城市軌道交通節能技術發展趨勢探討

苗俊婷 吳湛坤 彭華洲

（南京市政府投資項目評審中心， 江蘇 南京 210000）

1 城市軌道交通節能技術發展現狀

1.1 線路選線與運營組織

根據我國各城市軌道交通系統運營數據顯示，列車牽引供電系統是整體系統的用電大戶，其牽引耗電量往往占據總耗電量的一半以上。部分城市軌道交通工程在建設階段，設計方結合實際施工情況與地質地貌結構，在實現工程預期建設目標的基礎上，對曲線半徑加以優化，選擇最優的線路選線方案，將列車牽引能耗控制在合理范圍內，確保其不會受到曲線阻力因素的過度影響而導致牽引耗電量大幅提升。例如，科學設定進出站的坡度值，確保列車在下坡、上坡過程之中，有效將勢能轉化為動能，以及將動能轉化為勢能。同時，在軌道交通線路縱坡設計環節，合理設定泵站以及相關設備的安裝位置。從運營組織管理角度來看，管理部門應綜合分析實際運量、列車數量等因素，明確計算或精確估算城市軌道交通系統的總體運營規模。合理設置列車運營對數、做好列車編組工作，并設置運營交路。

1.2 車輛節能

通風空調系統以及列車牽引供電系統是城市軌道交通系統的主要用電大戶。其中，在特定條件下，通風空調系統的實際耗電量將超過牽引供電系統的耗電量。因此，為有效控制列車牽引供電系統及通風空調系統的耗電量，在部分城市軌道交通工程中，選擇采用基于調頻調壓控制的列車交流牽引系統。在系統運行過程中，將結合實際情況采取變頻調速措施，確保列車在調速過程中不會消耗過多的電能。同時，區間隧道也不會受到附加電阻影響而出現升溫現象，以此降低通風空調系統的耗電量。與傳統列車牽引供電系統相比，這一交流牽引供電系統實現了對列車再生制動的有效利用，理論回收率高達25%。而傳統列車牽引供電系統的部分再生制動能量將被相鄰列車吸收，難以有效轉換為空氣制動或電阻，這一部分電能消耗量往往占據整體動能量的40%左右。同時，也可選擇采取配置輕體列車技術措施，通過對車輛自重量的減少，可節約出適量乘客所消耗的能量、輪軌磨耗量與維修量。

1.3 供電系統節能

從動力照明系統節能角度來看，可選擇基于負荷分級供電設計原則，根據各類負荷的重要性，將其劃為為若干等級。同時，采取分散無功補償以及集中無功自動補償等設計措施，有效降低線路損耗量、針對性提高功率因數。此外，也可選擇在不影響動力照明系統實際照明效果的前提下，優先配置各類技能電機電器設備、照明設備。

從牽引供電系統節能角度來看，可選擇縮減開關設備配置數量、配置適當類型變電所、在牽引變電所內布設再生儲能設備、選用新型節能設備、采用鋼鋁復合接觸軌等措施，全方位降低列車牽引供電系統的實際用電量。

1.4 通風空調系統節能

目前來看，常用的通風空調系統節能措施包括：結合工程所處區域氣候條件，選擇恰當的通風空調系統形式，例如采用自然通風方式，將有效降低風機運行能耗；配置表冷器；在系統設計環節，對室外天然冷源加以充分利用，起到自然冷卻城市軌道交通工程內部空間的作用，側面降低通風空調系統的實際運行負荷及時間。

2 城市軌道交通節能技術的未來發展趨勢

2.1 環保型高架技術

高架線路已經在部分城市軌道交通工程中得到應用推廣，實現了對城市軌道交通系統運營成本以及能耗量的有效控制，實際能耗量僅為地下線的一半左右。但是，這項技術的問世時間較晚、存在一定的技術缺陷有待解決，例如采用大軸重的A、B 型車輛，將在運營過程中持續產生振動與噪音污染。因此，應基于現有高架線路，加強對環保型高架技術的研發力度，在保證技術節能效果與可靠程度不受到影響干擾的前提下，采取減振降噪綜合控制措施，致力于替代抑或是取消聲屏障，完善高架線路的環境條件。例如創新性采用跨座式單軌系統等低噪聲系統制式。

2.2 研發高效、低耗的新型設備與設備系統

從設備系統研發角度來看，在工程建設階段，設計方可基于原有設備系統進行創新設計，與各項新型節能技術加以有效結合，實現對系統運行能耗的控制、降低。例如，在城市軌道交通控制系統中配置智能環境控制系統，傳感器持續對隧道以及各處車站周邊環境的空氣濕度、氣候溫度、照明度等進行監測，基于監測結果智能化調節通風空調等系統的運行狀態與負荷。同時，也可選擇配置表冷器，采用變頻變風量對通風空調系統進行啟閉。

從節能設備研制與應用角度來看，在我國部分城市軌道交通工程中，普遍配置有能量回收裝置等節能設備。在系統運營過程中，裝置將持續對列車剎車制動過程中所損耗的部分機械能加以回收，將其再生利用為列車牽引供電。

2.3 健全城市軌道交通裝備節能標準

我國城市軌道交通節能設計標準仍然需要完善，部分城市軌道交通工程的節能設計水平較低、缺乏明確的參照標準。同時，不同地區的氣候環境條件都有所不同，唯有結合實際情況針對性設定相關能耗標準，才能在實現工程預期建設目標的同時，充分挖掘工程的節能潛力。因此，相關部門應結合我國實際國情與各地區氣候環境條件，及早構建標準化、完善化與統一化的城市軌道交通節能設計規范體系，為工程節能設計工作的開展提供明確參考與具體依據。此外，也需持續完善城市軌道交通設備節能標準，充分考慮城市軌道交通工程與建筑等工程項目的差異性，嚴格規定城市軌道交通設備的能耗標準。

2.4 提高新型能源應用力度

城市軌道交通系統具有運行能耗大的特征，如若僅使用單一的電能，不到會提高城市軌道交通運營成本，同時，也與我國低碳經濟發展理念相違背。因此，應加強對太陽能、海洋能、地熱能等新型可再生清潔能源的利用程度，將其作為輔助能源，以減少碳排放量，推動城市軌道交通事業的綠色化發展進程。

2.5 處理好節能與環保的關系

在城市軌道交通節能技術應用、發展過程中，對部分節能技術措施的采用，雖然可以有效降低城市軌道交通工程的運營成本及耗電量，但卻會對周邊生態環境造成污染破壞。例如在構建地下水水源熱泵空調系統時，在降低通風空調系統耗電量的同時，將對周邊地層所分布地下水資源造成污染破壞，并以此為誘因引發地面下沉、水位降低等一系列問題的出現。因此，在城市軌道交通節能技術發展、應用過程中，管理方與設計方應嚴格服從環保目標，在不對周邊生態環境造成明顯干擾、污染破壞的前提下，科學制定節能技術方案。

3 結語：

綜上所述，與私家車、公交車等城市交通出行方式相比，雖然城市軌道交通系統的能耗比相對較低，但由于其具有運能大的特征，在系統運營過程中，仍會消耗大量的電力能源。因此，對城市軌道交通節能技術的應用與研究，既是當前我國城市軌道交通事業的主要發展方向與亟需解決的問題。同時，也是落實節能減排發展理念的關鍵所在。因此，相關部門與企業機構應持續加強城市軌道交通節能技術的研發力度，探索與我國實際國情相適宜的城市軌道交通工程節能模式。