城市轨道交通列车车辆节能策略研究

薛 亮 刘小玲

1.辽宁省交通高等专科学校2.大连理工大学交通运输学院

城市轨道交通列车车辆节能策略研究

薛 亮1,2刘小玲1

1.辽宁省交通高等专科学校2.大连理工大学交通运输学院

本文分析了城市轨道交通列车车辆能源消耗影响因素，针对不同的影响因素提出了城市轨道交通列车车辆节能策略，为城市轨道交通运营企业开展节能工作提供了借鉴。

城市轨道交通；列车车辆；节能策略

1 引言

据相关数据统计，2016年国内有北京、广州、深圳、重庆、武汉、天津、成都、宁波、苏州、郑州、西安、长沙、青岛、东莞、福州、南宁、合肥17座城市轨道交通新增27条运营线路，合计里程为554.00公里，车站370座，总投资额为3222.30亿元。而从路网整体看，国内所有城市的轨道交通网络都是亏损的。对城市轨道交通运营企业而言，想要达到盈亏平衡进而有盈利，其收入除政府补贴、传统票务、广告、通信、商铺租赁、地产开发等多元化业务之外，城市轨道交通运营企业本身相关的节能策略应用也是其降低运营成本，实现利润的重要来源。本文将在城市轨道交通列车车辆节能策略方面做深入研究。

2 城市轨道交通列车车辆能源消耗分析

城市轨道交通列车车辆的能源消耗涉及诸多因素，具体的有：车辆类型、列车编组、列车重量、列车的牵引制动性能、列车的操纵方式、线路坡道、曲线半径及站间距设计等，通过改变相关的因素，可以实现列车车辆节能的目的。

3 城市轨道交通列车车辆节能策略

3.1 车辆类型

由于城市轨道交通的特殊性，车辆类型在线路开通运营之时就已确定，而一般的城市轨道交通车辆使用年限是30～40年，因此在车辆使用年限内一条线路的车辆类型是固定的，而车辆上的绝大多数设备也是相对稳定不变的。对于车辆上的多数设备一般情况下在使用过程中是不能改造的，而在车辆相关设备节能方面的策略有：

(1)列车客室照明荧光灯改为LED灯管

荧光灯含有重污染的金属物质，使得报废的荧光灯管对环境的污染十分严重，同时也存在功率高、消耗量大、寿命短、维护量大等诸多缺点，而LED灯管采用发光二极管作为光源，功率低、功效高、寿命长、更节能。

(2)列车客室空调定频改为变频

由于供电频率不能改变，定频空调压缩机转速基本不变，依靠不断的开、停压缩机来调节列车客室的温度，很容易造成列车客室的温度忽冷忽热，并消耗较多的电能。相比较而言，变频空调的变频器改变压缩机的供电频率，调节压缩机的转速，依靠压缩机的转速快慢达到控制列车客室温度的目的，其优点是室温波动小、电能消耗少。

(3)传统继电器控制改成PLC集中控制

传统线圈式的继电器，存在能耗大、损坏率高、体积大、接线复杂、附件多、改造复杂等诸多缺点，而PLC集中控制改造起来就会相对简单，只需要改编程逻辑图就可以改变它的控制方式，不仅可以将风险降到最低，还能降低人工改造量和投入的成本，从而达到节能的目的。

3.2 列车编组

由于列车编组数量越大，所需的牵引力也越大，相应的其能耗也就越高。因此在列车编组方面的节能策略是：根据城市轨道交通工作日、节假日等不同的高峰小时最大断面客流量及列车运行图，制定满足客流量需求的列车编组数量动态变化方案，减少大编组列车在满载率不高时的空驶，提高能源利用率。

3.3 列车重量

列车自重直接影响列车牵引系统的所需电量，越重的列车在同样的牵引系统情况下所消耗的电量越多。故在列车重量方面的节能策略是：在新车采购中实现车辆轻量化，车辆轻量化中最为关键的是车体的轻量化，因为车体在车辆重量中所占的比重最大，大约占到四分之一，采用轻量化材料是降低车体重量的关键。除此之外，车体型材间的连接方式、内装材料的选择对车体重量产生很大的影响。因此，城市轨道交通运营企业在新车采购时，应逐步研究在保证列车安全及各项主要性能的前提下，如何降低并控制列车自重从而达到减少列车牵引用电的目的。

3.4 列车的牵引制动性能

列车在运行过程中，主要有牵引加速、惰行、制动工况组成。在列车牵引制动性能方面的节能策略有：

(1)根据线路实际情况，增加惰性工况

通过综合考虑列车分别处于各个不同工况下从电网取电的不同，在设计列车运行曲线时充分考虑列车处于不同时段、列车间隔的需求，采用高峰和非高峰时段区别对待，在非高峰时段增加惰行工况，达到节能的效果。

(2)列车制动能量再利用

城市轨道交通列车目前主要有三种制动方式，即反馈制动、电子制动、气制动。研究表明，列车的制动能量很大一部分都是消耗在了电子制动上，而将电子制动能量通过有效的回收再利用是列车节能问题上的一项重要举措。

3.5 列车的操纵方式

列车的操纵方式对能耗有较大的影响。相关数据表明，人工驾驶模式下的牵引能耗普遍高于ATO模式下的牵引能耗。因此，列车操纵方式上的节能策略是：应尽量采用列车自动控制节能，电动客车采用微机控制自动驾驶。在信号系统设计时[1]，根据线路的坡道、曲线半径、站间距及列车载重等情况，设计列车自动驾驶曲线，自动调整行驶速度，控制随行点使电动客车长期处于最佳运行状态，以便减少电能消耗，达到更进一步节能的目的。

3.6 线路坡道、曲线半径和站间距设计

在城市轨道交通线路设计规划阶段，应综合考虑线路投入运营后的能耗问题。线路坡道、曲线半径和站间距设计方面的节能策略是：在土建条件允许的条件下，在坡道设计时应尽量采用节能坡设计理念[2]，在线路弯道处应尽量采用曲线半径大于300米，在非中心城区的站间距应大于1400米。

4 结束语

在城市轨道交通日益发展成熟的今天，我们应该看到绿色节能的目标任重而道远，在节能的同时还应处理好与环保的关系。在城市轨道交通网络越来越发达的时候，轨道交通运营企业应该更加深入深化节能设计改进及创新[3]，实现技术节能，同时，加强节能管理，落实管理节能措施，充分发挥轨道交通大运量、高速度、准时、安全、节能、环保的优势，从而实现城市轨道交通可持续发展。

[1]宋敏华.城市轨道交通节能技术发展趋势研究[J].工程建设与设计,2009(1):15～19.

[2]李倬，李熙，柏赟.地铁列车牵引节能方法与管理研究[J].综合运输，2015,37(1):69～72.

[3]戴华明,李照星,孙宁.城市轨道交通的节能低碳发展[J].设备监理,2014(2):8～12.