軌道交通節(jié)能管理中幾個(gè)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題
——以京港地鐵為例

文_王云霞 北京節(jié)能環(huán)保中心

我國(guó)軌道交通行業(yè)近年來(lái)發(fā)展勢(shì)頭迅猛。預(yù)計(jì)到2020年, 城市軌道交通運(yùn)營(yíng)線路長(zhǎng)度將超過(guò)6000km。城市軌道交通消耗的能源品種主要為電力, 其電能的消耗量占總能耗的90%左右，而軌道交通電耗將占全國(guó)總用電量的3%。隨著線網(wǎng)規(guī)模的增大，車站數(shù)量的增多，城市軌道交通的能耗總量也將大幅上升，節(jié)能工作將成為城市軌道交通行業(yè)的重任。

本文通過(guò)京港地鐵有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱“京港地鐵”）綜合節(jié)能服務(wù)案例，提出未來(lái)軌道交通節(jié)能管理中需要重點(diǎn)關(guān)注的幾個(gè)問(wèn)題。

1 軌道交通用能結(jié)構(gòu)

京港地鐵共有四條線路：4號(hào)線、大興線、14號(hào)線和16號(hào)線。主要能源消耗包括電力、天然氣、柴油和汽油。電力應(yīng)用范圍最廣，主要用于車輛牽引、車站動(dòng)力及照明、車輛維修等；天然氣用于車輛段及停車場(chǎng)冬季采暖和炊事；汽油和柴油用于車輛運(yùn)營(yíng)使用。

2015～2017年，隨著線路和車站增多，京港地鐵能源消費(fèi)總量呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)。其電力、天然氣、汽油、柴油各類能源消耗折標(biāo)煤占總能耗的比重見(jiàn)圖1。從圖上可以看出電力占比最高，大約占總能耗的90%左右。

電力消耗主要分牽引用電、動(dòng)照用電和商業(yè)用電三類。其中商業(yè)用電占比很低，且年度用量基本恒定約占2%～4%；占比最大的是牽引用電約50%～60%，動(dòng)照用電次之約40%～50%，且牽引用電和動(dòng)照用電呈現(xiàn)夏季明顯偏高的“波峰”型，主要因?yàn)榭照{(diào)季耗電量激增造成的。圖2為京港地鐵2015～2017年?duì)恳秒姟?dòng)照用電和商業(yè)用電的占比情況。

經(jīng)過(guò)對(duì)每條線路分析，發(fā)現(xiàn)夏季期間空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的用電量占比較高，是節(jié)能管理的重點(diǎn)方向。

2 軌道交通用電狀況分析

考慮到電力為主要用能品種，且情況復(fù)雜，是節(jié)能減排工作中的重中之重，本文主要以電力分析為主。

2.1 線路電力分析

2015～2017年各線路總電耗，4號(hào)線和大興線近三年電耗基本穩(wěn)定，4號(hào)線2016年和2017年總電耗較2015年小幅下浮。14號(hào)線2016年和2017年較2015年增長(zhǎng)幅度較大，主要原因?yàn)?4號(hào)線中段與14號(hào)線東段在2015年年底貫通試運(yùn)營(yíng)。

從電力折合能源消耗指標(biāo)分析(圖3)，京港地鐵4號(hào)大興線、14號(hào)線的單位客運(yùn)量能耗指標(biāo)和單位周轉(zhuǎn)量能耗指標(biāo)均呈現(xiàn)逐年下降趨勢(shì)，說(shuō)明京港地鐵在全力保障地鐵安全高效運(yùn)營(yíng)的同時(shí)，積極開(kāi)展各項(xiàng)節(jié)能減排工作，并取得了較為明顯的成效。

2.2 線路牽引用電分析

列車牽引能耗主要由牽引列車運(yùn)行用電和輔助設(shè)備用電。輔助設(shè)備主要包括空調(diào)、照明和車載電氣設(shè)備，其運(yùn)行耗能約占列車總能耗的10%～20%，而空調(diào)用電則是輔助設(shè)備用電的主要貢獻(xiàn)者。

通過(guò)對(duì)牽引用電逐月消耗的規(guī)律進(jìn)行分析，夏季車輛空調(diào)開(kāi)啟月份減去過(guò)渡季節(jié)月份的牽引用電，可將牽引用電拆分成車輛空調(diào)用電和車輛其他用電。各線路空調(diào)用電和其他用電占比如圖4。

從各線路的分項(xiàng)用電占比情況分析，4號(hào)線和大興線車輛空調(diào)用電的占比約8%～12%，而14號(hào)線和16號(hào)線車輛空調(diào)用電的占比約1.5%～6%左右。尤其是16號(hào)線車輛空調(diào)占比很低，一方面是16號(hào)線采用了新型的車輛空調(diào)及控制模式；另一方面16號(hào)線運(yùn)行初期客流量較低，車輛空調(diào)負(fù)荷率較低。對(duì)于早期投入運(yùn)行的4號(hào)線和大興線配備的車輛空調(diào)能效較低，可以考慮配備節(jié)能空調(diào)來(lái)達(dá)到節(jié)能效果。

牽引列車運(yùn)行用電占牽引用電的80%以上，影響因素主要有：列車屬性，包括電機(jī)性能、再生制動(dòng)能力、車型、運(yùn)行阻力；線路條件，包括線路設(shè)計(jì)的坡度、曲線站間距、車站距離；運(yùn)營(yíng)組織，包括技術(shù)速度、追蹤間隔、編組方案、滿載率、列車操縱等。而在前兩者已經(jīng)穩(wěn)定情況下，運(yùn)營(yíng)組織水平的高低對(duì)列車牽引能耗有著直接的影響。

2.3 線路動(dòng)照用電分析

軌道交通車站動(dòng)力照明系統(tǒng)是地鐵車站建設(shè)的重要組成部分，包括通風(fēng)空調(diào)、照明、電梯、通信系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、站控等用電。其中通風(fēng)空調(diào)、照明、電梯有較大的節(jié)能空間。而通風(fēng)空調(diào)（環(huán)控）系統(tǒng)所占比例最大，也成為軌道交通節(jié)能工作中的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。

采用牽引用電同類的分析計(jì)算方法，對(duì)各地鐵線路動(dòng)力照明用電進(jìn)行拆分，得到各線路空調(diào)用電和其他用電的占比情況（圖5）：4號(hào)線和大興線空調(diào)用電占比約20%～22%，14號(hào)線和16號(hào)線空調(diào)用電占比約22%～27%，對(duì)于較晚開(kāi)通的14號(hào)線和16線而言，16號(hào)線的空調(diào)用電占比高于14號(hào)線，初步判斷其空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能技改和節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行，存在一定空間。

3 軌道交通節(jié)能診斷范圍及內(nèi)容

節(jié)能診斷是一種零距離對(duì)用能企業(yè)進(jìn)行把脈問(wèn)診、對(duì)癥下藥的技術(shù)推廣模式，其目的就是推廣那些經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)并被證明確實(shí)有效的節(jié)能技術(shù)，挖掘重點(diǎn)耗能企業(yè)的節(jié)能潛力。

軌道交通節(jié)能診斷是對(duì)地鐵用能環(huán)節(jié)和設(shè)備現(xiàn)狀的全面了解，首先應(yīng)通過(guò)查閱各線路及站點(diǎn)能源消耗數(shù)據(jù)，了解各線路基本信息和能源消耗現(xiàn)狀，并與相關(guān)人員交流地鐵線路當(dāng)前運(yùn)行中存在的問(wèn)題；然后針對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研及測(cè)試分析，包括典型工況下和根據(jù)運(yùn)行記錄分析出的不同季節(jié)下各種運(yùn)行工況，最終給出解決方案和能夠?qū)崿F(xiàn)的節(jié)能效果。

京港地鐵的節(jié)能診斷是覆蓋全線路包括停車場(chǎng)、車輛段的全面診斷，診斷內(nèi)容包括：（1）牽引用能系統(tǒng)，主要關(guān)注再生制動(dòng)電能利用途徑方面實(shí)施節(jié)能；（2）供暖系統(tǒng)，主要關(guān)注運(yùn)行控制的精細(xì)化管理；（3）空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)，主要關(guān)注設(shè)備選型匹配，精細(xì)化運(yùn)行；（4）照明系統(tǒng)，關(guān)注合理的照明控制方式，制定多種照明運(yùn)行模式；（5）供配電系統(tǒng)應(yīng)關(guān)注精細(xì)化管理，是否應(yīng)用智能能源管理系統(tǒng)；（6）綜合服務(wù)系統(tǒng)，應(yīng)關(guān)注電梯節(jié)能；（7）特殊區(qū)域及其他用能系統(tǒng)；（8）建筑本體，應(yīng)考慮地鐵作為公共建筑本身的圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能情況；（8）給排水系統(tǒng)；（9）用能管理狀況；（10）節(jié)能制度建設(shè)狀況。

4 軌道交通節(jié)能指標(biāo)分解

建立能耗目標(biāo)是能源管理的關(guān)鍵，將總體目標(biāo)量化并進(jìn)行拆分是進(jìn)行能源消耗過(guò)程管控以及保障總體目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的核心。軌道交通企業(yè)作為重點(diǎn)用能單位一般都有政府下達(dá)的節(jié)能指標(biāo)，因此建立科學(xué)的節(jié)能指標(biāo)分解體系是企業(yè)完成指標(biāo)考核實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的關(guān)鍵。

京港地鐵的所有線路、場(chǎng)段都?xì)w屬工程部，主要能耗都在一個(gè)部門，之前并沒(méi)有明確具體考核辦法和分解任務(wù)，根據(jù)用能結(jié)構(gòu)和用能狀況分析，此次指標(biāo)分解按照線路和車輛段兩個(gè)主體進(jìn)行分配，具體如圖6。

基于兩大主體用能，可以把主要能耗和能源種類分配給相應(yīng)的單位，分配依據(jù)以2015～2017年歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)于與客流密切相關(guān)的牽引電耗，須擬合牽引電模型，后進(jìn)行電耗指標(biāo)推算；對(duì)于車站電耗來(lái)說(shuō)較為穩(wěn)定，在歷史數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上總結(jié)年度總量與單耗；場(chǎng)段能耗以電耗、燃油、燃?xì)獾哪甓瓤偭繛橐罁?jù)，供暖燃?xì)夥矫嬖O(shè)定單耗以進(jìn)行節(jié)能引導(dǎo)。

根據(jù)指標(biāo)分解對(duì)能耗指標(biāo)考核提出建議：（1）考核頻次：建議一年三次，考慮到5～9月空調(diào)季對(duì)能耗影響較大，因此按照1～4月、5～9月、10～12月節(jié)點(diǎn)劃分；（2）考核依據(jù)：牽引電耗按照牽引電方程計(jì)算出的定額考核（區(qū)分空調(diào)季、非空調(diào)季）；動(dòng)照電耗按照預(yù)測(cè)出的定額進(jìn)行總量考核，同時(shí)參考單位面積動(dòng)照電耗強(qiáng)度（區(qū)分空調(diào)、非空調(diào)季及車站類型）；場(chǎng)段電耗按照定額總量考核為主，單位電耗考核為輔（區(qū)分空調(diào)、非空調(diào)季）；場(chǎng)段天然氣考核期內(nèi)如有供暖，須按單位面積供暖氣耗進(jìn)行考核；場(chǎng)段燃油建議按照每年12月考核一次執(zhí)行。

軌道交通企業(yè)作為城市重點(diǎn)用能企業(yè)，越來(lái)越受到各級(jí)政府部門的關(guān)注，對(duì)其能源管理的水平要求越來(lái)越高，節(jié)能減排工作面臨巨大挑戰(zhàn)。企業(yè)應(yīng)努力在頂層設(shè)計(jì)上打造一支強(qiáng)有力的節(jié)能減排隊(duì)伍、一個(gè)規(guī)范化的節(jié)能減排管理制度體系，同時(shí)關(guān)注節(jié)能新技術(shù)產(chǎn)品前沿，樹(shù)立良好的社會(huì)責(zé)任感和憂患的節(jié)能減排意識(shí)，持續(xù)加大節(jié)能工作力度，在實(shí)現(xiàn)企業(yè)良好經(jīng)濟(jì)效益同時(shí)，為社會(huì)節(jié)能減排作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。