缺的一環(huán)。深化對(duì)城市軌道交通建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案和能源管理體系的評(píng)估，將有助于進(jìn)一步發(fā)揮節(jié)能評(píng)估的指導(dǎo)作用，降低城市軌道交通項(xiàng)目能源消耗。

[1] 張智.預(yù)計(jì)到2020年地鐵投資將達(dá)到4萬億 二三線城市“地鐵盛宴”[N].華夏時(shí)報(bào)網(wǎng), http://www.chinatimes.cc/article/49049.html,2015-05-29.

[2] 王虹航.地鐵運(yùn)營節(jié)能革命性突破呼之欲出[N].中國建設(shè)報(bào),2015-02-10(特刊7版).

[3] 國家發(fā)改委令第6號(hào).固定資產(chǎn)項(xiàng)目節(jié)能評(píng)估和審查暫行辦法[S].2010.

[4] 龔平.節(jié)能評(píng)估對(duì)城市軌道交通建設(shè)的約束性和引導(dǎo)性[J].鐵路節(jié)能環(huán)保與安全衛(wèi)生,2014,4(6):278-281.

[5] 樂建迪.地鐵正線節(jié)能坡設(shè)計(jì)探討[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2008(8):17-19.

[6] 焦劼.西安地鐵2號(hào)線再生制動(dòng)能量吸收設(shè)備的選取[C]. 2008年鐵路電氣化新技術(shù)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.

[7] 張文麗.地鐵列車再生制動(dòng)節(jié)能仿真研究[J].電力傳動(dòng)，2008(3):41-44.

[8] 孫寶鑫.關(guān)于地鐵環(huán)控系統(tǒng)節(jié)能的探討[J].中國集體經(jīng)濟(jì),2009(3S):170-171.

[9] 上海申通地鐵集團(tuán)有限公司.上海軌道交通能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)[J].交通節(jié)能與環(huán)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，助理工程師，從事地鐵設(shè)計(jì)和節(jié)能評(píng)估工作。

2095-1671(2016)03-0121-03

TK01+<8 class="emphasis_bold">8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B8

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