新建張家口至呼和浩特鐵路、鄂托克前旗至上海廟線鐵路的能源平衡與能效分析探討

呂名云，陳淑連，曾虢霆

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司，北京 100055)

1 鐵路建設項目節能評估和方法淺議

2010年9月，依據《中華人民共和國節約能源法》和《國務院關于加強節能工作的決定》，國家發展和改革委員會發布了《固定資產投資項目節能評估和審查暫行辦法》，對固定資產投資項目節能評估和審查工作做出了相關規定。同年11月，鐵道部發布《鐵路基本建設項目節能評估報告編制暫行辦法(試行)》和《鐵路基本建設項目節能評審管理暫行辦法(試行)》，對鐵路建設項目節能評估內容、編制深度、評審和審批管理要求作出相關規定。

鐵路建設項目用能情況比較復雜，需要有一個符合鐵路實際情況的用能體系分類。鐵路運營中耗能起始環節和能源流動過程比較復雜，需要評估者對其有較為深入細致的了解和研究，以明晰整個鐵路建設項目能源流動過程。

與其他行業相比，鐵路復雜而相對獨立的系統，使得其時空邊界定義比較困難。從空間邊界來看，對于既有項目或者既有項目的改擴建等來說，如何準確地定義其用能范圍，還需要進一步的探索。其次，從時間邊界來說，鐵路建設項目實施包括設計、施工和運營管理，從全過程管理來說，節能應涉及每一個環節，但是在可操作性上，目前實施仍有一定困難。

隨著環境問題的加劇和社會的發展，僅僅關注節能效果和經濟效益已不能滿足社會需求和發展趨勢，對產品、技術和服務的評估應涵蓋節能效果、經濟效益、環境和社會影響等多個方面，從宏觀調控角度進行管理［1］。

2 鐵路能源平衡和能效水平分析

2.1 項目基本情況介紹

新建張家口至呼和浩特鐵路位于華北北部，線路東起河北省張家口市，西迄于內蒙呼和浩特市，為電氣化雙線客運專線，采用AT供電方式。

新建鄂托克前旗至上海廟鐵路位于內蒙古鄂爾多斯市鄂托克前旗，為國鐵Ⅰ級電氣化單線鐵路，采用AT供電方式，是一條以貨運為主、兼顧沿線客流的煤運鐵路。

2.2 能源平衡分析

要進行能源平衡分析，首先應該對項目能源消耗和流動的范圍進行界定，進而分析項目耗能設備、環節和流動過程。該體系應能完整地體現鐵路運營中的能源流動和平衡情況，并且清晰明了，便于進行能源消耗的測算。

鐵路主要功能為客貨運輸，因此可將機車牽引歸類為項目主要耗能體系;其余專業，包括電力、通信、信號、信息、房屋建筑、暖通空調、綜合檢測和維修、車輛和動車組設備、機械和給排水等，作為鐵路運營的輔助單位，可將其歸類為輔助生產和附屬生產體系。

新建張家口至呼和浩特鐵為電氣化鐵路，耗能種類以電能為主，首先對電能消耗進行分析。

圖1～3為新建張家口至呼和浩特鐵路用電能流圖。

圖1 新建張家口至呼和浩特鐵路牽引變電能流圖

圖2 新建張家口至呼和浩特鐵路輔助生產和附屬生產設施用電能流框圖

鐵路牽引變電所和配電所接引電源來自地方電網。鐵路牽引用電經地方電網接引至牽引變電所轉換后，通過AT分區和末端AT所，經由接觸網向機車供電。鐵路配電所接引地方電網，經由電力線路，為區間通信、信號、信息以及其他用電設施提供電能［2］。兩個體系相互平行且獨立，同時，將電能流向和平衡分為兩個部分符合主要耗能體系、輔助生產和附屬生產體系歸類。因此，電能平衡分析分為機車牽引能耗平衡體系以及輔助生產和附屬生產平衡體系是適宜的，并有利于進一步分析。

除此之外，車站采暖所消耗的煤炭、燃料油，機務作業中消耗的石油、柴油，以及車站接引地方管網的水、熱等，可將其歸類至輔助生產和附屬生產中進行平衡分析。

在此基礎上，根據鐵路能源消耗體系分類，將機車牽引能耗作為主要耗能體系進行能量平衡分析，購入貯存環節主要為購入電量，加工轉換主要體現牽引變壓器的工作效率，輸送分配主要影響因素為接觸網，最終使用為機車牽引耗能。

輔助生產和附屬生產設施能量平衡分析，購入貯存的能源主要包括電能、煤炭、燃料油、水和熱能等，加工轉換部分主要體現在變壓器的損耗，輸送分配主要體現在輸電線路的損耗，最終使用上則是各耗能設備的效率影響，如通信、信號、信息設備的工作效率，汽油機、柴油機工作效率，鍋爐的燃煤或燃油效率等。

2.3 能效水平分析

2.3.1 能效水平分析方法

機車運營單耗分析目前比較常見的有兩種方法，一種是根據總能耗量和總牽引質量之比得到的單位耗能量，另一種是根據總能耗量和總換算周轉量之比得到的單位耗能量。公式如下:

式中:q——機車單位能耗量，tce/(104t·km);

L——牽引區段長度，km;

G——牽引質量，t;

Q——能耗總量，tce;

E——機車單位能耗量，tce/百萬換算t·km;

T客——機車客運周轉量，人·km;

T貨——機車貨運周轉量，t·km;

1換算t·km=1人·km=1t·km。

以上兩種計算方法是現在運用較為廣泛的能效水平計算方法。q值計算主要在各鐵路局、機務段用以編制生產財務計劃及核算運輸成本中使用，同時是機務段制定能耗指標的依據，也是新線設計中計算能耗的基礎;而E值計算主要在鐵路統計中較為常見。

2.3.2 能效水平分析方法選擇

圖3 新建張家口至呼和浩特鐵路輔助生產和附屬生產設施用電能流詳圖

新建鄂托克前旗至上海廟鐵路為煤運鐵路，兼顧沿線客流，運輸成分較為多元，因此，以新建鄂托克前旗至上海廟鐵路為例分別采用上述兩種方法進行能效水平計算。

表1 單位工作量綜合能耗

由表1可見，兩個指標之間數值相差是比較大的，為了選取更貼切的評估方法以反映項目特點，需進行進一步分析。新建鄂托克前旗至上海廟鐵路是一條以貨運為主、兼顧沿線客流的煤運鐵路，貨流主要是上行方向的煤運量、下行方向多是空車;近期旅客列車開行較少，客流組成主要為上海廟鎮和上海廟礦區出行人員，客流密度相對有限。采用q值計算，注重的是機車牽引完成的工作量，但忽略了下行貨運空車造成的運輸能力浪費;采用E值，能較客觀地反映出項目實際完成的運輸工作量，較好地解決下行空車運輸能力浪費的問題。可見，兩種方法側重有所不同，但在節能評估中，注重的是項目能源的利用情況，即“有效工作量”。因此，研究認為采用以目的(完成運輸量)為導向的E值計算更能反映項目能效水平。

3 結論

本研究以新建張家口至呼和浩特鐵路和新建鄂托克前旗至上海廟鐵路為例，對鐵路節能評估方法進行了初步的探索。研究認為，鐵路建設項目能源平衡分析應分為牽引用電系統以及輔助生產和附屬生產系統兩個部分，其中牽引用電系統主要為機車牽引能耗;輔助生產和附屬生產系統主要為電力、通信、信號、信息和暖通空調等能耗情況。能量平衡分析分為購入貯存、加工轉換、輸送分配和最終使用四個環節。加工轉換主要與變壓器有關，輸送分配主要影響因子為輸電設備，最終使用與各設備自身效率相關。能效水平分析中，研究認為采用總能耗和換算周轉量的方法更能貼切地反應項目能源利用情況，在客貨流復雜的鐵路運輸中更能發揮其優勢。

［1］ 方利國.節能技術應用與評價［M］.北京:化學工業出版社，2008:31-49.

［2］ 孫忠國.鐵路運輸節能減排技術［M］.北京:化學工業出版社，2009:71-109.