城市轨道交通运营节能策略浅析

闫雅斌

（广州地铁集团有限公司，广东广州510000）

0 引言

近年来，我国城市轨道交通发展迅猛，截至2016年底，已有29座城市开通运营轨道交通线路，车站数量超过2 500座，总里程近4 000 km。伴随着轨道交通的快速发展，其能耗问题日益凸显，2016年全国城市轨道交通总耗电量已超过100亿kW·h，占全社会总用电量的1.5%～2%。北京、上海、广州等城市的轨道交通由于形成线网，年耗电量均在10亿kW·h以上。按照目前的每公里平均能耗水平推算，未来全国城市轨道交通年用电量将达400亿kW·h左右，城市轨道交通运营采取怎样的节能策略显得尤为重要。

1 城市轨道交通能耗现状

城市轨道交通能源消耗体量大，98%以上都是电能消耗。按照用能性质区分，地铁运营能耗主要分为牵引能耗、动力能耗、照明能耗及办公能耗。其中动力能耗主要分为环控、门梯、消防及排水、弱电系统、安保警务等，照明能耗主要分为工作照明及应急照明。主要能耗占比如图1所示。

随着季节的变化，地铁能耗有着明显变化趋势。夏季，由于外界气温高，车站通风空调系统功耗明显增加。典型南方城市能耗全年变化趋势如图2所示。

2 节能管理策略

2.1 建立节能管理体系

搭建管理架构，明确工作职责；形成规章制度，制定节能管理、考评细则，划分工作界面、明晰工作奖惩；实行节能工作责任制，与车站、线路签定节能责任状，落实节能任务。

图1 城市轨道交通主要能耗占比

图2 城市轨道交通主要能耗全年趋势图

2.2 制定节能目标，开展能耗对标

（1）确定能耗基准水平。有多年历史能耗数据的系统，可以选取某一年或某几年的平均值，在此基础上修正作为基准；无历史经验数据的系统，只能通过理论计算来确定能耗基准，需要指出各用电系统理论计算能耗值往往与实际能耗有较大偏差。

（2）制定节能目标任务并层层分解。要结合基准年能耗水平，根据年度节能工作计划，预估次年节能量，制定年度节能目标。目标需要分解到各线路、车站及主要用能系统。

（3）开展能耗对标，定期跟踪节能目标完成情况。常用对标方式为将年度节能目标按照时间维度分解到月，逐月跟踪，发生目标偏移，及时采取措施进行调整，保证节能工作按照目标开展。

2.3 能耗情况分析

关注能耗水平，影响能耗水平的因素有很多，包括天气、客流量等等，需要建立科学的能耗评价指标来综合判断。用能性质不同，其能耗指标也不尽相同。须从不同评价维度对能耗情况进行对比分析，对于能耗异常情况分析原因，制定节能措施或开展节能改造。常用的评价维度有车公里牵引能耗（列车每运行1 km所消耗的牵引能耗）、人公里牵引能耗、站均动力能耗、站均照明能耗等等。

图3 变风道组合式空调机组原理图

3 节能技术策略

本文主要针对能耗较大的列车及车站环控系统提出以下节能技术策略：

3.1 列车节能技术策略

3.1.1 优化列车相关系统

轻量化设计，减轻车辆自重，在同等的牵引功率条件下，提高载荷能力；应用再生制动能量回馈吸收技术；列车空调多级能调或变频技术，适用于载客量变化的温度控制曲线，节能的同时提高乘客舒适度；列车照明应用LED、智能调光等。

3.1.2 优化线路行车组织

调整优化线路运行图低峰期的参数，在不改变行车间隔、上线列数和小幅降低行驶速度的前提下，尽可能使相邻供电分区内的列车牵引与制动同步，最大化实现牵引列车吸收列车制动产生的反馈电能。

在既有信号系统自动驾驶模式（ATO）不具备节能运行曲线的情况下，通过在低峰期时段采用人工驾驶模式（SM），减少加速、减速频次，减少车站停站时间、增加区间行驶时间，实现牵引能耗的节约。在运营线路开展低峰期人工驾驶模式及自动驾驶模式对比测试，由测试结果看出人工驾驶模式较自动驾驶模式节能4%左右。

3.2 车站环控系统节能技术策略

3.2.1 变风道组合式空调机组技术

采用变风道式技术，通过机组内设置风门的开启和关闭调节风流风道，当全新风运行时，打开内置风门，新风可直接从风门通过，不需经过换热器，避免无功能耗的产生。机组具体运行原理如图3所示。

3.2.2 水系统水泵改造技术

空调水泵的耗电是由空调水的流量、水泵扬程和水泵效率确定的，空调水的流量、水泵扬程和水泵效率取决于水泵工作点。实际工程中，往往由于设计裕量过大，施工验收粗放，使得空调水系统的人为阻力过大，导致水泵的实际工作状态点远远偏离设计工作状态点。

可以进行以下改造：变频调速，降低水泵电机的供电频率从而降低水泵的转速；更换水泵，以冷水机组的额定流量为依据，按照水泵的理想工作状态点的流量和扬程合理配置。

3.2.3 直接蒸发式空调机组

目前多数车站采用传统水冷冷水机组，冷冻水在空调箱内表冷器处与空气换热。已有许多研究实践表明，冷媒直接蒸发式空调系统更适合车站大系统供冷，其取消了冷冻水，冷媒直接进入空调箱表冷器对空气进行降温除湿，这有利于蒸发温度的提升，进而提高冷水机组整体COP值，同时也可节约冷冻水的输配能耗。

3.2.4 地下车站轨行区排热风机运行策略

目前国内地铁车站轨行区排热风机运行策略单一而不具有科学性，部分城市地铁排热风机常年处于关闭状态，而部分城市全年运营时间段均开启。根据有关研究测试，在满足设计要求的前提下，为使车站环控系统、列车空调系统、隧道通风系统相互配合达到耗能最少、能效最高，建议轨道排热风机的运行根据隧道及室外温度来进行控制，在室外温度高于隧道温度时，不建议开启轨行区排热风机。

4 结语

城市轨道交通的节能工作是一个系统性工程，在节能策略上，不仅需要不断制定管理措施和开展技术改造，还需要不断研究探索新的节能思路，尤其是对于重点用能设备，要密切关注节能技术创新，挖掘节能潜力，实现节能可持续发展。