铁路建设项目节能评估对工程设计影响及发展方向

2021-01-06陈立杨刘长和刘红娇

铁路节能环保与安全卫生 2021年5期

陈立杨，刘长和，刘红娇

（中国铁路设计集团有限公司机械动力与环境工程设计研究院，天津300308）

0 引言

国家发展和改革委员会2010年发布了第6号令《固定资产投资项目节能评估和审查暂行办法》,要求在我国境内建设的固定资产投资项目必须编制节能评估文件[1],2016年发布了第44号令《固定资产投资项目节能审查办法》,对固定资产投资项目节能审查工作开展的时段、范围等要求进行了新的调整,强化事中事后监管[2]。为响应国家节能要求,规范铁路行业节能评估和审查工作,铁路发布了一系列管理办法：2010年原铁道部发布了《铁路基本建设项目节能评估报告书编制暂行办法》,原中国铁路总公司于2013年发布了《建设项目节能评估工作管理暂行办法》、2017年发布了《铁路建设项目节能评审工作管理办法》。

自2010年起,铁路节能评估工作已经开展10年左右,节能评估工作更加系统化、规范化,节能效果显著,对铁路项目节能设计工作产生了积极的推动作用。节能评估工作的开展使设计初期即充分考虑节能因素,确定节能的设计方案并选择节能设备,为运营后的节能工作开展提供完备的基础设施条件。本文对节能评估开展前后铁路项目的节能设计情况进行归纳总结、对比分析,以发现节能评估对铁路设计的影响,进而从中找出今后节能评估的重点及发展方向。

1 节能评估开展前铁路节能设计情况及主要问题

铁路项目节能设计主要遵循《铁路工程节能设计规范》(TB 10016—2016)的相关要求[3],并根据《铁路建设项目预可行性研究、可行性研究和设计文件编制办法》在可行性研究文件的节能篇章中对项目的节能设计原则及措施进行阐述[4],铁路项目开展节能评估前主要专业的节能设计原则概述如下。

1.1 主要专业节能设计原则

（1）线路。线路走向尽量采用顺直、拔起高度小、运距短的方案,以降低列车牵引能耗。设计中尽量选用较大曲线半径的缓和曲线长度,以降低列车运行阻力。

（2）站场。车站站位设置与城市规划相结合,充分利用城市的轨道交通、公交等短途交通设施,便于旅客乘降和换乘,减少旅客换乘和各种车辆走行距离。车站站型采用横列式布置,站坪长度短、占地少、设备集中、定员少、便于管理。动车运用所尽量靠近车站设置,减少动车组走行距离。

（3）牵引供电。供电线导电截面与接触网导线总截面相适配。在供电臂末端设分区所实现上下行并联供电。牵引变压器的结线型式选择采用单相接线或V,v接线。

（4）电力。变(配)电所选址尽量靠近负荷中心,设无功补偿装置提高功率因数。合理选择变压器,采用低损耗油浸变压器或干式变压器,型号以S11、SC10系列为主。高低压电力线路合理选择尽量短的路径。照明采用高压钠灯、金属卤化物灯、配电子镇流器的日光灯等绿色照明光源。

（5）房屋建筑。建筑物朝向一般采用南北向或接近南北向,主要房间避开冬季主导风向。房屋的体形设计力求简单,尽量减少外表面积。房屋集中布置,在满足采光和通风要求的情况下,合理确定门窗面积。屋面保温层采用容重较小、导热系数较低的挤塑聚苯板保温。

（6）暖通。合理选择供热方式,室内外采暖系统均需进行水力平衡计算,确保各环路水量符合设计要求,使机组及水泵在高效区工作。采用节能高效的采暖、空调、给排水设备和配件。合理确定风管、水管规格及长度。

（7）给排水。新铺给水管网的,分用户设置必要的计量装置；新铺给水管道采用摩擦阻力小的PE管材,减少管道的沿程水头损失；使用节能型水泵及水处理设备。充分利用地形设置污水处理构筑物,合理布置排水管道,尽量减少污水抽升次数。

1.2 节能评估开展前节能设计存在的不足

节能评估工作开展前,各专业设计时都考虑了节能,但仍存在以下不足。

（1）方案选择时节能因素影响较弱。线路方案比选时对节能因素考虑不足；车站位置的选择多远离市区,未能充分考虑旅客接驳便利性；采暖方案以锅炉采暖为主,相对节能的热泵技术应用较少。

（2）节能产品推广力度有待加强。照明光源以荧光灯、金卤灯为主,LED的推广应用不足,设计中未考虑智能照明系统,采用光伏发电技术不足；变压器选型以满足能效限定值为原则,采用达到1级能效水平的变压器不足；空调、风机等采用达到1级能效水平的产品较少。

（3）能源计量器具配备不够。能源计量器具配置主要考虑满足计费结算,电表大多配置在变电所、箱式变电站,设备、电表、水表的配置不能满足节能精细化管理的要求。

2 节能评估对铁路节能设计影响

自2010年开展节能评估工作以来,各专业在系统方案确定、设备选型上注重节能设计,将节能设计贯穿于设计过程,节能评估工作较好地促进了铁路节能工作。依托研究项目,对开展节能评估并通过技术审查的33项铁路建设项目的节能措施落实情况进行了调研,总结节能评估对设计的主要影响。

2.1 专业节能设计理念得到增强

通过开展节能评估工作,增强了各专业节能设计理念并在设计中予以贯彻,设计方案比选充分考虑节能因素,主要体现在选线、站段布置、供电方案确定、采暖空调系统方案选择等方面。

在线路选线设计过程中,部分项目后续设计将节能因素纳入并充分比选,选择了节能的线路方案；施工图设计中对线路平纵断面进行优化,优化小半径曲线、减小线路坡度。在车站选址过程中,充分考虑旅客乘降、换乘的便利性,多靠近主城区并充分利用既有车站；场段的选址也尽量减少空走距离,靠近大型枢纽或始发车站。在供电方案确定过程中,测算各方案的供电损耗,作为方案选择的重要因素。在采暖空调方案选择上,对采暖系统方案产生影响,如某电气化改造项目中推荐采用空气源热泵并被设计采用,寒冷地区多采用热泵空调采暖、制冷,能源利用效率提高。

2.2 节能新技术和设备的推广应用

在节能评估的推动下,一大批节能新技术、节能型设备在铁路项目上推广应用,主要设备选型从原来的达到节能评价值或能效限定值,到目前的均达到1级能效水平。

在北方严寒寒冷地区,在无市政热力条件时,早期多采用自建锅炉供暖,随着节能要求的提高,目前逐渐转变为采用低温空气源热泵供暖,从自然界的空气中获取低品位热能,经过电力做功再提供可被利用的高品位热能,能效比最高可达3以上,节能效果显著并可在严寒地区使用,环境温度低于零下25℃时也可正常运行,在环境温度低至零下40℃时亦不乏工程应用的实践。

节能变压器得到大规模应用。动力照明变压器由原来的S9/S11系列发展到目前均采用达到1级能效水平的变压器,个别项目已应用非晶合金变压器,如南昌至赣州铁路、京张高速铁路,非晶合金变压器可进一步降低空载损耗,特别适用于负载率较低的场合。节能型牵引变压器主要为超低损耗卷铁芯节能牵引变压器,这种变压器较普通的牵引变压器减少损耗30%以上,节能效果显著,目前该种变压器已在国内部分工程中采用,如山西中南部铁路、京沈客运专线。

LED光源在项目上得到全面应用。早期的项目设计多采用节能荧光灯、高压钠灯、金属卤化物灯等光源。节能评估开展后,LED逐步在公共区域得到应用,目前除投光灯塔外在大部分位置均采用LED照明,包括室内照明、隧道照明、道路照明。

对于照明控制,智能照明控制系统在站房、检查库、隧道中得到逐步应用,智能照明控制系统可实现任意操控点设置和任意分区控制,根据使用需求设定控制模式,可以最大程度节省照明用电,相较于传统控制方式节能30%左右。

空调系统设备达到1级能效水平。早期项目中冷水机组、空气源热泵、多联机、分体空调多采用达到节能评价值或能效限定值的产品。在节能评估开展后,以上空调系统设备均采用达到1级能效水平的设备,空调系统的能效水平大幅提升。

光伏发电技术日渐成熟,系统成本逐年下降,逐步在部分车站中得到应用(如近期开通的雄安站),拉林铁路也预留了安装光伏发电系统的条件,预计未来光伏发电技术会进一步得到普及。

2.3 能源计量及能源管理逐步完善

能源计量器具的配置得到加强。早期建设的项目,计量器具配置主要以满足计费结算为主,配置数量较少,无法满足能源精细化管理的需求。节能评估开展后,对能源计量器具的配置提出了要求,能源计量器具配置逐步引起设计重视,配置情况可以满足《用能单位能源计量器具配备和管理通则》(GB 17167—2006)的要求,电表可配置到独栋建筑,基本实现不同使用单位的电力计量,站房内可实现分用能系统计量,水表配置到独栋建筑并可实现数据自动采集及远程上传,并且在越来越多的项目中开始考虑应用能源管理系统。例如,京雄城际高速铁路全线采用了能源管理系统,雄安站应用了建筑设备监控及能源管理系统、其余站房应用了能耗数据采集系统,动车所应用能源管理系统,对全线除牵引用能以外的能源消耗(包括站房、动车所、站区、区间能源消耗)进行分类、分户、分项在线计量管理,实现能耗在线监测、统计报表、能耗分析、节能诊断、能耗考核、优化控制、基础信息管理等功能,并可向用能单位上报相应能耗数据,满足铁路各级节能管理的需要。

3 铁路节能评估工作发展方向

铁路节能评估工作对铁路项目节能设计产生了积极影响,但由于设计仅是其中一环,节能的方案、措施、设备是否真正落实到位,还需在过程中进行把控并在运营后跟踪验收,切实做到节能评估闭环管理,这将是以后工作的方向。以下分3个阶段对节能评估工作的方向进行初步探讨[5]。

3.1 事前阶段

3.1.1 确定节能评估开展时机

节能评估初期在可行性研究阶段编制,并作为项目可研批复的前置性文件,近年项目有在初步设计阶段编制的情况,个别由地方核准备案的项目在施工图阶段编制。总体而言,编制阶段越靠前,设计资料精细度越粗,特别是对于各设备系统(如通风空调系统、照明系统等)设备参数存在较大变化的。根据设计项目跟踪情况,施工图阶段的设备参数较可行性研究阶段均有较大调整,后期难以基于节能报告进行对照检查、验收,但从另一角度分析,编制阶段靠前则各专业系统方案仍在研究论证过程中,节能报告的意见、措施可纳入系统方案,节能报告、评审、审查提出的节能措施所需资金可以纳入项目批复,有利于节能措施落实。根据铁路项目特点,建议在初步设计阶段完成节能报告编制及评审,相关意见应纳入初步设计批复。

3.1.2 完善铁路节能评估标准规范

目前缺少铁路项目的节能评估标准或导则,对于评价的内容、重点、设备能效等级、项目的能效水平(指标)、牵引及辅助能耗计算方法等缺少统一的规定,导致不同编制单位的节能报告对节能的要求出现一定的差异,也难以准确判断项目的能效水平。建议研究制定铁路项目节能评估导则,更好地规范指导铁路项目节能报告编制。

3.1.3 实行节能评估资质管理

铁路项目是一个涉及多个专业系统的复杂项目,只有深入掌握生产工艺、用能系统工艺特点才能真正挖掘节能潜力、提出切实有效的节能措施,才能准确测算项目的能源消费量,确定项目的能效水平。而目前对于节能评估从业人员尚无资质要求,建议开展资质管理,建议对从业人员进行铁路节能评估相关培训并发放能评从业资质,以确保节能报告的编制质量。

3.2 事中阶段

3.2.1 加强节能评估意见闭合管理

目前,节能评估意见的闭合是通过节能报告编制单位转交设计单位进行答复,缺少制度层面的机制保障,设计的实际执行情况可控性不足,建议制定办法明确将节能审查意见执行情况纳入专业设计文件,节能批复及节能报告作为设计输入由建设单位转发项目总体执行,明确执行情况并体现在设计方案中。

3.2.2 完善节能设计审查管理

铁路项目初步设计、施工图审查时,审查的重点一般在专业系统设计方案及投资,对于节能设计的关注有待加强。建议完善相关审查制度办法,对节能审查意见的执行情况进行关注,确保节能意见均已在设计方案中体现。

3.2.3 完善招标采购制度

由建设单位组织投标采购的设备(“甲供设备”)由设计单位提供技术规格书时,会明确设备能效水平,而由施工总包单位采购时则可控性较差,建设单位对此的关注度不足。建议完善招标采购制度,补充节能相关条文,将节能要求明确纳入规格书进行限定,中标厂家应提供证明其设备能效水平的有效文件,确保中标设备的节能性能。

3.2.4 强化系统实施监管

铁路项目的建筑设备自动化系统(Building Auto‐mation System,BAS)应用多年,车站能源管理系统也已在项目中有所应用,但由于施工调试、数据等,部分系统并未真正发挥其节能的作用；大型空调系统的安装调试不到位也导致难以发挥设备真实能效水平。建议强化系统施工过程监管,对于能源计量器具及能源管理系统应在施工阶段进行重点把控,如计量器具配置的完整性、传感器的设置位置；系统调试应保证数据准确,确保能源管理系统的可用性；对于大型空调系统安装完成后应对其实际性能系数(COP)、综合部分负荷性能系数(IPLV)进行测定,满足设计的要求。

3.3 事后阶段

3.3.1 开展节能验收

目前项目竣工验收环节尚无节能验收,不能实现闭环管理,难以准确掌握铁路建设项目节能方案的实际实施情况。建议开展节能验收工作,发布节能验收的相关规定,指导验收工作落实到位。

3.3.2验收时机

铁路项目是一个庞大的系统工程,项目能源消费总量及能效水平与客货运量相关,而客货运量是项目开通后逐渐上升趋于设计值的,选择合适的验收时机是衡量项目能效水平的关键。建议采用分阶段验收方式,建设单位移交项目前进行1次节能验收,验收主体责任单位是建设单位,对节能审查意见进行逐项对照梳理,对建设过程中的关键节点节能意见执行情况进行检查,不满足要求的需要建设单位整改；运营期间(如开通5年后)再进行1次节能验收,重点对采取的节能措施节能效果进行评定,对项目能效水平进行分析,对能源管理系统的运行情况进行检查,验收主体责任单位是运营部门,如果此时需要整改则由运营单位负责。