上海軌道交通領域節能技術應用與綜合管理

上海軌道交通技術研究中心鄭欣朱大緩王曉保 涂小衛

上海軌道交通領域節能技術應用與綜合管理

上海軌道交通技術研究中心鄭欣朱大緩王曉保 涂小衛

介紹了上海軌道交通耗能特點和耗能指標體系，主要包括構建節能管理保障體系、能耗指標評估體系及能源管理平笞等，分別對軌道交建節能新技術應用及案例作了介紹，最后總結了所取得節能成效。

軌道交通；節能技術；能耗

自1993年5月28日上海地鐵1號線一期工程建成通車，經過20多年的建設，目前，上海市規道交通已開通運營14條線（不含磁懸浮）、329座車站，運營里程538km，2013年實現運送旅客250326萬人次，在城市交通中的客運比例由2009年的20%提高到2013年的40%，在城市交通中發揮了重要作用。

上海申通地鐵集團有限公司（簡稱集團公司），為響應國家節能減排政策的號召，成立了集團公司節能委員會，多年來積極開展軌道交通的“二次節能”工作。

1軌道交通能耗特點與能耗指標體系

（1）軌道交通能耗特點

軌道交通的能源消耗結構示意圖見圖1。列車牽引系統能耗約占總能耗的50%、車站設備用電約占總能耗的40%，其它（商業開發、車輛基地和控制中心等）用電約占10%。

圖1軌道交通能源消耗結構示意圖

（2）能耗指標體系構成

基于能耗管理和節能監測的需求，構建軌道交通能耗指標體系。軌道交通能耗指標體系分為“網絡級、線路級、站車級”3級，體系架構如圖2所示。

圖2能耗指標體系架構圖

網絡級綜合能耗指標：用于衡量整個運營網絡能耗的指標,用于市政府或主管部門對集團公司節能工作成效的評價。

線路級能耗指標：用于衡量各運營線路能耗的指標,用于集團公司對各運營公司節能工作成效的評價。

站車級能耗指標：用于衡量各車站和列車能耗的指標,用于運營公司對車站班組和列車班組節能工作成效的評價。

（3）總體節能目標

根據國家最新“節能減排”的戰略目標和上海城市軌道交通能耗的特點，“十二五”期末（2015年）上海城市軌道交通網絡（該期間及以前投入正式運營線路）總體節能目標：5%。

2節能綜合管理措施和技術措施

2.1構建節能管理保障體系

（1）管理行為規范化

制定線路軌道交通設施設備節能管理辦法，組織研究并編制了《上海申通地鐵集團有限公司供用電管理辦法》及《上海軌道交通維護保障中心節能管理辦法》等。明確管理節能的要求，并從“優化運營組織、節能模式啟動、限時通風排熱、控制空調溫度、限時限區照明、禁止用電浪費”等6方面制定了列車、車站、車輛基地、控制中心等各類用電管理辦法和相應的節能獎勵考核辦法；對新建線路制定了工程建設項目節能驗收管理辦法等，以保證節能工作規范化、制度化。

（2）管理模式科學化

建立了網絡、線路、站（段）車3級節能指標體系。圍繞節能目標要求，根據各線路具體情況和特點，合理制定各條運營線路的節能指標。利用能耗評估體系，對軌道交通能耗進行科學合理的評估。

（3）管理方法信息化

根據《上海城市軌道交通用電負荷智能監測表計建設指導意見》，集團公司組織完成了各條運營線路加裝智能表計的工作。通過對軌道交通主變電所、牽引變電所、降壓變電所及其他必要用電回路裝設智能計量表計，建立了網絡級能耗管理平臺。依托能源利用綜合管理平臺，監測和采集重點用能系統的能耗數據，有針對性的實施系統節能管理；同時加強在工程項目建設和運營階段的審查和監管，制定和實施強制性、超前性能耗考核指標，完善節能管理監督機制。

2.2構建城市軌道交通能耗指標評估體系

城市軌道交通的運營耗能由牽引系統用電能耗(包括車輛、牽引供電系統等)和動力照明用電能耗(包括通風空調、給排水、電扶梯、照明、弱電等)組成，其耗能量受線路條件、客流規模、車輛類型、機電設備、服務水平等諸多因素的影響。應綜合考慮各種因素，通過構建城市軌道交通能耗指標評估體系對軌道交通的能耗水平進行評估和預測。

按照3級能耗指標劃分，建立了一套軌道交通能耗指標的評價體系，并創新性提出了標準能耗車、標準能耗車站等概念。通過評估軟件實現牽引系統、動力照明系統能耗計算、新建線路軌道交通能耗的預測和模擬計算等功能。應用能耗指標評估體系，挖潛既有線路的節能潛力，提出新線建設的節能措施，合理安排電力資源，有序實施節能措施，減少運營能耗。

2.3構建城市軌道交通能源管理平臺

城市軌道交通能源利用綜合管理平臺應用計算機技術，實時獲取每線路、每車站、每機電系統主要設備的能耗信息，進行能耗數據分析、指標計算對比，掌握能耗特點和規律，制定有效的節能措施。

目前1～13、16號線，已建立了由站、線、網3級架構組建的能耗監測管理平臺，站級系統主要設置于各車站、車輛基地的變電所內；線路級系統設置于各線路的控制中心；網絡級系統設置于軌道交通能源管理中心內,對全網絡能耗數據進行采集、存儲、計算等處理。能耗監測管理系統的基本架構如圖3所示。

綜合管理平臺在功能上實現了自動采集、存儲各類能耗數據,并具備歷史數據查詢功能。采集與存儲的數據類型包括:三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、功率因數、有功電量、無功電量等。同時支持預定義報表、自定義報表的功能,可根據用戶的需求自動生成網絡、線路、車站的年、月、日報表，并與相關單位共享各類能耗數據。

能耗監測管理系統的建立基本實現了上海城市軌道交通能源管理日常工作信息化，同時為能耗指標的制定、節能技術應用效果的驗證和節能考核工作的有序開展提供了數據支持。

圖3能耗監測管理系統的基本架構

2.4合同能源管理新機制的應用

為加快軌道交通節能降耗實施進程，引入了“007”（技術上零風險，財務上零成本；節能服務公司提供7項服務）的合同能源管理新機制，其示意圖如圖4。采用合同能源管理的模式實施集團公司范圍內的節能改造，利用節能服務公司的資金和技術優勢，降低集團公司的資金壓力和節能改造的技術風險，提高運營服務及管理水平，從而實現節能降耗的目標。

圖4合理能源管理機制示意圖

依據《上海申通地鐵集團有限公司節能改造實施合同能源管理機制基本要求（暫行）》及合同能源管理通用合同文本，規范和便于節能改造項目按照合同能源管理機制進行實施，并要求各運營公司按照“合同能源管理”模式在軌道交通車站照明、空調系統的節能改造中進行了應用。

3軌道交通節能新技術應用和技術改造

（1）加強節能新技術的專項研究

積極與高校或科研機構合作，開展了涉及供電、車輛、環控等多個專業節能技術專項研究。主要有：《35kV干式非晶合金環氧澆注變壓器應用可行性研究》、《列車節能運行圖編制及節能運行模式試點應用研究》、《列車空調多聯智能變頻節能技術應用研究》、《車站軌行區排風（熱）風管節能優化及風速均勻性研究》、《車站通風空調系統智能化控制管理及節能模式實施方案研究》、《空調制冷機組內循環系統節能技術應用研究》、《AOP高級氧化技術在車站循環冷卻水處理中的應用研究》等。

（2）現有線路的節能技術改改造

在環控、照明、給排水等系統的在現有線路的節能改造，主要有如下2個方面。

1）按照合同能源管理模式進行軌道交通1、2、3、4、5、6、8、9號線等部分車站、車輛基地照明系統采用節能燈、LED燈、智能照明控制系統應用等節能改造，改造后經測試，節能率達40%～60%。

2)車站空調水系統變流量智能控制節能技術改造。在1、2、4、6、9、10號線等30座車站進行了節能技術改造工作。改造后經測試，節能率達25%～30%。

（3）節能新技術試點應用

在充分落實現有節能技術措施基礎上，按“推廣應用、試點示范、研發試點”三個層次，開展節能“四新”技術的試點與應用是以下幾個項目。：

1）車輛基地太陽能光伏新能源示范應用。在川楊河、治北、金橋等3座車輛基地部分車庫屋頂實施10MW太陽能光伏并網發電工程。

2）列車節能運行圖編制及節能運行模式試點應用。11號線全線列車在非高峰時段采用了列車節能運行圖模式運營，在運行圖兌現率基本保持在100%，準點率達99.5%的情況下，列車牽引系統節能率達9%。

3）列車客室智能照明節能試點應用。開展列車照明智能控制研究，結合自然采光條件通過智能控制技術實現車內照度穩定，已在軌道交通4號線車輛上進行試點應用。

4）車站水冷VRV系統節能試點應用。2號線、9號線部分車站已安裝水冷VRV系統設備，并運行穩定。經測試，平均節能率超過50%。

4節能成效

“十一五”開始至2013年節能工作已彰顯成效。2013年網絡綜合能耗指標為4894.16度/標準千車·km，與基準年（2010年）相比，下降9.94%，完成了“十二五”市政府下達的5%的節能目標。2013年全網絡客流總量250326萬人次、客運周轉總量2149911（萬人·km），與基準年（2010年）相比，分別增長33.2%、33.3%，客流量單耗下降18.9%、客運周轉量單耗指標下降19.0%，節能效果明顯，（見表1和表2）。

表1 2010-2013年度網絡綜合能耗指標

表2 2010-2013年度網絡客流和客運周轉量能耗指標

5總結

通過一系列的節能減排管理與技術措施的實施，取得了較為明顯的節能效果。城市軌道交通的節能減排是一項長期工作，也是一項系統工程，需要社會各界的大力支持與配合。今后集團公司將進一步加大節能方面的資金投入，完善集團公司的節能管理體系，加快節能減排新技術和新產品的應用，持續挖掘節能潛力，大力提高能源利用效率。在滿足運營服務質量、確保運營安全的前提下，建設更加節能環保和安全高效的綠色地鐵，塑造“資源節約、環境友好”的城市軌道交通形象。

美科學家研制成功人工樹葉能將光子轉化為能源

最近，美國加州理工學院約根森實驗室研制成功一種人工樹葉，利用陽光促使氫和其他燃料的燃燒效率比生物燃料的燃燒效率更高。

據介紹，該人工樹葉的核心部分是2塊浸入水溶液的電極。每一塊電極由半導體材料制作而成，該材料能夠從太陽光譜中捕獲特殊的光能。

此外，電極外表還涂有催化劑，用來確保電極以一定的速度產生氫或氧。研究人員用薄膜將生成的各種氣體隔開，以降低爆炸的風險。

研究人員表示，現有的吸光器因其核心部分由昂貴的單晶硅為材料制作，因此價格高，市場推廣有難度，現制造人工樹葉的材料價格低廉，便于市場推廣。

（美國ABC）

Energy Saving Techno logy App lication and Integrated Management of Rail Transportation in Shanghai

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