城市軌道交通用能與節(jié)能的思考

1、當(dāng)前，能源短缺和環(huán)境污染問題已成為全球性的問題，城市軌道交通雖然已是綠色交通工具，但市場調(diào)研顯示，1條25公里左右的軌道交通運營線路，1年的耗電量約在12億千瓦時，軌道交通成為各城市的用電大戶。在“2015（第三屆）中國城市軌道交通系統(tǒng)性節(jié)能研討會”上，北京城建集團(tuán)設(shè)計發(fā)展集團(tuán)股份有限公司黨委書記李國慶，為我們分享了城市軌道交通用能與節(jié)能的思考，演講從城市軌道交通用能現(xiàn)狀入手，結(jié)合北京地鐵節(jié)能案例，提出了既有線路的節(jié)能改造和新建線路的節(jié)能工程建設(shè)等工作展望。 一、城市軌道交通用能現(xiàn)狀 （一）城市軌道交通現(xiàn)狀截止2013年末，全國有19個城市的軌道交通已開通運營，總里程達(dá)2746公里。至2020

2、年，全國規(guī)劃軌道交通的城市達(dá)到79個，規(guī)劃總里程達(dá)13385公里?！笆濉逼陂g中國城市軌道交通投資額超1萬億元。參考建筑、工業(yè)節(jié)能產(chǎn)值比例5%計算，軌道交通行業(yè)節(jié)能的投資可達(dá)500億元，節(jié)能潛力非常巨大。 （二）城市軌道交通用能分析 城市軌道交通用能總耗電量相當(dāng)大，是名副其實的能耗大戶。按照同等運力，城市軌道交通能耗相當(dāng)于小汽車的1/9，公交車的1/2，且占地小，成本低，對節(jié)能減排具有重要意義。但建設(shè)過程中，由于其運量大，總耗電量相當(dāng)大，是名副其實的能耗大戶。軌道交通系統(tǒng)能耗構(gòu)成示意圖整個城市軌道交通系統(tǒng)里，列車牽引供電系統(tǒng)和通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是城市軌道交通中最主要的用電大戶，分別占到軌道交通系統(tǒng)

3、總能耗的1/2和1/3，節(jié)能潛力也相當(dāng)大。其它設(shè)備系統(tǒng)，也存在一定的節(jié)能潛力。北方某市軌道交通運營成本構(gòu)成圖北方某市軌道交通運營成本構(gòu)成中，電力費占運營成本的41%，工資費、運營費、維修費占59%，因此電能的節(jié)省對于整個城市軌道交通運營來說，具有重要的現(xiàn)實意義。（三）北京市軌道交通能源利用現(xiàn)狀分析 城市軌道交通節(jié)能潛力大。僅2013年北京地鐵運營公司綜合能耗就達(dá)17.7萬噸標(biāo)煤（電能費用占運營費用的50%），十二五末期將達(dá)21.6萬噸標(biāo)煤，地鐵公司現(xiàn)已成為北京主要用能單位之一。2006-2015年北京地鐵總用電量柱狀圖 軌道交通各系統(tǒng)用電量百分比2006年，北京地鐵總用電量為3億多千瓦時，到2

4、015年達(dá)到14億千瓦時。其中牽引供電占到50%，通風(fēng)空調(diào)占35%。從中可以看出，軌道交通系統(tǒng)節(jié)能、節(jié)電是所需要考慮的主要因素。 二、需重點關(guān)注的問題和對象 第一，城市軌道交通用能評價標(biāo)準(zhǔn)缺失，急需建立軌道交通節(jié)能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及評估、評價體系。由于技術(shù)適應(yīng)性差，如果軌道交通節(jié)能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及評估、評價體系從其他行業(yè)引入，實際節(jié)能效果有限，無法達(dá)到預(yù)期效果，因此，城市軌道交通急需建立科學(xué)合理的評價標(biāo)準(zhǔn)以及科學(xué)合理的評價、評估機制。不同地域、城市之間，同一指標(biāo)的數(shù)值差別較大。需通過標(biāo)準(zhǔn)制定，明確節(jié)能應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和評價、評估標(biāo)準(zhǔn)。 第二，城市軌道交通能耗巨大，主要用能系統(tǒng)相對占比很高。軌道交通耗能專業(yè)多，節(jié)能優(yōu)

5、化技術(shù)應(yīng)用前景廣闊，以北京地鐵在節(jié)能領(lǐng)域進(jìn)行的多項專題研究為例，北京地鐵通過節(jié)能創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用，可大幅度地降低軌道交通能耗。北京地鐵曾經(jīng)就北京城市軌道交通節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)研究與示范（北京地鐵9號線）進(jìn)行研究，研究結(jié)論表明通風(fēng)空調(diào)的直接蒸發(fā)系統(tǒng)應(yīng)用效果良好，節(jié)能效果可達(dá)到60%；在北京地鐵14號線對北京地鐵高架車站綠色交通建筑技術(shù)研究進(jìn)行研究，另外北京地鐵還研究了很多節(jié)能新技術(shù)，包括通風(fēng)空調(diào)節(jié)能技術(shù)、再生電能吸收技術(shù)等等。北京地鐵研究的節(jié)能新技術(shù)節(jié)能技術(shù)節(jié)能創(chuàng)新技術(shù)節(jié)能效果通風(fēng)空調(diào)節(jié)能技術(shù)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)運行模式與自動控制的優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能10% 15%新型空氣水通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用直接蒸發(fā)式空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用

6、再生電能吸收技術(shù)設(shè)置再生電能吸收裝置回收車輛制動能量回收25%列車制動能量給排水節(jié)水節(jié)電技術(shù)給水壓力控制、車輛段水處理優(yōu)化組合、冷卻水泵變頻綜合節(jié)能15%25%動力照明節(jié)能技術(shù)公共區(qū)照明采用LED光源車輛段設(shè)置太陽能并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)綜合節(jié)能20%其他節(jié)能技術(shù)線路節(jié)能坡技術(shù)、自動扶梯變頻調(diào)速技術(shù)、列車節(jié)能運行模式技術(shù)等第三，單一節(jié)能技術(shù)多，缺乏針對城市軌道交通綜合和一體化的考慮，未形成系統(tǒng)性、綜合性的節(jié)能解決方案。對某一個系統(tǒng)或?qū)I(yè)的節(jié)能研究只占到一小部分，沒有考慮到各個相關(guān)專業(yè)之間的聯(lián)系，以及各個專業(yè)之間可能會有的互補或者相關(guān)的轉(zhuǎn)嫁作用。將來綜合節(jié)能、簡單節(jié)能、技術(shù)簡化節(jié)能可能會成為軌道交通節(jié)

7、能研究的必然趨勢，下階段在這一方面應(yīng)該有所探討。通風(fēng)空調(diào)可調(diào)通風(fēng)型站臺門系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)、直接蒸發(fā)式制冷機組都有綜合性節(jié)能方案的體現(xiàn)。通風(fēng)空調(diào)可調(diào)通風(fēng)型站臺門系統(tǒng)智能照明系統(tǒng)直接蒸發(fā)式制冷機組試驗現(xiàn)場第四，目前，能耗基礎(chǔ)數(shù)據(jù)零散，急需建立能耗大數(shù)據(jù)庫和能源管控平臺，以提升能源管控水平，降低運營成本。城市軌道交通數(shù)據(jù)基本上都掌握在各個地鐵公司手中，如果各地鐵公司能把數(shù)據(jù)匯總起來，能夠共同研究摸索其中的規(guī)律，對軌道交通的節(jié)能工作應(yīng)該是非常有利的。北京地鐵10號線芍藥居站節(jié)能管理系統(tǒng)第五，缺乏按照城市軌道交通規(guī)律，研發(fā)節(jié)能設(shè)備和產(chǎn)品的動力和應(yīng)用平臺。很多設(shè)備供應(yīng)商對城市軌道交通積極性很大，但是對產(chǎn)

8、品的研發(fā)，基本上憑著自己的理解開發(fā)新產(chǎn)品。結(jié)合地鐵的規(guī)律開發(fā)出具有地鐵特點的專用產(chǎn)品，將會對城市軌道交通業(yè)具有很大的推動作用，對國家制造業(yè)升級換代具有重要意義。 三、節(jié)能工作主要思路（一）建立用能、節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)體系對于能源管理體系，用能和節(jié)能兩者是并行不悖的，兩者都要涵蓋才是完整的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)體系。節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)體系是節(jié)能工作的保證，只有通過建立和完善標(biāo)準(zhǔn)體系，才能規(guī)范節(jié)能的各項工作。比如北京地區(qū)，建立了北京市區(qū)域（園區(qū)）規(guī)劃節(jié)能、北京軌道交通用能統(tǒng)計體系、城市軌道交通節(jié)能評估技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系等用能、節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)體系，以規(guī)范節(jié)能工作。 （二）探索技術(shù)創(chuàng)新實現(xiàn)節(jié)能的途徑 技術(shù)創(chuàng)新是節(jié)能工作的基礎(chǔ)，節(jié)能工作必須依托于技

9、術(shù)的創(chuàng)新進(jìn)行?，F(xiàn)有創(chuàng)新技術(shù)基礎(chǔ)包括：基于PWM整流器的牽引供電裝置及控制方法、混合式牽引供電裝置及控制方法模塊化的能量回饋式牽引供電裝置及控制方法等等。如果能夠在這些創(chuàng)新技術(shù)基礎(chǔ)上，包括以后的創(chuàng)新技術(shù)，進(jìn)行綜合性研究，融會貫通，一定會對軌道交通節(jié)能工作有很大的促進(jìn)作用。 （三）有針對性的研發(fā)節(jié)能設(shè)備實現(xiàn)節(jié)能 所謂有針對性，是指節(jié)能設(shè)備研發(fā)過程中結(jié)合地鐵規(guī)律。隨著現(xiàn)代城市軌道交通規(guī)模不斷擴(kuò)大，要實現(xiàn)其節(jié)能和技術(shù)進(jìn)步，必須結(jié)合城市軌道交通特點，要求產(chǎn)品進(jìn)行軌道交通行業(yè)的研發(fā)，才能真正實現(xiàn)產(chǎn)品節(jié)能和技術(shù)節(jié)能。 以軌道交通通風(fēng)空調(diào)節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)為例，開啟式屏蔽門技術(shù)從型式上采用上下固定方式的全高安全門，

10、在門體的適當(dāng)位置（上部或下部）設(shè)置開口，開口采用活動式，根據(jù)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的需求必要時將開口開啟或關(guān)閉，則實現(xiàn)屏蔽門的功能。該技術(shù)已應(yīng)用于上海地鐵11號線，經(jīng)測試后得出結(jié)論，基本上在過渡季節(jié)可以不開風(fēng)機可以達(dá)到通風(fēng)條件。開啟式屏蔽門應(yīng)用效果示例 上下部開啟案例（四）技術(shù)創(chuàng)新實現(xiàn)節(jié)能蒸發(fā)冷凝與直接蒸發(fā)結(jié)合空調(diào)系統(tǒng)是軌道交通通風(fēng)空調(diào)節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)之一，系統(tǒng)將水冷冷凝器和冷卻塔合二為一，布置靈活。其主要特點：第一，充分利用水的蒸發(fā)潛熱冷卻工藝流體，用水量為水冷式冷凝器的50%，節(jié)水效果顯著；第二，制冷機組效率提高（蒸發(fā)溫度提高3，制冷系數(shù)理論上可提高17%以上，從而可實現(xiàn)節(jié)能運行）；第三，節(jié)省了冷凍水的

11、輸送能耗（從整個冷凍站的運行耗電來看，可實現(xiàn)節(jié)能1520%左右），節(jié)能效果較好。蒸發(fā)冷凝與直接蒸發(fā)結(jié)合空調(diào)系統(tǒng)此外，再生制動能量回收系統(tǒng)也實現(xiàn)了節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新，軌道交通列車制動能量吸收措施，主要有電阻吸收、電阻加逆變吸收、能饋式吸收、電容吸收、飛輪吸收等方式。其關(guān)鍵技術(shù)包括城軌交通牽引計算仿真及超級電容容量配置軟件和超級電容儲能系統(tǒng)。再生制動能量回收系統(tǒng)（五）構(gòu)建能源管理體系 實現(xiàn)節(jié)能管理和保障軌道交通能源管理系統(tǒng)由線路中心級能耗系統(tǒng)、接入層設(shè)備、平臺設(shè)計、平臺軟件等組成。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)全網(wǎng)能耗的統(tǒng)計與監(jiān)測、綜合分析，從而為企業(yè)節(jié)能提供支持，為各級主管部門能耗數(shù)據(jù)提供了有力保障。 （六）倡導(dǎo)節(jié)能評

12、估和評價 推進(jìn)節(jié)能機制的建立 現(xiàn)有的節(jié)能評估工作基礎(chǔ)已完成10余項城市軌道交通節(jié)能評估項目，并初步建立了節(jié)能評估專業(yè)人才隊伍。目前正在進(jìn)行濟(jì)聊城際濟(jì)南至長清線（R1線）工程節(jié)能評估報告等10余項節(jié)能評估項目。（七）大力研究節(jié)能綜合解決方案和技術(shù) 節(jié)能技術(shù)和方案的研究不應(yīng)局限于某個專業(yè)，而要打破專業(yè)界限，實行生命周期全過程的研究，體現(xiàn)綜合性節(jié)能。 四、對節(jié)能工作的展望（一）節(jié)能潛力 截至2013年末，全國19個城市開通了城市軌道交通，運營里程2746公里。在建城市40個，里程3892公里。2020年各地規(guī)劃設(shè)想涉及79個城市，規(guī)劃總里程1.4萬公里。其中，已建項目里程占總里程19.6%，在建項目

13、里程占27.8%，規(guī)劃項目里程占52.6%。2020年全國軌道交通項目規(guī)劃現(xiàn)狀 已建、在建、規(guī)劃項目比例比較均衡，各個階段均有節(jié)能工作參與空間。 2012年北京全年完成市級交通固定資產(chǎn)投資527.1億元，增長23.2%，占交通行業(yè)固定資產(chǎn)投資68.2%。 截至2013年末，北京運營里程465公里，在建里程183公里，規(guī)劃地鐵1083公里，市郊鐵路超過1000公里。 軌道交通投資占北京市市級交通固定資產(chǎn)投資的比例最大，達(dá)70%以上。節(jié)能潛力巨大。（二）節(jié)能改造（既有線路）北京軌道交通運營車站表線路運營里程/km車站數(shù)/座通車年份線路名稱運營里程/km車站數(shù)/座通車年份1號線3123196913號

14、線40.91620032號線2318198414號線27.21720134號線28.224200915號線40.81820105號線27.6232007機場線28420086號線30.4262012八通線191319997號線23.7192014亦莊線241420108號線27.6172008大興線21.81120109號線16.5132011昌平線217201010號線57.1452008房山線24112010 北京軌道交通運營車站超過300座，18%的車站建成時間在10年以上，38%的車站建成時間在5年以上。針對既有線路改造，應(yīng)用節(jié)能技術(shù)，提升產(chǎn)品裝備的能效。既有線路節(jié)能改造的理念，首先，明確重點節(jié)能目標(biāo)，抓住節(jié)能要點。明確節(jié)能改造基本原則及方向。節(jié)能改造涉及多專業(yè)的結(jié)合與配合，各系統(tǒng)缺一不可；其次，以現(xiàn)場為根據(jù)，數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，功能為目標(biāo)，將專業(yè)設(shè)計、運營單位的各方優(yōu)勢相結(jié)合；再次，結(jié)合車站實際情況，制訂合理的節(jié)能改造方案。應(yīng)注意改造后節(jié)能系統(tǒng)與原系統(tǒng)的獨立與融合，滿足運營功能要求。 以新型改造系統(tǒng)模式合同能源管理模式為例，2011年5月，北京地鐵首次引入合同能源管理方式，對1號線國貿(mào)站、10號線安貞門站的中央空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能改造。該能源管理模式，拓展了既有線路改造的模式，降低了改造投資