城市轨道交通用能与节能的思考.pdf

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调研显示,1条25公里左右的轨道交通运营线路,1年的耗电量约在1~2亿千瓦时,轨道交通成为各城市
的用电大户。在“2015(第三届)中国城市轨道交通系统性节能研讨会”上,北京城建集团设计发展集团
股份有限公司党委书记李国庆,为我们分享了城市轨道交通用能与节能的思考,演讲从城市轨道交通用能
现状入手,结合北京地铁节能案例,提出了既有线路的节能改造和新建线路的节能工程建设等工作展望。
一、城市轨道交通用能现状
(一)城市轨道交通现状
截止2013年末,全国有19个城市的轨道交通已开通运营,总里程达2746
公里。至2020年,全国规划轨道交通的城市达到79个,规划总里程达13385
公里。
“十二五”期间中国城市轨道交通投资额超1万亿元。参考建筑、工业节能
产值比例5%计算,轨道交通行业节能的投资可达500亿元,节能潜力非常巨大。
(二)城市轨道交通用能分析
城市轨道交通用能总耗电量相当大,是名副其实的能耗大户。按照同等运力,
城市轨道交通能耗相当于小汽车的1/9,公交车的1/2,且占地小,成本低,对
节能减排具有重要意义。但建设过程中,由于其运量大,总耗电量相当大,是名
副其实的能耗大户。
轨道交通系统能耗构成示意图
整个城市轨道交通系统里,列车牵引供电系统和通风空调系统是城市轨道交
通中最主要的用电大户,分别占到轨道交通系统总能耗的1/2和1/3,节能潜力
也相当大。其它设备系统,也存在一定的节能潜力。
北方某市轨道交通运营成本构成图
北方某市轨道交通运营成本构成中,电力费占运营成本的41%,工资费、运
营费、维修费占59%,因此电能的节省对于整个城市轨道交通运营来说,具有重
要的现实意义。
(三)北京市轨道交通能源利用现状分析
城市轨道交通节能潜力大。仅2013年北京地铁运营公司综合能耗就达万
吨标煤(电能费用占运营费用的50%),十二五末期将达万吨标煤,地铁公司现
已成为北京主要用能单位之一。
2006-2015年北京地铁总用电量柱状图
轨道交通各系统用电量百分比
2006年,北京地铁总用电量为3亿多千瓦时,到2015年达到14亿千瓦时。
其中牵引供电占到50%,通风空调占35%。从中可以看出,轨道交通系统节能、
节电是所需要考虑的主要因素。
二、需重点关注的问题和对象
第一,城市轨道交通用能评价标准缺失,急需建立轨道交通节能
技术标准及评估、评价体系。由于技术适应性差,如果轨道交通节能技术标准及
评估、评价体系从其他行业引入,实际节能效果有限,无法达到预期效果,因此,
城市轨道交通急需建立科学合理的评价标准以及科学合理的评价、评估机制。不
同地域、城市之间,同一指标的数值差别较大。需通过标准制定,明确节能应用
标准和评、评价估标准。
交通节能研究的必然趋势,下阶段在这一方面应该有所探讨。通风空调可调通风
型站台门系统、智能照明系统、直接蒸发式制冷机组都有综合性节能方案的体现。
通风空调可调通风型站台门系统
智能照明系统
直接蒸发式制冷机组试验现场
第四,目前,能耗基础数据零散,急需建立能耗大数据库和能源管控平台,
以提升能源管控水平,降低运营成本。城市轨道交通数据基本上都掌握在各个地
铁公司手中,如果各地铁公司能把数据汇总起来,能够共同研究摸索其中的规律,
对轨道交通的节能工作应该是非常有利的。
北京地铁10号线芍药居站节能管理系统
第五,缺乏按照城市轨道交通规律,研发节能设备和产品的动力和应用平台。
很多设备供应商对城市轨道交通积极性很大,但是对产品的研发,基本上凭着自
己的理解开发新产品。结合地铁的规律开发出具有地铁特点的专用产品,将会对
城市轨道交通业具有很大的推动作用,对国家制造业升级换代具有重要意义。
三、节能工作主要思路
(一)建立用能、节能标准体系
对于能源管理体系,用能和节能两者是并行不悖的,两者都要涵盖才是完整
的节能标准体系。节能标准体系是节能工作的保证,只有通过建立和完善标准体
系,才能规范节能的各项工作。比如北京地区,建立了《北京市区域(园区)规
划节能》、《北京轨道交通用能统计体系》、《城市轨道交通节能评估技术标准
体系》等用能、节能标准体系,以规范节能工作。
(二)探索技术创新实现节能的途径
技术创新是节能工作的基础,节能工作必须依托于技术的创新进行。现
有创新技术基础包括:基于PWM整流器的牵引供电装置及控制方法、混合式牵引
供电装置及控制方法模块化的能量回馈式牵引供电装置及控制方法等等。如果能
够在这些创新技术基础上,包括以后的创新技术,进行综合性研究,融会贯通,
一定会对轨道交通节能工作有很大的促进作用。
(三)有针对性的研发节能设备实现节能
所谓有针对性,是指节能设备研发过程中结合地铁规律。随着现
代城市轨道交通规模不断扩大,要实现其节能和技术进步,必须结合城市轨道交
通特点,要求产品进行轨道交通行业的研发,才能真正实现产品节能和技术节能。
以轨道交通通风空调节能关键技术为例,开启式屏蔽门技术从型式
上采用上下固定方式的全高安全门,在门体的适当位置(上部或下部)设置开口,
开口采用活动式,根据通风空调系统的需求必要时将开口开启或关闭,则实现屏
蔽门的功能。该技术已应用于***11号线,经测试后得出结论,基本上在
过渡季节可以不开风机可以达到通风条件。
开启式屏蔽门应用效果示例
上下部开启案例
(四)技术创新实现节能
蒸发冷凝与直接蒸发结合空调系统是轨道交通通风空调节能关键技术之一,
系统将水冷冷凝器和冷却塔合二为一,布置灵活。其主要特点:第一,充分利用
水的蒸发潜热冷却工艺流体,用水量为水冷式冷凝器的50%,节水效果显著;第
二,制冷机组效率提高(蒸发温度提高3℃,制冷系数理论上可提高17%以上,
从而可实现节能运行);第三,节省了冷冻水的输送能耗(从整个冷冻站的运行
耗电来看,可实现节能15~20%左右),节能效果较好。
蒸发冷凝与直接蒸发结合空调系统
此外,再生制动能量回收系统也实现了节能技术创新,轨道交通列车制动能
量吸收措施,主要有电阻吸收、电阻加逆变吸收、能馈式吸收、电容吸收、飞轮
吸收等方式。其关键技术包括城轨交通牵引计算仿真及超级电容容量配置软件和
超级电容储能系统。
再生制动能量回收系统
(五)构建能源管理体系实现节能管理和保障
轨道交通能源管理系统由线路中心级能耗系统、接入层设备、平台设计、平
台软件等组成。系统能够实现全网能耗的统计与监测、综合分析,从而为企业节
能提供支持,为各级主管部门能耗数据提供了有力保障。
(六)倡导节能评估和评价推进节能机制的建立
现有的节能评估工作基础已完成10余项城市轨道交通节能评估项目,并初
步建立了节能评估专业人才队伍。目前正在进行济聊城际济南至长清线(R1线)
工程节能评估报告等10余项节能评估项目。
(七)大力研究节能综合解决方案和技术
节能技术和方案的研究不应局限于某个专业,而要打破专业界限,实行生命
周期全过程的研究,体现综合性节能。
四、对节能工作的展望
(一)节能潜力
截至2013年末,全国19个城市开通了城市轨道交通,运营里程2746
公里。在建城市40个,里程3892公里。2020年各地规划设想涉及79个城市,
规划总里程万公里。其中,已建项目里程占总里程%,在建项目里程占%,规划项
目里程占%。
2020年全国轨道交通项目规划现状
已建、在建、规划项目比例比较均衡,各个阶段均有节能工作参
与空间。
2012年北京全年完成市级交通固定资产投资亿元,增长%,占交
通行业固定资产投资%。
截至2013年末,北京运营里程465公里,在建里程183公里,
规划地铁1083公里,市郊铁路超过1000公里。
轨道交通投资占北京市市级交通固定资产投资的比例最大,达70%以上。
节能潜力巨大。
(二)节能改造(既有线路)
北京轨道交通运营车站表
线路运营里程/km车站数/座通车年份线路名称运营里程/km车站数/座通车年份
1号线3123196913号线162003
2号线2318198414号线172013
4号线24200915号线182010
5号线232007机场线2842008
6号线262012八通线19131999
7号线192014亦庄线24142010
8号线172008大兴线112010
9号线132011昌平线2172010
10号线452008房山线24112010
北京轨道交通运营车站超过300座,18%的车站建成时间在10
年以上,38%的车站建成时间在5年以上。针对既有线路改造,应用节能技术,
提升产品装备的能效。既有线路节能改造的理念,首先,明确重点节能目标,抓
住节能要点。明确节能改造基本原则及方向。节能改造涉及多专业的结合与配合,
各系统缺一不可;其次,以现场为根据,数据为基础,功能为目标,将专业设计、
运营单位的各方优势相结合;再次,结合车站实际情况,制订合理的节能改造方
案。应注意改造后节能系统与原系统的独立与融合,满足运营功能要求。
以新型改造系统模式——合同能源管理模式为例,2011年5
月,北京地铁首次引入合同能源管理方式,对1号线国贸站、10号线安贞门站
的中央空调系统进行节能改造。该能源管理模式,拓展了既有线路改造的模式,
降低了改造投资成本。
北京地铁合同能源管理方式
(三)节能工程(新建线路)
对于新建工程,从工程的规划、设计开始就应该贯彻节能的理念和技术,
从节能系统、节能专项工程、能源管理系统开展全生命周期的节能措施和服务。
(四)节能规划(线网规划)
将节能工作纳入到线网规划及建设规划过程当中,实现节能规划。
通过节能规划实现能源的综合利用规划、资源共享规划,统一节能技术标准。节
能规划可围绕车辆段资源共享、主变电所及外电源资源共享、换乘站资源共享、
水资源综合利用、无线通信频点综合利用等几点展开。