新建张家口至呼和浩特铁路、鄂托克前旗至上海庙线铁路的能源平衡与能效分析探讨

吕名云，陈淑连，曾虢霆

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

1 铁路建设项目节能评估和方法浅议

2010年9月，依据《中华人民共和国节约能源法》和《国务院关于加强节能工作的决定》，国家发展和改革委员会发布了《固定资产投资项目节能评估和审查暂行办法》，对固定资产投资项目节能评估和审查工作做出了相关规定。同年11月，铁道部发布《铁路基本建设项目节能评估报告编制暂行办法(试行)》和《铁路基本建设项目节能评审管理暂行办法(试行)》，对铁路建设项目节能评估内容、编制深度、评审和审批管理要求作出相关规定。

铁路建设项目用能情况比较复杂，需要有一个符合铁路实际情况的用能体系分类。铁路运营中耗能起始环节和能源流动过程比较复杂，需要评估者对其有较为深入细致的了解和研究，以明晰整个铁路建设项目能源流动过程。

与其他行业相比，铁路复杂而相对独立的系统，使得其时空边界定义比较困难。从空间边界来看，对于既有项目或者既有项目的改扩建等来说，如何准确地定义其用能范围，还需要进一步的探索。其次，从时间边界来说，铁路建设项目实施包括设计、施工和运营管理，从全过程管理来说，节能应涉及每一个环节，但是在可操作性上，目前实施仍有一定困难。

随着环境问题的加剧和社会的发展，仅仅关注节能效果和经济效益已不能满足社会需求和发展趋势，对产品、技术和服务的评估应涵盖节能效果、经济效益、环境和社会影响等多个方面，从宏观调控角度进行管理［1］。

2 铁路能源平衡和能效水平分析

2.1 项目基本情况介绍

新建张家口至呼和浩特铁路位于华北北部，线路东起河北省张家口市，西迄于内蒙呼和浩特市，为电气化双线客运专线，采用AT供电方式。

新建鄂托克前旗至上海庙铁路位于内蒙古鄂尔多斯市鄂托克前旗，为国铁Ⅰ级电气化单线铁路，采用AT供电方式，是一条以货运为主、兼顾沿线客流的煤运铁路。

2.2 能源平衡分析

要进行能源平衡分析，首先应该对项目能源消耗和流动的范围进行界定，进而分析项目耗能设备、环节和流动过程。该体系应能完整地体现铁路运营中的能源流动和平衡情况，并且清晰明了，便于进行能源消耗的测算。

铁路主要功能为客货运输，因此可将机车牵引归类为项目主要耗能体系;其余专业，包括电力、通信、信号、信息、房屋建筑、暖通空调、综合检测和维修、车辆和动车组设备、机械和给排水等，作为铁路运营的辅助单位，可将其归类为辅助生产和附属生产体系。

新建张家口至呼和浩特铁为电气化铁路，耗能种类以电能为主，首先对电能消耗进行分析。

图1～3为新建张家口至呼和浩特铁路用电能流图。

图1 新建张家口至呼和浩特铁路牵引变电能流图

图2 新建张家口至呼和浩特铁路辅助生产和附属生产设施用电能流框图

铁路牵引变电所和配电所接引电源来自地方电网。铁路牵引用电经地方电网接引至牵引变电所转换后，通过AT分区和末端AT所，经由接触网向机车供电。铁路配电所接引地方电网，经由电力线路，为区间通信、信号、信息以及其他用电设施提供电能［2］。两个体系相互平行且独立，同时，将电能流向和平衡分为两个部分符合主要耗能体系、辅助生产和附属生产体系归类。因此，电能平衡分析分为机车牵引能耗平衡体系以及辅助生产和附属生产平衡体系是适宜的，并有利于进一步分析。

除此之外，车站采暖所消耗的煤炭、燃料油，机务作业中消耗的石油、柴油，以及车站接引地方管网的水、热等，可将其归类至辅助生产和附属生产中进行平衡分析。

在此基础上，根据铁路能源消耗体系分类，将机车牵引能耗作为主要耗能体系进行能量平衡分析，购入贮存环节主要为购入电量，加工转换主要体现牵引变压器的工作效率，输送分配主要影响因素为接触网，最终使用为机车牵引耗能。

辅助生产和附属生产设施能量平衡分析，购入贮存的能源主要包括电能、煤炭、燃料油、水和热能等，加工转换部分主要体现在变压器的损耗，输送分配主要体现在输电线路的损耗，最终使用上则是各耗能设备的效率影响，如通信、信号、信息设备的工作效率，汽油机、柴油机工作效率，锅炉的燃煤或燃油效率等。

2.3 能效水平分析

2.3.1 能效水平分析方法

机车运营单耗分析目前比较常见的有两种方法，一种是根据总能耗量和总牵引质量之比得到的单位耗能量，另一种是根据总能耗量和总换算周转量之比得到的单位耗能量。公式如下:

式中:q——机车单位能耗量，tce/(104t·km);

L——牵引区段长度，km;

G——牵引质量，t;

Q——能耗总量，tce;

E——机车单位能耗量，tce/百万换算t·km;

T客——机车客运周转量，人·km;

T货——机车货运周转量，t·km;

1换算t·km=1人·km=1t·km。

以上两种计算方法是现在运用较为广泛的能效水平计算方法。q值计算主要在各铁路局、机务段用以编制生产财务计划及核算运输成本中使用，同时是机务段制定能耗指标的依据，也是新线设计中计算能耗的基础;而E值计算主要在铁路统计中较为常见。

2.3.2 能效水平分析方法选择

图3 新建张家口至呼和浩特铁路辅助生产和附属生产设施用电能流详图

新建鄂托克前旗至上海庙铁路为煤运铁路，兼顾沿线客流，运输成分较为多元，因此，以新建鄂托克前旗至上海庙铁路为例分别采用上述两种方法进行能效水平计算。

表1 单位工作量综合能耗

由表1可见，两个指标之间数值相差是比较大的，为了选取更贴切的评估方法以反映项目特点，需进行进一步分析。新建鄂托克前旗至上海庙铁路是一条以货运为主、兼顾沿线客流的煤运铁路，货流主要是上行方向的煤运量、下行方向多是空车;近期旅客列车开行较少，客流组成主要为上海庙镇和上海庙矿区出行人员，客流密度相对有限。采用q值计算，注重的是机车牵引完成的工作量，但忽略了下行货运空车造成的运输能力浪费;采用E值，能较客观地反映出项目实际完成的运输工作量，较好地解决下行空车运输能力浪费的问题。可见，两种方法侧重有所不同，但在节能评估中，注重的是项目能源的利用情况，即“有效工作量”。因此，研究认为采用以目的(完成运输量)为导向的E值计算更能反映项目能效水平。

3 结论

本研究以新建张家口至呼和浩特铁路和新建鄂托克前旗至上海庙铁路为例，对铁路节能评估方法进行了初步的探索。研究认为，铁路建设项目能源平衡分析应分为牵引用电系统以及辅助生产和附属生产系统两个部分，其中牵引用电系统主要为机车牵引能耗;辅助生产和附属生产系统主要为电力、通信、信号、信息和暖通空调等能耗情况。能量平衡分析分为购入贮存、加工转换、输送分配和最终使用四个环节。加工转换主要与变压器有关，输送分配主要影响因子为输电设备，最终使用与各设备自身效率相关。能效水平分析中，研究认为采用总能耗和换算周转量的方法更能贴切地反应项目能源利用情况，在客货流复杂的铁路运输中更能发挥其优势。

［1］ 方利国.节能技术应用与评价［M］.北京:化学工业出版社，2008:31-49.

［2］ 孙忠国.铁路运输节能减排技术［M］.北京:化学工业出版社，2009:71-109.