轨道交通节能管理中几个重点关注的问题——以京港地铁为例

文_王云霞 北京节能环保中心

我国轨道交通行业近年来发展势头迅猛。预计到2020年, 城市轨道交通运营线路长度将超过6000km。城市轨道交通消耗的能源品种主要为电力, 其电能的消耗量占总能耗的90%左右，而轨道交通电耗将占全国总用电量的3%。随着线网规模的增大，车站数量的增多，城市轨道交通的能耗总量也将大幅上升，节能工作将成为城市轨道交通行业的重任。

本文通过京港地铁有限责任公司（以下简称“京港地铁”）综合节能服务案例，提出未来轨道交通节能管理中需要重点关注的几个问题。

1 轨道交通用能结构

京港地铁共有四条线路：4号线、大兴线、14号线和16号线。主要能源消耗包括电力、天然气、柴油和汽油。电力应用范围最广，主要用于车辆牵引、车站动力及照明、车辆维修等；天然气用于车辆段及停车场冬季采暖和炊事；汽油和柴油用于车辆运营使用。

2015～2017年，随着线路和车站增多，京港地铁能源消费总量呈逐年增长趋势。其电力、天然气、汽油、柴油各类能源消耗折标煤占总能耗的比重见图1。从图上可以看出电力占比最高，大约占总能耗的90%左右。

电力消耗主要分牵引用电、动照用电和商业用电三类。其中商业用电占比很低，且年度用量基本恒定约占2%～4%；占比最大的是牵引用电约50%～60%，动照用电次之约40%～50%，且牵引用电和动照用电呈现夏季明显偏高的“波峰”型，主要因为空调季耗电量激增造成的。图2为京港地铁2015～2017年牵引用电、动照用电和商业用电的占比情况。

经过对每条线路分析，发现夏季期间空调通风系统的用电量占比较高，是节能管理的重点方向。

2 轨道交通用电状况分析

考虑到电力为主要用能品种，且情况复杂，是节能减排工作中的重中之重，本文主要以电力分析为主。

2.1 线路电力分析

2015～2017年各线路总电耗，4号线和大兴线近三年电耗基本稳定，4号线2016年和2017年总电耗较2015年小幅下浮。14号线2016年和2017年较2015年增长幅度较大，主要原因为14号线中段与14号线东段在2015年年底贯通试运营。

从电力折合能源消耗指标分析(图3)，京港地铁4号大兴线、14号线的单位客运量能耗指标和单位周转量能耗指标均呈现逐年下降趋势，说明京港地铁在全力保障地铁安全高效运营的同时，积极开展各项节能减排工作，并取得了较为明显的成效。

2.2 线路牵引用电分析

列车牵引能耗主要由牵引列车运行用电和辅助设备用电。辅助设备主要包括空调、照明和车载电气设备，其运行耗能约占列车总能耗的10%～20%，而空调用电则是辅助设备用电的主要贡献者。

通过对牵引用电逐月消耗的规律进行分析，夏季车辆空调开启月份减去过渡季节月份的牵引用电，可将牵引用电拆分成车辆空调用电和车辆其他用电。各线路空调用电和其他用电占比如图4。

从各线路的分项用电占比情况分析，4号线和大兴线车辆空调用电的占比约8%～12%，而14号线和16号线车辆空调用电的占比约1.5%～6%左右。尤其是16号线车辆空调占比很低，一方面是16号线采用了新型的车辆空调及控制模式；另一方面16号线运行初期客流量较低，车辆空调负荷率较低。对于早期投入运行的4号线和大兴线配备的车辆空调能效较低，可以考虑配备节能空调来达到节能效果。

牵引列车运行用电占牵引用电的80%以上，影响因素主要有：列车属性，包括电机性能、再生制动能力、车型、运行阻力；线路条件，包括线路设计的坡度、曲线站间距、车站距离；运营组织，包括技术速度、追踪间隔、编组方案、满载率、列车操纵等。而在前两者已经稳定情况下，运营组织水平的高低对列车牵引能耗有着直接的影响。

2.3 线路动照用电分析

轨道交通车站动力照明系统是地铁车站建设的重要组成部分，包括通风空调、照明、电梯、通信系统、消防系统、站控等用电。其中通风空调、照明、电梯有较大的节能空间。而通风空调（环控）系统所占比例最大，也成为轨道交通节能工作中的重点关注对象。

采用牵引用电同类的分析计算方法，对各地铁线路动力照明用电进行拆分，得到各线路空调用电和其他用电的占比情况（图5）：4号线和大兴线空调用电占比约20%～22%，14号线和16号线空调用电占比约22%～27%，对于较晚开通的14号线和16线而言，16号线的空调用电占比高于14号线，初步判断其空调系统的节能技改和节能优化运行，存在一定空间。

3 轨道交通节能诊断范围及内容

节能诊断是一种零距离对用能企业进行把脉问诊、对症下药的技术推广模式，其目的就是推广那些经过检验并被证明确实有效的节能技术，挖掘重点耗能企业的节能潜力。

轨道交通节能诊断是对地铁用能环节和设备现状的全面了解，首先应通过查阅各线路及站点能源消耗数据，了解各线路基本信息和能源消耗现状，并与相关人员交流地铁线路当前运行中存在的问题；然后针对存在的问题进行现场调研及测试分析，包括典型工况下和根据运行记录分析出的不同季节下各种运行工况，最终给出解决方案和能够实现的节能效果。

京港地铁的节能诊断是覆盖全线路包括停车场、车辆段的全面诊断，诊断内容包括：（1）牵引用能系统，主要关注再生制动电能利用途径方面实施节能；（2）供暖系统，主要关注运行控制的精细化管理；（3）空调通风系统，主要关注设备选型匹配，精细化运行；（4）照明系统，关注合理的照明控制方式，制定多种照明运行模式；（5）供配电系统应关注精细化管理，是否应用智能能源管理系统；（6）综合服务系统，应关注电梯节能；（7）特殊区域及其他用能系统；（8）建筑本体，应考虑地铁作为公共建筑本身的围护结构节能情况；（8）给排水系统；（9）用能管理状况；（10）节能制度建设状况。

4 轨道交通节能指标分解

建立能耗目标是能源管理的关键，将总体目标量化并进行拆分是进行能源消耗过程管控以及保障总体目标实现的核心。轨道交通企业作为重点用能单位一般都有政府下达的节能指标，因此建立科学的节能指标分解体系是企业完成指标考核实现节能减排的关键。

京港地铁的所有线路、场段都归属工程部，主要能耗都在一个部门，之前并没有明确具体考核办法和分解任务，根据用能结构和用能状况分析，此次指标分解按照线路和车辆段两个主体进行分配，具体如图6。

基于两大主体用能，可以把主要能耗和能源种类分配给相应的单位，分配依据以2015～2017年历史数据为基础，对于与客流密切相关的牵引电耗，须拟合牵引电模型，后进行电耗指标推算；对于车站电耗来说较为稳定，在历史数据的基础上总结年度总量与单耗；场段能耗以电耗、燃油、燃气的年度总量为依据，供暖燃气方面设定单耗以进行节能引导。

根据指标分解对能耗指标考核提出建议：（1）考核频次：建议一年三次，考虑到5～9月空调季对能耗影响较大，因此按照1～4月、5～9月、10～12月节点划分；（2）考核依据：牵引电耗按照牵引电方程计算出的定额考核（区分空调季、非空调季）；动照电耗按照预测出的定额进行总量考核，同时参考单位面积动照电耗强度（区分空调、非空调季及车站类型）；场段电耗按照定额总量考核为主，单位电耗考核为辅（区分空调、非空调季）；场段天然气考核期内如有供暖，须按单位面积供暖气耗进行考核；场段燃油建议按照每年12月考核一次执行。

轨道交通企业作为城市重点用能企业，越来越受到各级政府部门的关注，对其能源管理的水平要求越来越高，节能减排工作面临巨大挑战。企业应努力在顶层设计上打造一支强有力的节能减排队伍、一个规范化的节能减排管理制度体系，同时关注节能新技术产品前沿，树立良好的社会责任感和忧患的节能减排意识，持续加大节能工作力度，在实现企业良好经济效益同时，为社会节能减排作出应有的贡献。