城市軌道交通運營節能策略淺析

閆雅斌

（廣州地鐵集團有限公司，廣東廣州510000）

0 引言

近年來，我國城市軌道交通發展迅猛，截至2016年底，已有29座城市開通運營軌道交通線路，車站數量超過2 500座，總里程近4 000 km。伴隨著軌道交通的快速發展，其能耗問題日益凸顯，2016年全國城市軌道交通總耗電量已超過100億kW·h，占全社會總用電量的1.5%～2%。北京、上海、廣州等城市的軌道交通由于形成線網，年耗電量均在10億kW·h以上。按照目前的每公里平均能耗水平推算，未來全國城市軌道交通年用電量將達400億kW·h左右，城市軌道交通運營采取怎樣的節能策略顯得尤為重要。

1 城市軌道交通能耗現狀

城市軌道交通能源消耗體量大，98%以上都是電能消耗。按照用能性質區分，地鐵運營能耗主要分為牽引能耗、動力能耗、照明能耗及辦公能耗。其中動力能耗主要分為環控、門梯、消防及排水、弱電系統、安保警務等，照明能耗主要分為工作照明及應急照明。主要能耗占比如圖1所示。

隨著季節的變化，地鐵能耗有著明顯變化趨勢。夏季，由于外界氣溫高，車站通風空調系統功耗明顯增加。典型南方城市能耗全年變化趨勢如圖2所示。

2 節能管理策略

2.1 建立節能管理體系

搭建管理架構，明確工作職責；形成規章制度，制定節能管理、考評細則，劃分工作界面、明晰工作獎懲；實行節能工作責任制，與車站、線路簽定節能責任狀，落實節能任務。

圖1 城市軌道交通主要能耗占比

圖2 城市軌道交通主要能耗全年趨勢圖

2.2 制定節能目標，開展能耗對標

（1）確定能耗基準水平。有多年歷史能耗數據的系統，可以選取某一年或某幾年的平均值，在此基礎上修正作為基準；無歷史經驗數據的系統，只能通過理論計算來確定能耗基準，需要指出各用電系統理論計算能耗值往往與實際能耗有較大偏差。

（2）制定節能目標任務并層層分解。要結合基準年能耗水平，根據年度節能工作計劃，預估次年節能量，制定年度節能目標。目標需要分解到各線路、車站及主要用能系統。

（3）開展能耗對標，定期跟蹤節能目標完成情況。常用對標方式為將年度節能目標按照時間維度分解到月，逐月跟蹤，發生目標偏移，及時采取措施進行調整，保證節能工作按照目標開展。

2.3 能耗情況分析

關注能耗水平，影響能耗水平的因素有很多，包括天氣、客流量等等，需要建立科學的能耗評價指標來綜合判斷。用能性質不同，其能耗指標也不盡相同。須從不同評價維度對能耗情況進行對比分析，對于能耗異常情況分析原因，制定節能措施或開展節能改造。常用的評價維度有車公里牽引能耗（列車每運行1 km所消耗的牽引能耗）、人公里牽引能耗、站均動力能耗、站均照明能耗等等。

圖3 變風道組合式空調機組原理圖

3 節能技術策略

本文主要針對能耗較大的列車及車站環控系統提出以下節能技術策略：

3.1 列車節能技術策略

3.1.1 優化列車相關系統

輕量化設計，減輕車輛自重，在同等的牽引功率條件下，提高載荷能力；應用再生制動能量回饋吸收技術；列車空調多級能調或變頻技術，適用于載客量變化的溫度控制曲線，節能的同時提高乘客舒適度；列車照明應用LED、智能調光等。

3.1.2 優化線路行車組織

調整優化線路運行圖低峰期的參數，在不改變行車間隔、上線列數和小幅降低行駛速度的前提下，盡可能使相鄰供電分區內的列車牽引與制動同步，最大化實現牽引列車吸收列車制動產生的反饋電能。

在既有信號系統自動駕駛模式（ATO）不具備節能運行曲線的情況下，通過在低峰期時段采用人工駕駛模式（SM），減少加速、減速頻次，減少車站停站時間、增加區間行駛時間，實現牽引能耗的節約。在運營線路開展低峰期人工駕駛模式及自動駕駛模式對比測試，由測試結果看出人工駕駛模式較自動駕駛模式節能4%左右。

3.2 車站環控系統節能技術策略

3.2.1 變風道組合式空調機組技術

采用變風道式技術，通過機組內設置風門的開啟和關閉調節風流風道，當全新風運行時，打開內置風門，新風可直接從風門通過，不需經過換熱器，避免無功能耗的產生。機組具體運行原理如圖3所示。

3.2.2 水系統水泵改造技術

空調水泵的耗電是由空調水的流量、水泵揚程和水泵效率確定的，空調水的流量、水泵揚程和水泵效率取決于水泵工作點。實際工程中，往往由于設計裕量過大，施工驗收粗放，使得空調水系統的人為阻力過大，導致水泵的實際工作狀態點遠遠偏離設計工作狀態點。

可以進行以下改造：變頻調速，降低水泵電機的供電頻率從而降低水泵的轉速；更換水泵，以冷水機組的額定流量為依據，按照水泵的理想工作狀態點的流量和揚程合理配置。

3.2.3 直接蒸發式空調機組

目前多數車站采用傳統水冷冷水機組，冷凍水在空調箱內表冷器處與空氣換熱。已有許多研究實踐表明，冷媒直接蒸發式空調系統更適合車站大系統供冷，其取消了冷凍水，冷媒直接進入空調箱表冷器對空氣進行降溫除濕，這有利于蒸發溫度的提升，進而提高冷水機組整體COP值，同時也可節約冷凍水的輸配能耗。

3.2.4 地下車站軌行區排熱風機運行策略

目前國內地鐵車站軌行區排熱風機運行策略單一而不具有科學性，部分城市地鐵排熱風機常年處于關閉狀態，而部分城市全年運營時間段均開啟。根據有關研究測試，在滿足設計要求的前提下，為使車站環控系統、列車空調系統、隧道通風系統相互配合達到耗能最少、能效最高，建議軌道排熱風機的運行根據隧道及室外溫度來進行控制，在室外溫度高于隧道溫度時，不建議開啟軌行區排熱風機。

4 結語

城市軌道交通的節能工作是一個系統性工程，在節能策略上，不僅需要不斷制定管理措施和開展技術改造，還需要不斷研究探索新的節能思路，尤其是對于重點用能設備，要密切關注節能技術創新，挖掘節能潛力，實現節能可持續發展。