軌道交通節能管理中幾個重點關注的問題
——以京港地鐵為例

文_王云霞 北京節能環保中心

我國軌道交通行業近年來發展勢頭迅猛。預計到2020年, 城市軌道交通運營線路長度將超過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總用電量的3%。隨著線網規模的增大，車站數量的增多，城市軌道交通的能耗總量也將大幅上升，節能工作將成為城市軌道交通行業的重任。

本文通過京港地鐵有限責任公司（以下簡稱“京港地鐵”）綜合節能服務案例，提出未來軌道交通節能管理中需要重點關注的幾個問題。

1 軌道交通用能結構

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

2015～2017年，隨著線路和車站增多，京港地鐵能源消費總量呈逐年增長趨勢。其電力、天然氣、汽油、柴油各類能源消耗折標煤占總能耗的比重見圖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、動照用電和商業用電三類。其中商業用電占比很低，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%，動照用電次之約40%～50%，且牽引用電和動照用電呈現夏季明顯偏高的“波峰”型，主要因為空調季耗電量激增造成的。圖2為京港地鐵2015～2017年牽引用電、動照用電和商業用電的占比情況。

經過對每條線路分析，發現夏季期間空調通風系統的用電量占比較高，是節能管理的重點方向。

2 軌道交通用電狀況分析

考慮到電力為主要用能品種，且情況復雜，是節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號線和大興線近三年電耗基本穩定，4號線2016年和2017年總電耗較2015年小幅下浮。14號線2016年和2017年較2015年增長幅度較大，主要原因為14號線中段與14號線東段在2015年年底貫通試運營。

從電力折合能源消耗指標分析(圖3)，京港地鐵4號大興線、14號線的單位客運量能耗指標和單位周轉量能耗指標均呈現逐年下降趨勢，說明京港地鐵在全力保障地鐵安全高效運營的同時，積極開展各項節能減排工作，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行用電和輔助設備用電。輔助設備主要包括空調、照明和車載電氣設備，其運行耗能約占列車總能耗的10%～20%，而空調用電則是輔助設備用電的主要貢獻者。

通過對牽引用電逐月消耗的規律進行分析，夏季車輛空調開啟月份減去過渡季節月份的牽引用電，可將牽引用電拆分成車輛空調用電和車輛其他用電。各線路空調用電和其他用電占比如圖4。

從各線路的分項用電占比情況分析，4號線和大興線車輛空調用電的占比約8%～12%，而14號線和16號線車輛空調用電的占比約1.5%～6%左右。尤其是16號線車輛空調占比很低，一方面是16號線采用了新型的車輛空調及控制模式；另一方面16號線運行初期客流量較低，車輛空調負荷率較低。對于早期投入運行的4號線和大興線配備的車輛空調能效較低，可以考慮配備節能空調來達到節能效果。

牽引列車運行用電占牽引用電的80%以上，影響因素主要有：列車屬性，包括電機性能、再生制動能力、車型、運行阻力；線路條件，包括線路設計的坡度、曲線站間距、車站距離；運營組織，包括技術速度、追蹤間隔、編組方案、滿載率、列車操縱等。而在前兩者已經穩定情況下，運營組織水平的高低對列車牽引能耗有著直接的影響。

2.3 線路動照用電分析

軌道交通車站動力照明系統是地鐵車站建設的重要組成部分，包括通風空調、照明、電梯、通信系統、消防系統、站控等用電。其中通風空調、照明、電梯有較大的節能空間。而通風空調（環控）系統所占比例最大，也成為軌道交通節能工作中的重點關注對象。

采用牽引用電同類的分析計算方法，對各地鐵線路動力照明用電進行拆分，得到各線路空調用電和其他用電的占比情況（圖5）：4號線和大興線空調用電占比約20%～22%，14號線和16號線空調用電占比約22%～27%，對于較晚開通的14號線和16線而言，16號線的空調用電占比高于14號線，初步判斷其空調系統的節能技改和節能優化運行，存在一定空間。

3 軌道交通節能診斷范圍及內容

節能診斷是一種零距離對用能企業進行把脈問診、對癥下藥的技術推廣模式，其目的就是推廣那些經過檢驗并被證明確實有效的節能技術，挖掘重點耗能企業的節能潛力。

軌道交通節能診斷是對地鐵用能環節和設備現狀的全面了解，首先應通過查閱各線路及站點能源消耗數據，了解各線路基本信息和能源消耗現狀，并與相關人員交流地鐵線路當前運行中存在的問題；然后針對存在的問題進行現場調研及測試分析，包括典型工況下和根據運行記錄分析出的不同季節下各種運行工況，最終給出解決方案和能夠實現的節能效果。

京港地鐵的節能診斷是覆蓋全線路包括停車場、車輛段的全面診斷，診斷內容包括：（1）牽引用能系統，主要關注再生制動電能利用途徑方面實施節能；（2）供暖系統，主要關注運行控制的精細化管理；（3）空調通風系統，主要關注設備選型匹配，精細化運行；（4）照明系統，關注合理的照明控制方式，制定多種照明運行模式；（5）供配電系統應關注精細化管理，是否應用智能能源管理系統；（6）綜合服務系統，應關注電梯節能；（7）特殊區域及其他用能系統；（8）建筑本體，應考慮地鐵作為公共建筑本身的圍護結構節能情況；（8）給排水系統；（9）用能管理狀況；（10）節能制度建設狀況。

4 軌道交通節能指標分解

建立能耗目標是能源管理的關鍵，將總體目標量化并進行拆分是進行能源消耗過程管控以及保障總體目標實現的核心。軌道交通企業作為重點用能單位一般都有政府下達的節能指標，因此建立科學的節能指標分解體系是企業完成指標考核實現節能減排的關鍵。

京港地鐵的所有線路、場段都歸屬工程部，主要能耗都在一個部門，之前并沒有明確具體考核辦法和分解任務，根據用能結構和用能狀況分析，此次指標分解按照線路和車輛段兩個主體進行分配，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的單位，分配依據以2015～2017年歷史數據為基礎，對于與客流密切相關的牽引電耗，須擬合牽引電模型，后進行電耗指標推算；對于車站電耗來說較為穩定，在歷史數據的基礎上總結年度總量與單耗；場段能耗以電耗、燃油、燃氣的年度總量為依據，供暖燃氣方面設定單耗以進行節能引導。

根據指標分解對能耗指標考核提出建議：（1）考核頻次：建議一年三次，考慮到5～9月空調季對能耗影響較大，因此按照1～4月、5～9月、10～12月節點劃分；（2）考核依據：牽引電耗按照牽引電方程計算出的定額考核（區分空調季、非空調季）；動照電耗按照預測出的定額進行總量考核，同時參考單位面積動照電耗強度（區分空調、非空調季及車站類型）；場段電耗按照定額總量考核為主，單位電耗考核為輔（區分空調、非空調季）；場段天然氣考核期內如有供暖，須按單位面積供暖氣耗進行考核；場段燃油建議按照每年12月考核一次執行。

軌道交通企業作為城市重點用能企業，越來越受到各級政府部門的關注，對其能源管理的水平要求越來越高，節能減排工作面臨巨大挑戰。企業應努力在頂層設計上打造一支強有力的節能減排隊伍、一個規范化的節能減排管理制度體系，同時關注節能新技術產品前沿，樹立良好的社會責任感和憂患的節能減排意識，持續加大節能工作力度，在實現企業良好經濟效益同時，為社會節能減排作出應有的貢獻。