基于城市軌道交通節(jié)能探析

摘要：我國城市軌道交通已經(jīng)進入了一個快速發(fā)展時期，是城市大運量公共交通的主要方式。由于城市軌道交通是個耗能大戶，如果能在系統(tǒng)設計、設備選型方面進一步采取節(jié)能減排措施，將會產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益，并使軌道交通發(fā)展為節(jié)能環(huán)保的綠色交通。

關鍵詞：城市軌道交通；節(jié)能

1 城市軌道交通節(jié)能發(fā)展實踐

為解決日益緊張的城市交通問題，國家和各地方政府大力發(fā)展城市軌道交通，倡導綠色、低碳交通，以實現(xiàn)降低能耗、減少碳排放的目標。作為一種“綠色交通”形式，城市軌道交通已經(jīng)給我國城市的低碳發(fā)展帶來重要影響，隨著新一輪的城市軌道交通建設高潮，城市軌道交通運營里程還將繼續(xù)攀升，其節(jié)能減排行動對于城市低碳建設意義重大。經(jīng)過近幾年發(fā)展，我國城市軌道交通正逐漸轉變發(fā)展方式，應用低碳技術已成為共識，低碳運營理念也越來越受到重視。

在規(guī)劃、設計階段，城市軌道交通項目已將綠色設計理念貫穿于項目的全生命周期的各個階段，包括8個方面：“固碳”技術適宜性設計、節(jié)能減排設計、可施工性設計、可擴展性設計、可維護性設計、可回收性設計、可靠性設計與安全性設計、最佳生命期優(yōu)化設計。城市軌道交通是結合土木工程、車輛系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、通風系統(tǒng)以及自動控制等各專業(yè)的綜合性系統(tǒng)工程，現(xiàn)代化的城市軌道交通更是應用了大量新技術和新設備。在設計階段就對線路的能耗水平有比較客觀的評價，更有助于線路運營后制定正確的節(jié)能目標和考核節(jié)能工作成效。

在建設、運營階段，城市軌道交通項目采用了多種節(jié)能減排措施，具體如下：

1）部分城軌線路在車輛系統(tǒng)方面，車輛采用輕量化技術，減少車體質量，較老車型節(jié)能50%以上。

2）部分城軌線路在全電制動停車控制系統(tǒng)、再生制動能量利用等方面進行了探索，建立再生電能吸收系統(tǒng)，有效利用地鐵車輛制動能量，節(jié)約的能源占線路總能耗的5%以上。

3）部分城軌線路減少非必要的機電設備數(shù)量或控制設備運行的時間，如控制變壓器容量、減少非運行時段照明數(shù)量等，采用自動優(yōu)化控制節(jié)能減排效果顯著。

4）部分城軌線路大面積采用LED照明等節(jié)能產(chǎn)品，應用和研發(fā)新型節(jié)能通風空調(diào)系統(tǒng)等設備，大大降低了能耗。

5）部分城軌線路應用新能源替代電能，如以太陽能、風能為照明能源、以地熱能為空調(diào)提供動力等，有效減少了碳排放，節(jié)約了電能。

6）大部分城軌線路在車站設置節(jié)能坡，合理設計地鐵營運線路和行車密度，也大大節(jié)約了能源。

這些措施的應用，已經(jīng)使城市軌道交通能耗水平有了明顯提高，顯示出了城軌節(jié)能的可行性和有效性，為今后的推廣應用奠定了堅實基礎。

2 城市軌道交通低碳發(fā)展的創(chuàng)新思路

2.1建立能耗評價指標體系，推動低碳技術創(chuàng)新和應用推廣

對于城市軌道交通節(jié)能減排及其措施的研究，國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)從多方面著手，并在一些實際工程中得到了運用，很多措施和做法已日臻成熟。但是，城市軌道交通的低碳發(fā)展更需要這些低碳技術措施得到廣泛應用和推廣，這就需要對各種措施進行效果評價以及綜合運用研究，從而制定出符合中國國情的城軌節(jié)能減排導則，指導和規(guī)范城軌的規(guī)劃、設計、建設、運營，同時對既有線路的改造同樣具有指導意義。建立一套功能完善、科學合理、操作簡便的能耗指標體系則是進行效果評價的基礎。

建立適應中國國情的城市軌道交通能耗指標體系，對各種節(jié)能減排措施進行評價分析，指導工程規(guī)劃、設計和施工，指導已運營和建成項目的節(jié)能減排改造，并有針對性地實施城市軌道交通的節(jié)能措施，實現(xiàn)有效的節(jié)能減排，能夠得到國家和地方政府的大力支持。城市軌道交通能耗指標體系作為一個軌道交通能耗的評價標準可重復使用，也可對其他交通方式進行能耗評價，成為交通能耗評價的重要組成部分；城市軌道交通的節(jié)能措施及節(jié)能理念不僅可以應用在軌道交通中，綠色材料、清潔能源、節(jié)能供電方式、綠色管理技術等方面的節(jié)能措施還可推廠‘應用在其他工程之中，為降低碳排放和城市的可持續(xù)發(fā)展做出積極貢獻。

2.2深化節(jié)能設計改進及創(chuàng)新，實現(xiàn)技術節(jié)能

技術節(jié)能是實現(xiàn)企業(yè)自身低碳發(fā)展的基礎方式，通過實驗、試點和推廣節(jié)能技術舉措，可以有效降低設備能耗和廢棄物排放，實現(xiàn)節(jié)能減排的戰(zhàn)略目標。城市軌道交通能耗系統(tǒng)主要包括車輛、供電、信號、通信、環(huán)控、防災報警、自動售檢票、給排水與消防、設備監(jiān)控系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、安全門、電扶梯系統(tǒng)等耗電設備。通過節(jié)能設計，促進標淮化建設、優(yōu)化機電設備選型，可促進節(jié)能措施在上述系統(tǒng)中的應用，使現(xiàn)代城市軌道交通在節(jié)能技術方面實現(xiàn)重大創(chuàng)新。

1）在牽引系統(tǒng)節(jié)能方面，采用交流變頻變壓（VVVF）傳動裝置使得列車調(diào)速時由附加電阻消耗掉的電能減少，并且采用列車節(jié)能運行圖，降低牽引電機負荷，減少車輛制動能耗，降低列車牽引系統(tǒng)能耗。

2）采用列車冷熱一體化變頻空調(diào)技術、列車照明應用節(jié)能型光源等，降低列車空調(diào)和照明輔助系統(tǒng)能耗。

3）在動力系統(tǒng)節(jié)能方面，空調(diào)通風系統(tǒng)采用智能控制技術，采用車站空調(diào)水系統(tǒng)變流量智能控制技術，推廣應用再生能源或低品位能源的空調(diào)系統(tǒng)等。

4）其他動力系統(tǒng)方面，車站自動扶梯采用變頻、相控節(jié)能技術，車輛基地采用太陽能熱水技術等。

5）在照明系統(tǒng)節(jié)能方面，推廣應用節(jié)能環(huán)保型熒光燈、LED燈等高效節(jié)能光源和燈具，并采用光控、時控、模式控等智能照明控制技術。

2.3加強節(jié)能管理，落實管理節(jié)能措施

管理節(jié)能是指通過建立完善的監(jiān)、測、管、控體系，來改善企業(yè)內(nèi)部管理效率，并有效地推進各種管理節(jié)能舉措，實現(xiàn)節(jié)能減排的目標。

2.3.1設備監(jiān)理、咨詢服務。城市軌道交通設備監(jiān)理單位適逢其時，是從事工程咨詢、項目管理及監(jiān)理的專業(yè)社會服務機構，監(jiān)理業(yè)務職責是負責工程的質量、投資、進度、安全管理工作，從業(yè)務階段來講，一般從工程的設計階段就全面介入，歷經(jīng)設備采購、制造、安裝、調(diào)試、保修等各個階段。設備監(jiān)理單位應擔當社會責任，體現(xiàn)增值服務，在節(jié)能精細化、程序化管理，實現(xiàn)節(jié)能技術應用中，發(fā)揮技術和實踐優(yōu)勢，成為核心，推動力量。

在工程設計階段，設備監(jiān)理單位通過專題咨詢報告、設計咨詢和審查等方式提出節(jié)能方案和設計要求；在設備采購階段，監(jiān)理單位通過協(xié)助建設單位招投標、組織設計聯(lián)絡和審查工作、關鍵設備駐廠監(jiān)造、對設備首件、樣機和出廠等環(huán)節(jié)進行驗收，全過程控制設備采購質量；在節(jié)能管理方面，監(jiān)理的作用主要是將節(jié)能設計落實到產(chǎn)品中，核實節(jié)能效果，重點驗收設備的接口配置，以期設備節(jié)能目標的實現(xiàn)；在設備安裝及調(diào)試階段，監(jiān)理單位通過現(xiàn)場監(jiān)督、質量驗收等形式，對設備安裝、調(diào)試質量進行控制。

設備監(jiān)理單位通過工程的全過程管理，對設備的節(jié)能技術有較深的見解，能有效地推動節(jié)能、減排、環(huán)保技術的全面實施。

2.3.2建設管理。建設單位在規(guī)劃、設計階段就應對線路的能耗水平有比較客觀的評價，有助于線路運營后制定正確的節(jié)能目標和考核節(jié)能工作成效。城市軌道交通在項目立項階段應對項目綠色建設和運營有專題論述，按規(guī)定進行項目審批。綠色軌道交通專題論述應包括項目概況、能耗分析、環(huán)境影響分析、項目建設方案擬采取的節(jié)能及環(huán)保措施（技術和管理措施）、節(jié)能及環(huán)保措施效果評估、存在問題及建議幾方面的內(nèi)容。此外，為了將綠色設計理念貫穿于項目的全生命周期的各個階段，工程建設時，設計單位應針對綠色建設進行設計交底。施工單位應當按照綠色建設要求進行施工。在項目驗收階段，建設單位應按綠色建設要求進行驗收。

重點對建筑與裝修工程、車輛系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、通風空調(diào)系統(tǒng)、其他設備以及新能源和可再生能源技術的開發(fā)應用進行管理。如車輛應輕量化設計，提高車輛有效利用系數(shù)，降低單位人公里牽引能耗。車輛設備應選用高效、低耗、節(jié)能型的產(chǎn)品，對空調(diào)通風設備實施智能控制，電纜布設應接近最短路徑。車輛檢修應推廣采用狀態(tài)修，逐步降低預防修比例，提高車輛部件在線狀態(tài)自動監(jiān)測水平。供電系統(tǒng)正常情況下應采用雙機組、雙邊供電（包括大雙邊供電）方式，使接觸網(wǎng)損耗最小等。施工單位應嚴格按設計要求進行施工，待工程竣工后，應滿足綠色建設要求。

2.3.3運營管理。運營管理節(jié)能可從行車組織、運輸組織、設備運行管理、列車維修及培訓管理等方面考慮。

1）在行車組織方面，在正線上運行的列車盡可能保證制動狀態(tài)與牽引狀態(tài)列車數(shù)量相等，確保制動狀態(tài)列車反饋的電能正好被牽引狀態(tài)的列車吸收。應確定全線總體運營規(guī)模、合理確定列車編組、合理設置運營交路、合理安排列車運營對數(shù)等措施有效降低車公里能耗。并根據(jù)客流分布及車輛動態(tài)調(diào)整列車編組，實現(xiàn)車輛高效利用。通過優(yōu)化運行模式，控制最高運行速度，增加惰行時間。優(yōu)化列車牽引制動匹配，減少實際停站時間等。

2）在運輸組織上，應合理組織與引導客流，最大限度提高客運服務水平，減少設備負荷，減少周轉時間，減少乘客在交通系統(tǒng)內(nèi)部的碳排放量。優(yōu)化客運設備使用時間、數(shù)量（如閘機、自動售票機、自動扶梯），節(jié)約能源。

3）在設備運行管理方面，建設智能化的車站設備監(jiān)控系統(tǒng)，提高環(huán)控系統(tǒng)的智能化管理。在運行過程中不斷總結經(jīng)驗，及時調(diào)整設備運行參數(shù)，提高車站設備監(jiān)控系統(tǒng)適應能力，減少不必要的損耗，提高候車環(huán)境的舒適度。根據(jù)車站運行特點，優(yōu)化環(huán)控系統(tǒng)運行模式。利用車站設備監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)不同時段、不同室外環(huán)境工況下，采用不同空調(diào)模式的運行管理方式。一提高調(diào)度管理人員的專業(yè)技能，對環(huán)控系統(tǒng)實時跟蹤監(jiān)控，并從節(jié)能角度對設備運行數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和分析，消除影響環(huán)控系統(tǒng)穩(wěn)定、高效運行的缺陷和故障。

4）加強列車維修及培訓管理，提高維修人員操作技能，培養(yǎng)員工節(jié)能意識，做好各用電設備的規(guī)劃管理，根據(jù)列車維修項目制定具體的節(jié)電措施，消除不必要的電耗。提高列車司機的培訓質量和效率，縮短培訓時間，把培訓電耗納入司機培訓成本管理，增強成本意識。加快淘汰高耗能、高污染內(nèi)燃型地鐵工程維護車，大力加強清潔、低碳技術在城軌運營中的運用，采用電力地鐵工程維護車，減少COZ排放。

3 結束語

目前，我國城市軌道交通運營總里程已突破2000km，城市軌道交通對于解決城市交通擁堵問題發(fā)揮著重要作用。隨著城市軌道交通運營里程的不斷攀升，其能耗問題也越來越受到專家學者們的重視，我們應積極推進軌道交通結構性和技術性節(jié)能減排，加快建立城市軌道交通能耗評價指標體系，推動低碳技術創(chuàng)新和應用推廣。深化節(jié)能設計改進及創(chuàng)新，實現(xiàn)技術節(jié)能；加強節(jié)能管理，落實管理節(jié)能措施；充分發(fā)揮軌道交通運量大、速度高、準時、安全、節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)勢，從而實現(xiàn)城市軌道交通可持續(xù)發(fā)展。