城市軌道交通節能措施分析與研究

楊 輝 王建光

(鄭州市軌道交通有限公司運營分公司，河南鄭州 450000)

0 引言

城市軌道交通相對于公交車、出租車而言具有運量大、時間快、消耗低等巨大優勢。隨著城市框架的不斷拉大，各地均在大力發展軌道交通緩解交通壓力。“低碳經濟”概念的提出使城市軌道交通能耗問題越來越受到重視，這也是建設集約型社會的必然要求。城市軌道交通系統節能是實現交通領域節能減排的工作重心，因此如何建設節能的軌道交通系統成為軌道交通系統前期建設與后期運營極為重要的研究課題。

1 城市軌道交通能耗構成

城市軌道交通系統是一個復雜的大系統，由眾多的小系統構成，包括:車輛系統、設備系統、信號系統、消防系統、供電系統、車站系統等，其中主要的能耗形式為電能和水資源。

城市軌道交通俗稱“電老虎”，涉及的系統主要是車輛牽引系統與車站設備系統。當前，列車制動時的動能還沒有很好的機制回收這部分能量，使得這部分能量被白白浪費，據統計該部分消耗的電能占制動能量的40%左右;而運營設備系統由于投資巨大、占用空間大以及本身的能耗問題，維護成本居高不下的問題日益突出。此外，由于建設階段本身存在問題或者該階段節能工作未落實到位使得運營階段多數是解決建設階段遺留下來的問題，使得運營期節能工作效果不明顯。

為實現城市軌道交通系統的節能，需要統籌考慮建設期和運營期的工程實施、技術標準和運營規模，以低資源消耗為目標，建設方與運營方應相互溝通、齊心協力把節能運營與節能建設銜接起來，最終實現城市軌道交通綜合節能的目標。

2 城市軌道交通節能措施研究

2.1 建設期低資源消耗

當前，軌道交通建設階段的節能措施主要集中于建筑設施包括車站主體與車輛段基地，若能把近年國際流行的綠色建筑理念引入到軌道交通車站、車輛段的建設中，合理利用地熱、光照、綠色植物等新方法、新材料將會對城市軌道交通綜合節能產生積極的影響。

1)落實集約建設方針。軌道交通在前期施工建設工程中可參考RAMS標準［1］，即“可靠性、可用性、維修性、安全性”，對每個建設階段都進行監督管理。從已建成運營的城市來看，建設中盲目求大、求快運營期往往會有許多“后遺癥”。因此，城市軌道交通建設應把自身實際情況、城市經濟發展水平與乘客切身需求緊密結合起來，降低車站土建規模并積極探索車站設備系統集成共享，減少工程投資并提高系統功能性。

2)推動設備標準化。目前，我國城市軌道交通設備系統制式比較雜亂，有全進口的設備，也有根據國外技術引進吸收再創新的設備，當然也有完全自主制式產權的設備。然而，設備制式不同容易造成通信，信號故障，無形中增加運營成本。我國目前生產的絕大多數設備系統已能滿足地鐵建設和運營的要求，在建設階段應盡量采購國產設備，既能滿足“網絡化”需求，又能節約成本［2］。

3)優化線路和車站空間。應合理設計建設區間坡度和坡長，使列車在出站時迅速將勢能轉化為動能，獲得運行所需的加速度和目標速度;在確定與車站功能相匹配的空間規模和車站形式時，應根據前期調查測算的客流數據與乘客的實際需求，修正車站主體與配套設施的面積。條件允許的情況下，盡可能加挖深度，合理利用空間，以便降低后期運營費用［3］。

2.2 運營期節能運行

2.2.1 牽引系統節能措施

1)車輛節能。選用輕體車輛，降低列車自重，可以提高牽引效率。此外，列車的自重下降，相應地對輪軌磨耗程度就會減少，維修成本將大為下降。

2)ATO運行模式。即在日常運行中，列車采用自動運行模式。在ATO模式，列車會根據線路條件智能切換加速、慢行、減速等模式，全程不需人工干預，使列車保持較佳的狀態運行，從而降低能耗。

3)能量回收機制。城市軌道交通市區段通常站間距比較短，運行/制動比較頻繁，若采用再生制動便可以把列車制動時的動能轉換為電能為其他列車供電，大大減少了電能的消耗。

2.2.2 車站設備系統節能措施

1)電機變頻技術。地鐵車站內的空調即便是在同一季節在不同時段空調的負荷也不一樣，因此可利用變頻技術，根據不同的氣候/氣溫條件控制和調整壓縮機的轉速，實現“不停機運轉”，節約能耗;車站的自動扶梯系統也可采用變頻技術，通過扶梯口的傳感器判斷是否有乘客，隨之切換扶梯運營速度，避免空載，浪費電能［4］。

2)加裝節能裝置。一些老線路建設的時候沒有考慮屏蔽門，造成站臺空氣混沌，并且無形中增加了車站設備供冷的面積。因此老線改造與新線建設中可在站臺加裝封閉式屏蔽門，避免列車經過活塞運動時冷熱氣流交換，并減少車站設備供冷負荷，保持空氣清潔;同樣也可以在自動扶梯口加裝光電或壓力傳感器，檢測到乘客進入時，便調整到既定的速度運行［5］。

3)水資源綜合利用。a.水蓄冷技術。空調系統可采用水蓄冷技術，緩解白天空調負荷，節省電能，還可實現大溫差送冷與應急冷源。其原理是利用峰谷電價差，在低谷電價時段將冷量存儲在水中，在白天用電高峰時段使用儲存的低溫冷凍水提供空調用冷。b.廢水回收技術。車輛基地中列車清洗、日常生活廢水經過回收在處理之后可以再次用于列車清洗或花草綠化。水資源綜合利用技術不僅可以減少水的用量，還能降低污染，經濟環保，一舉多得。

4)使用LED光源。LED光源就是發光二極管為發光體的電源，雖然更換成本比較高，但是此光源具有發光效率高、耗電量少、使用壽命長、安全可靠性強、有利于環保等一系列優點。因此可將其用于長期使用的領域，如出入口指示燈。

3 節能工作管理機制構建

當前城市軌道交通節能規范研究相對較多，但是本行業還缺乏節能工作的管理與激勵體系，導致運營過程節能工作無序混亂，盲目追求節能指標又忙著對建設過程中遺留的問題進行節能改造。因此，一套節能工作管理與激勵體系對運營(建設)方來說就顯得尤為重要。

1)開發高效低耗設備。

針對城市軌道交通能耗大、能源利用率低的現狀，企業積極安排資金、人才、技術來支持節能降耗項目實施，尋找新思路，探索新方法，采用新技術、新材料開發出既節能又高效的設備。

2)完善設計節能規范。

目前國內尚沒有完全針對軌道交通設計階段的節能規范。然而，中國地域遼闊，每個地區的氣候、地質都不太一樣。比如，按東北凍土地質設計的節能標準就不能適用于西北地區的設計建設。因此，應充分考慮到各地氣候、地質等因素的差異，并體現在規范文件中，制定并進一步不斷完善設計階段節能規范。

3)提高裝備節能標準。

目前，城市軌道交通尚沒有專用的節能標準，通常都是套用一般樓宇建筑設備的節能標準。作為交通運輸行業能耗大戶應盡快制定本行業專用的能耗標準，考慮到城市軌道交通作為社會公眾服務產品，影響范圍巨大，其標準要比一般樓宇建筑高［6］。

4)加強節能監督管理。

為實現軌道交通綜合節能這一大目標，企業還應該積極完善內部節能措施與規范，設立領導小組并建立員工責任制，確保政令暢通，最后明確各時期、各階段的節能目標以及相應的責任部門。

5)對每一階段節能目標對應責任人的完成情況進行考核，對完成率高的小組和個人進行多種形式的獎勵，完成較差的小組和個人批評，優秀的小組分享經驗，充分調動各位員工參與節能的意識與積極性。

4 結語

城市軌道交通作為公共交通的重頭，能耗基數很大，節能勢在必行。通過建設階段低資源消耗、運營期節能運行，并有針對性地制定節能工作管理體制，城市軌道交通行業一定會實現綜合節能這一目標。

［1］陳 蕾.城市軌道交通引入 RAMS管理的必要性［J］.城市軌道交通研究，2007，5(4)：67-68.

［2］宋敏華.城市軌道交通節能技術發展趨勢研究［J］.工程建設與設計，2009(1)：15-19.

［3］王奕然，楊興山.城市軌道交通設備系統可持續發展的技術對策［J］.都市快軌交通，2009，22(5)：6-9.

［4］史明紅.地鐵車輛段的集約節能設計［J］.都市快軌交通，2011，24(3)：40-42.

［5］蔡昌俊，鐘素銀.軌道交通節能減排分析與實施［J］.鐵路技術創新，2011(5)：2.

［6］宋 鍵.上海城市軌道交通“十一五”節能實施目標與策略［J］.都市快軌交通，2009，22(2)：19-23.