上海轨道交通领域节能技术应用与综合管理

上海轨道交通技术研究中心郑欣朱大缓王晓保 涂小卫

上海轨道交通领域节能技术应用与综合管理

上海轨道交通技术研究中心郑欣朱大缓王晓保 涂小卫

介绍了上海轨道交通耗能特点和耗能指标体系，主要包括构建节能管理保障体系、能耗指标评估体系及能源管理平笞等，分别对轨道交建节能新技术应用及案例作了介绍，最后总结了所取得节能成效。

轨道交通；节能技术；能耗

自1993年5月28日上海地铁1号线一期工程建成通车，经过20多年的建设，目前，上海市规道交通已开通运营14条线（不含磁悬浮）、329座车站，运营里程538km，2013年实现运送旅客250326万人次，在城市交通中的客运比例由2009年的20%提高到2013年的40%，在城市交通中发挥了重要作用。

上海申通地铁集团有限公司（简称集团公司），为响应国家节能减排政策的号召，成立了集团公司节能委员会，多年来积极开展轨道交通的“二次节能”工作。

1轨道交通能耗特点与能耗指标体系

（1）轨道交通能耗特点

轨道交通的能源消耗结构示意图见图1。列车牵引系统能耗约占总能耗的50%、车站设备用电约占总能耗的40%，其它（商业开发、车辆基地和控制中心等）用电约占10%。

图1轨道交通能源消耗结构示意图

（2）能耗指标体系构成

基于能耗管理和节能监测的需求，构建轨道交通能耗指标体系。轨道交通能耗指标体系分为“网络级、线路级、站车级”3级，体系架构如图2所示。

图2能耗指标体系架构图

网络级综合能耗指标：用于衡量整个运营网络能耗的指标,用于市政府或主管部门对集团公司节能工作成效的评价。

线路级能耗指标：用于衡量各运营线路能耗的指标,用于集团公司对各运营公司节能工作成效的评价。

站车级能耗指标：用于衡量各车站和列车能耗的指标,用于运营公司对车站班组和列车班组节能工作成效的评价。

（3）总体节能目标

根据国家最新“节能减排”的战略目标和上海城市轨道交通能耗的特点，“十二五”期末（2015年）上海城市轨道交通网络（该期间及以前投入正式运营线路）总体节能目标：5%。

2节能综合管理措施和技术措施

2.1构建节能管理保障体系

（1）管理行为规范化

制定线路轨道交通设施设备节能管理办法，组织研究并编制了《上海申通地铁集团有限公司供用电管理办法》及《上海轨道交通维护保障中心节能管理办法》等。明确管理节能的要求，并从“优化运营组织、节能模式启动、限时通风排热、控制空调温度、限时限区照明、禁止用电浪费”等6方面制定了列车、车站、车辆基地、控制中心等各类用电管理办法和相应的节能奖励考核办法；对新建线路制定了工程建设项目节能验收管理办法等，以保证节能工作规范化、制度化。

（2）管理模式科学化

建立了网络、线路、站（段）车3级节能指标体系。围绕节能目标要求，根据各线路具体情况和特点，合理制定各条运营线路的节能指标。利用能耗评估体系，对轨道交通能耗进行科学合理的评估。

（3）管理方法信息化

根据《上海城市轨道交通用电负荷智能监测表计建设指导意见》，集团公司组织完成了各条运营线路加装智能表计的工作。通过对轨道交通主变电所、牵引变电所、降压变电所及其他必要用电回路装设智能计量表计，建立了网络级能耗管理平台。依托能源利用综合管理平台，监测和采集重点用能系统的能耗数据，有针对性的实施系统节能管理；同时加强在工程项目建设和运营阶段的审查和监管，制定和实施强制性、超前性能耗考核指标，完善节能管理监督机制。

2.2构建城市轨道交通能耗指标评估体系

城市轨道交通的运营耗能由牵引系统用电能耗(包括车辆、牵引供电系统等)和动力照明用电能耗(包括通风空调、给排水、电扶梯、照明、弱电等)组成，其耗能量受线路条件、客流规模、车辆类型、机电设备、服务水平等诸多因素的影响。应综合考虑各种因素，通过构建城市轨道交通能耗指标评估体系对轨道交通的能耗水平进行评估和预测。

按照3级能耗指标划分，建立了一套轨道交通能耗指标的评价体系，并创新性提出了标准能耗车、标准能耗车站等概念。通过评估软件实现牵引系统、动力照明系统能耗计算、新建线路轨道交通能耗的预测和模拟计算等功能。应用能耗指标评估体系，挖潜既有线路的节能潜力，提出新线建设的节能措施，合理安排电力资源，有序实施节能措施，减少运营能耗。

2.3构建城市轨道交通能源管理平台

城市轨道交通能源利用综合管理平台应用计算机技术，实时获取每线路、每车站、每机电系统主要设备的能耗信息，进行能耗数据分析、指标计算对比，掌握能耗特点和规律，制定有效的节能措施。

目前1～13、16号线，已建立了由站、线、网3级架构组建的能耗监测管理平台，站级系统主要设置于各车站、车辆基地的变电所内；线路级系统设置于各线路的控制中心；网络级系统设置于轨道交通能源管理中心内,对全网络能耗数据进行采集、存储、计算等处理。能耗监测管理系统的基本架构如图3所示。

综合管理平台在功能上实现了自动采集、存储各类能耗数据,并具备历史数据查询功能。采集与存储的数据类型包括:三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、有功电量、无功电量等。同时支持预定义报表、自定义报表的功能,可根据用户的需求自动生成网络、线路、车站的年、月、日报表，并与相关单位共享各类能耗数据。

能耗监测管理系统的建立基本实现了上海城市轨道交通能源管理日常工作信息化，同时为能耗指标的制定、节能技术应用效果的验证和节能考核工作的有序开展提供了数据支持。

图3能耗监测管理系统的基本架构

2.4合同能源管理新机制的应用

为加快轨道交通节能降耗实施进程，引入了“007”（技术上零风险，财务上零成本；节能服务公司提供7项服务）的合同能源管理新机制，其示意图如图4。采用合同能源管理的模式实施集团公司范围内的节能改造，利用节能服务公司的资金和技术优势，降低集团公司的资金压力和节能改造的技术风险，提高运营服务及管理水平，从而实现节能降耗的目标。

图4合理能源管理机制示意图

依据《上海申通地铁集团有限公司节能改造实施合同能源管理机制基本要求（暂行）》及合同能源管理通用合同文本，规范和便于节能改造项目按照合同能源管理机制进行实施，并要求各运营公司按照“合同能源管理”模式在轨道交通车站照明、空调系统的节能改造中进行了应用。

3轨道交通节能新技术应用和技术改造

（1）加强节能新技术的专项研究

积极与高校或科研机构合作，开展了涉及供电、车辆、环控等多个专业节能技术专项研究。主要有：《35kV干式非晶合金环氧浇注变压器应用可行性研究》、《列车节能运行图编制及节能运行模式试点应用研究》、《列车空调多联智能变频节能技术应用研究》、《车站轨行区排风（热）风管节能优化及风速均匀性研究》、《车站通风空调系统智能化控制管理及节能模式实施方案研究》、《空调制冷机组内循环系统节能技术应用研究》、《AOP高级氧化技术在车站循环冷却水处理中的应用研究》等。

（2）现有线路的节能技术改改造

在环控、照明、给排水等系统的在现有线路的节能改造，主要有如下2个方面。

1）按照合同能源管理模式进行轨道交通1、2、3、4、5、6、8、9号线等部分车站、车辆基地照明系统采用节能灯、LED灯、智能照明控制系统应用等节能改造，改造后经测试，节能率达40%～60%。

2)车站空调水系统变流量智能控制节能技术改造。在1、2、4、6、9、10号线等30座车站进行了节能技术改造工作。改造后经测试，节能率达25%～30%。

（3）节能新技术试点应用

在充分落实现有节能技术措施基础上，按“推广应用、试点示范、研发试点”三个层次，开展节能“四新”技术的试点与应用是以下几个项目。：

1）车辆基地太阳能光伏新能源示范应用。在川杨河、治北、金桥等3座车辆基地部分车库屋顶实施10MW太阳能光伏并网发电工程。

2）列车节能运行图编制及节能运行模式试点应用。11号线全线列车在非高峰时段采用了列车节能运行图模式运营，在运行图兑现率基本保持在100%，准点率达99.5%的情况下，列车牵引系统节能率达9%。

3）列车客室智能照明节能试点应用。开展列车照明智能控制研究，结合自然采光条件通过智能控制技术实现车内照度稳定，已在轨道交通4号线车辆上进行试点应用。

4）车站水冷VRV系统节能试点应用。2号线、9号线部分车站已安装水冷VRV系统设备，并运行稳定。经测试，平均节能率超过50%。

4节能成效

“十一五”开始至2013年节能工作已彰显成效。2013年网络综合能耗指标为4894.16度/标准千车·km，与基准年（2010年）相比，下降9.94%，完成了“十二五”市政府下达的5%的节能目标。2013年全网络客流总量250326万人次、客运周转总量2149911（万人·km），与基准年（2010年）相比，分别增长33.2%、33.3%，客流量单耗下降18.9%、客运周转量单耗指标下降19.0%，节能效果明显，（见表1和表2）。

表1 2010-2013年度网络综合能耗指标

表2 2010-2013年度网络客流和客运周转量能耗指标

5总结

通过一系列的节能减排管理与技术措施的实施，取得了较为明显的节能效果。城市轨道交通的节能减排是一项长期工作，也是一项系统工程，需要社会各界的大力支持与配合。今后集团公司将进一步加大节能方面的资金投入，完善集团公司的节能管理体系，加快节能减排新技术和新产品的应用，持续挖掘节能潜力，大力提高能源利用效率。在满足运营服务质量、确保运营安全的前提下，建设更加节能环保和安全高效的绿色地铁，塑造“资源节约、环境友好”的城市轨道交通形象。

美科学家研制成功人工树叶能将光子转化为能源

最近，美国加州理工学院约根森实验室研制成功一种人工树叶，利用阳光促使氢和其他燃料的燃烧效率比生物燃料的燃烧效率更高。

据介绍，该人工树叶的核心部分是2块浸入水溶液的电极。每一块电极由半导体材料制作而成，该材料能够从太阳光谱中捕获特殊的光能。

此外，电极外表还涂有催化剂，用来确保电极以一定的速度产生氢或氧。研究人员用薄膜将生成的各种气体隔开，以降低爆炸的风险。

研究人员表示，现有的吸光器因其核心部分由昂贵的单晶硅为材料制作，因此价格高，市场推广有难度，现制造人工树叶的材料价格低廉，便于市场推广。

（美国ABC）

Energy Saving Techno logy App lication and Integrated Management of Rail Transportation in Shanghai

Zheng xin,Zhu da huan,Wnag xiao bao Tu xiao wei

it introduces shanghai rail transportation ene rgy consum p tion charac te ristics and its index system,which inc ludes build ing energy-saving m anagem ent system,energy consump tion eva luation index system and energy management p latform,etc.it also exp lains new energy-saving technolog ies of rail transportation and case studies.Finally it summ arizes achieved resu lts.

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