城市轨道交通节能技术发展趋势探讨

苗俊婷 吴湛坤 彭华洲

（南京市政府投资项目评审中心， 江苏 南京 210000）

1 城市轨道交通节能技术发展现状

1.1 线路选线与运营组织

根据我国各城市轨道交通系统运营数据显示，列车牵引供电系统是整体系统的用电大户，其牵引耗电量往往占据总耗电量的一半以上。部分城市轨道交通工程在建设阶段，设计方结合实际施工情况与地质地貌结构，在实现工程预期建设目标的基础上，对曲线半径加以优化，选择最优的线路选线方案，将列车牵引能耗控制在合理范围内，确保其不会受到曲线阻力因素的过度影响而导致牵引耗电量大幅提升。例如，科学设定进出站的坡度值，确保列车在下坡、上坡过程之中，有效将势能转化为动能，以及将动能转化为势能。同时，在轨道交通线路纵坡设计环节，合理设定泵站以及相关设备的安装位置。从运营组织管理角度来看，管理部门应综合分析实际运量、列车数量等因素，明确计算或精确估算城市轨道交通系统的总体运营规模。合理设置列车运营对数、做好列车编组工作，并设置运营交路。

1.2 车辆节能

通风空调系统以及列车牵引供电系统是城市轨道交通系统的主要用电大户。其中，在特定条件下，通风空调系统的实际耗电量将超过牵引供电系统的耗电量。因此，为有效控制列车牵引供电系统及通风空调系统的耗电量，在部分城市轨道交通工程中，选择采用基于调频调压控制的列车交流牵引系统。在系统运行过程中，将结合实际情况采取变频调速措施，确保列车在调速过程中不会消耗过多的电能。同时，区间隧道也不会受到附加电阻影响而出现升温现象，以此降低通风空调系统的耗电量。与传统列车牵引供电系统相比，这一交流牵引供电系统实现了对列车再生制动的有效利用，理论回收率高达25%。而传统列车牵引供电系统的部分再生制动能量将被相邻列车吸收，难以有效转换为空气制动或电阻，这一部分电能消耗量往往占据整体动能量的40%左右。同时，也可选择采取配置轻体列车技术措施，通过对车辆自重量的减少，可节约出适量乘客所消耗的能量、轮轨磨耗量与维修量。

1.3 供电系统节能

从动力照明系统节能角度来看，可选择基于负荷分级供电设计原则，根据各类负荷的重要性，将其划为为若干等级。同时，采取分散无功补偿以及集中无功自动补偿等设计措施，有效降低线路损耗量、针对性提高功率因数。此外，也可选择在不影响动力照明系统实际照明效果的前提下，优先配置各类技能电机电器设备、照明设备。

从牵引供电系统节能角度来看，可选择缩减开关设备配置数量、配置适当类型变电所、在牵引变电所内布设再生储能设备、选用新型节能设备、采用钢铝复合接触轨等措施，全方位降低列车牵引供电系统的实际用电量。

1.4 通风空调系统节能

目前来看，常用的通风空调系统节能措施包括：结合工程所处区域气候条件，选择恰当的通风空调系统形式，例如采用自然通风方式，将有效降低风机运行能耗；配置表冷器；在系统设计环节，对室外天然冷源加以充分利用，起到自然冷却城市轨道交通工程内部空间的作用，侧面降低通风空调系统的实际运行负荷及时间。

2 城市轨道交通节能技术的未来发展趋势

2.1 环保型高架技术

高架线路已经在部分城市轨道交通工程中得到应用推广，实现了对城市轨道交通系统运营成本以及能耗量的有效控制，实际能耗量仅为地下线的一半左右。但是，这项技术的问世时间较晚、存在一定的技术缺陷有待解决，例如采用大轴重的A、B 型车辆，将在运营过程中持续产生振动与噪音污染。因此，应基于现有高架线路，加强对环保型高架技术的研发力度，在保证技术节能效果与可靠程度不受到影响干扰的前提下，采取减振降噪综合控制措施，致力于替代抑或是取消声屏障，完善高架线路的环境条件。例如创新性采用跨座式单轨系统等低噪声系统制式。

2.2 研发高效、低耗的新型设备与设备系统

从设备系统研发角度来看，在工程建设阶段，设计方可基于原有设备系统进行创新设计，与各项新型节能技术加以有效结合，实现对系统运行能耗的控制、降低。例如，在城市轨道交通控制系统中配置智能环境控制系统，传感器持续对隧道以及各处车站周边环境的空气湿度、气候温度、照明度等进行监测，基于监测结果智能化调节通风空调等系统的运行状态与负荷。同时，也可选择配置表冷器，采用变频变风量对通风空调系统进行启闭。

从节能设备研制与应用角度来看，在我国部分城市轨道交通工程中，普遍配置有能量回收装置等节能设备。在系统运营过程中，装置将持续对列车刹车制动过程中所损耗的部分机械能加以回收，将其再生利用为列车牵引供电。

2.3 健全城市轨道交通装备节能标准

我国城市轨道交通节能设计标准仍然需要完善，部分城市轨道交通工程的节能设计水平较低、缺乏明确的参照标准。同时，不同地区的气候环境条件都有所不同，唯有结合实际情况针对性设定相关能耗标准，才能在实现工程预期建设目标的同时，充分挖掘工程的节能潜力。因此，相关部门应结合我国实际国情与各地区气候环境条件，及早构建标准化、完善化与统一化的城市轨道交通节能设计规范体系，为工程节能设计工作的开展提供明确参考与具体依据。此外，也需持续完善城市轨道交通设备节能标准，充分考虑城市轨道交通工程与建筑等工程项目的差异性，严格规定城市轨道交通设备的能耗标准。

2.4 提高新型能源应用力度

城市轨道交通系统具有运行能耗大的特征，如若仅使用单一的电能，不到会提高城市轨道交通运营成本，同时，也与我国低碳经济发展理念相违背。因此，应加强对太阳能、海洋能、地热能等新型可再生清洁能源的利用程度，将其作为辅助能源，以减少碳排放量，推动城市轨道交通事业的绿色化发展进程。

2.5 处理好节能与环保的关系

在城市轨道交通节能技术应用、发展过程中，对部分节能技术措施的采用，虽然可以有效降低城市轨道交通工程的运营成本及耗电量，但却会对周边生态环境造成污染破坏。例如在构建地下水水源热泵空调系统时，在降低通风空调系统耗电量的同时，将对周边地层所分布地下水资源造成污染破坏，并以此为诱因引发地面下沉、水位降低等一系列问题的出现。因此，在城市轨道交通节能技术发展、应用过程中，管理方与设计方应严格服从环保目标，在不对周边生态环境造成明显干扰、污染破坏的前提下，科学制定节能技术方案。

3 结语：

综上所述，与私家车、公交车等城市交通出行方式相比，虽然城市轨道交通系统的能耗比相对较低，但由于其具有运能大的特征，在系统运营过程中，仍会消耗大量的电力能源。因此，对城市轨道交通节能技术的应用与研究，既是当前我国城市轨道交通事业的主要发展方向与亟需解决的问题。同时，也是落实节能减排发展理念的关键所在。因此，相关部门与企业机构应持续加强城市轨道交通节能技术的研发力度，探索与我国实际国情相适宜的城市轨道交通工程节能模式。