城市轨道交通节能措施分析与研究

杨 辉 王建光

(郑州市轨道交通有限公司运营分公司，河南郑州 450000)

0 引言

城市轨道交通相对于公交车、出租车而言具有运量大、时间快、消耗低等巨大优势。随着城市框架的不断拉大，各地均在大力发展轨道交通缓解交通压力。“低碳经济”概念的提出使城市轨道交通能耗问题越来越受到重视，这也是建设集约型社会的必然要求。城市轨道交通系统节能是实现交通领域节能减排的工作重心，因此如何建设节能的轨道交通系统成为轨道交通系统前期建设与后期运营极为重要的研究课题。

1 城市轨道交通能耗构成

城市轨道交通系统是一个复杂的大系统，由众多的小系统构成，包括:车辆系统、设备系统、信号系统、消防系统、供电系统、车站系统等，其中主要的能耗形式为电能和水资源。

城市轨道交通俗称“电老虎”，涉及的系统主要是车辆牵引系统与车站设备系统。当前，列车制动时的动能还没有很好的机制回收这部分能量，使得这部分能量被白白浪费，据统计该部分消耗的电能占制动能量的40%左右;而运营设备系统由于投资巨大、占用空间大以及本身的能耗问题，维护成本居高不下的问题日益突出。此外，由于建设阶段本身存在问题或者该阶段节能工作未落实到位使得运营阶段多数是解决建设阶段遗留下来的问题，使得运营期节能工作效果不明显。

为实现城市轨道交通系统的节能，需要统筹考虑建设期和运营期的工程实施、技术标准和运营规模，以低资源消耗为目标，建设方与运营方应相互沟通、齐心协力把节能运营与节能建设衔接起来，最终实现城市轨道交通综合节能的目标。

2 城市轨道交通节能措施研究

2.1 建设期低资源消耗

当前，轨道交通建设阶段的节能措施主要集中于建筑设施包括车站主体与车辆段基地，若能把近年国际流行的绿色建筑理念引入到轨道交通车站、车辆段的建设中，合理利用地热、光照、绿色植物等新方法、新材料将会对城市轨道交通综合节能产生积极的影响。

1)落实集约建设方针。轨道交通在前期施工建设工程中可参考RAMS标准［1］，即“可靠性、可用性、维修性、安全性”，对每个建设阶段都进行监督管理。从已建成运营的城市来看，建设中盲目求大、求快运营期往往会有许多“后遗症”。因此，城市轨道交通建设应把自身实际情况、城市经济发展水平与乘客切身需求紧密结合起来，降低车站土建规模并积极探索车站设备系统集成共享，减少工程投资并提高系统功能性。

2)推动设备标准化。目前，我国城市轨道交通设备系统制式比较杂乱，有全进口的设备，也有根据国外技术引进吸收再创新的设备，当然也有完全自主制式产权的设备。然而，设备制式不同容易造成通信，信号故障，无形中增加运营成本。我国目前生产的绝大多数设备系统已能满足地铁建设和运营的要求，在建设阶段应尽量采购国产设备，既能满足“网络化”需求，又能节约成本［2］。

3)优化线路和车站空间。应合理设计建设区间坡度和坡长，使列车在出站时迅速将势能转化为动能，获得运行所需的加速度和目标速度;在确定与车站功能相匹配的空间规模和车站形式时，应根据前期调查测算的客流数据与乘客的实际需求，修正车站主体与配套设施的面积。条件允许的情况下，尽可能加挖深度，合理利用空间，以便降低后期运营费用［3］。

2.2 运营期节能运行

2.2.1 牵引系统节能措施

1)车辆节能。选用轻体车辆，降低列车自重，可以提高牵引效率。此外，列车的自重下降，相应地对轮轨磨耗程度就会减少，维修成本将大为下降。

2)ATO运行模式。即在日常运行中，列车采用自动运行模式。在ATO模式，列车会根据线路条件智能切换加速、慢行、减速等模式，全程不需人工干预，使列车保持较佳的状态运行，从而降低能耗。

3)能量回收机制。城市轨道交通市区段通常站间距比较短，运行/制动比较频繁，若采用再生制动便可以把列车制动时的动能转换为电能为其他列车供电，大大减少了电能的消耗。

2.2.2 车站设备系统节能措施

1)电机变频技术。地铁车站内的空调即便是在同一季节在不同时段空调的负荷也不一样，因此可利用变频技术，根据不同的气候/气温条件控制和调整压缩机的转速，实现“不停机运转”，节约能耗;车站的自动扶梯系统也可采用变频技术，通过扶梯口的传感器判断是否有乘客，随之切换扶梯运营速度，避免空载，浪费电能［4］。

2)加装节能装置。一些老线路建设的时候没有考虑屏蔽门，造成站台空气混沌，并且无形中增加了车站设备供冷的面积。因此老线改造与新线建设中可在站台加装封闭式屏蔽门，避免列车经过活塞运动时冷热气流交换，并减少车站设备供冷负荷，保持空气清洁;同样也可以在自动扶梯口加装光电或压力传感器，检测到乘客进入时，便调整到既定的速度运行［5］。

3)水资源综合利用。a.水蓄冷技术。空调系统可采用水蓄冷技术，缓解白天空调负荷，节省电能，还可实现大温差送冷与应急冷源。其原理是利用峰谷电价差，在低谷电价时段将冷量存储在水中，在白天用电高峰时段使用储存的低温冷冻水提供空调用冷。b.废水回收技术。车辆基地中列车清洗、日常生活废水经过回收在处理之后可以再次用于列车清洗或花草绿化。水资源综合利用技术不仅可以减少水的用量，还能降低污染，经济环保，一举多得。

4)使用LED光源。LED光源就是发光二极管为发光体的电源，虽然更换成本比较高，但是此光源具有发光效率高、耗电量少、使用寿命长、安全可靠性强、有利于环保等一系列优点。因此可将其用于长期使用的领域，如出入口指示灯。

3 节能工作管理机制构建

当前城市轨道交通节能规范研究相对较多，但是本行业还缺乏节能工作的管理与激励体系，导致运营过程节能工作无序混乱，盲目追求节能指标又忙着对建设过程中遗留的问题进行节能改造。因此，一套节能工作管理与激励体系对运营(建设)方来说就显得尤为重要。

1)开发高效低耗设备。

针对城市轨道交通能耗大、能源利用率低的现状，企业积极安排资金、人才、技术来支持节能降耗项目实施，寻找新思路，探索新方法，采用新技术、新材料开发出既节能又高效的设备。

2)完善设计节能规范。

目前国内尚没有完全针对轨道交通设计阶段的节能规范。然而，中国地域辽阔，每个地区的气候、地质都不太一样。比如，按东北冻土地质设计的节能标准就不能适用于西北地区的设计建设。因此，应充分考虑到各地气候、地质等因素的差异，并体现在规范文件中，制定并进一步不断完善设计阶段节能规范。

3)提高装备节能标准。

目前，城市轨道交通尚没有专用的节能标准，通常都是套用一般楼宇建筑设备的节能标准。作为交通运输行业能耗大户应尽快制定本行业专用的能耗标准，考虑到城市轨道交通作为社会公众服务产品，影响范围巨大，其标准要比一般楼宇建筑高［6］。

4)加强节能监督管理。

为实现轨道交通综合节能这一大目标，企业还应该积极完善内部节能措施与规范，设立领导小组并建立员工责任制，确保政令畅通，最后明确各时期、各阶段的节能目标以及相应的责任部门。

5)对每一阶段节能目标对应责任人的完成情况进行考核，对完成率高的小组和个人进行多种形式的奖励，完成较差的小组和个人批评，优秀的小组分享经验，充分调动各位员工参与节能的意识与积极性。

4 结语

城市轨道交通作为公共交通的重头，能耗基数很大，节能势在必行。通过建设阶段低资源消耗、运营期节能运行，并有针对性地制定节能工作管理体制，城市轨道交通行业一定会实现综合节能这一目标。

［1］陈 蕾.城市轨道交通引入 RAMS管理的必要性［J］.城市轨道交通研究，2007，5(4)：67-68.

［2］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.

［3］王奕然，杨兴山.城市轨道交通设备系统可持续发展的技术对策［J］.都市快轨交通，2009，22(5)：6-9.

［4］史明红.地铁车辆段的集约节能设计［J］.都市快轨交通，2011，24(3)：40-42.

［5］蔡昌俊，钟素银.轨道交通节能减排分析与实施［J］.铁路技术创新，2011(5)：2.

［6］宋 键.上海城市轨道交通“十一五”节能实施目标与策略［J］.都市快轨交通，2009，22(2)：19-23.