上海軌道交通技術(shù)研究中心鄭欣朱大緩?fù)鯐员?涂小衛(wèi)

上海軌道交通領(lǐng)域節(jié)能技術(shù)應(yīng)用與綜合管理

上海軌道交通技術(shù)研究中心鄭欣朱大緩?fù)鯐员?涂小衛(wèi)

介紹了上海軌道交通耗能特點和耗能指標(biāo)體系，主要包括構(gòu)建節(jié)能管理保障體系、能耗指標(biāo)評估體系及能源管理平笞等，分別對軌道交建節(jié)能新技術(shù)應(yīng)用及案例作了介紹，最后總結(jié)了所取得節(jié)能成效。

軌道交通；節(jié)能技術(shù)；能耗

自1993年5月28日上海地鐵1號線一期工程建成通車，經(jīng)過20多年的建設(shè)，目前，上海市規(guī)道交通已開通運營14條線（不含磁懸?。?、329座車站，運營里程538km，2013年實現(xiàn)運送旅客250326萬人次，在城市交通中的客運比例由2009年的20%提高到2013年的40%，在城市交通中發(fā)揮了重要作用。

上海申通地鐵集團(tuán)有限公司（簡稱集團(tuán)公司），為響應(yīng)國家節(jié)能減排政策的號召，成立了集團(tuán)公司節(jié)能委員會，多年來積極開展軌道交通的“二次節(jié)能”工作。

1軌道交通能耗特點與能耗指標(biāo)體系

（1）軌道交通能耗特點

軌道交通的能源消耗結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。列車牽引系統(tǒng)能耗約占總能耗的50%、車站設(shè)備用電約占總能耗的40%，其它（商業(yè)開發(fā)、車輛基地和控制中心等）用電約占10%。

圖1軌道交通能源消耗結(jié)構(gòu)示意圖

（2）能耗指標(biāo)體系構(gòu)成

基于能耗管理和節(jié)能監(jiān)測的需求，構(gòu)建軌道交通能耗指標(biāo)體系。軌道交通能耗指標(biāo)體系分為“網(wǎng)絡(luò)級、線路級、站車級”3級，體系架構(gòu)如圖2所示。

圖2能耗指標(biāo)體系架構(gòu)圖

網(wǎng)絡(luò)級綜合能耗指標(biāo)：用于衡量整個運營網(wǎng)絡(luò)能耗的指標(biāo),用于市政府或主管部門對集團(tuán)公司節(jié)能工作成效的評價。

線路級能耗指標(biāo)：用于衡量各運營線路能耗的指標(biāo),用于集團(tuán)公司對各運營公司節(jié)能工作成效的評價。

站車級能耗指標(biāo)：用于衡量各車站和列車能耗的指標(biāo),用于運營公司對車站班組和列車班組節(jié)能工作成效的評價。

（3）總體節(jié)能目標(biāo)

根據(jù)國家最新“節(jié)能減排”的戰(zhàn)略目標(biāo)和上海城市軌道交通能耗的特點，“十二五”期末（2015年）上海城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)（該期間及以前投入正式運營線路）總體節(jié)能目標(biāo)：5%。

2節(jié)能綜合管理措施和技術(shù)措施

2.1構(gòu)建節(jié)能管理保障體系

（1）管理行為規(guī)范化

制定線路軌道交通設(shè)施設(shè)備節(jié)能管理辦法，組織研究并編制了《上海申通地鐵集團(tuán)有限公司供用電管理辦法》及《上海軌道交通維護(hù)保障中心節(jié)能管理辦法》等。明確管理節(jié)能的要求，并從“優(yōu)化運營組織、節(jié)能模式啟動、限時通風(fēng)排熱、控制空調(diào)溫度、限時限區(qū)照明、禁止用電浪費”等6方面制定了列車、車站、車輛基地、控制中心等各類用電管理辦法和相應(yīng)的節(jié)能獎勵考核辦法；對新建線路制定了工程建設(shè)項目節(jié)能驗收管理辦法等，以保證節(jié)能工作規(guī)范化、制度化。

（2）管理模式科學(xué)化

建立了網(wǎng)絡(luò)、線路、站（段）車3級節(jié)能指標(biāo)體系。圍繞節(jié)能目標(biāo)要求，根據(jù)各線路具體情況和特點，合理制定各條運營線路的節(jié)能指標(biāo)。利用能耗評估體系，對軌道交通能耗進(jìn)行科學(xué)合理的評估。

（3）管理方法信息化

根據(jù)《上海城市軌道交通用電負(fù)荷智能監(jiān)測表計建設(shè)指導(dǎo)意見》，集團(tuán)公司組織完成了各條運營線路加裝智能表計的工作。通過對軌道交通主變電所、牽引變電所、降壓變電所及其他必要用電回路裝設(shè)智能計量表計，建立了網(wǎng)絡(luò)級能耗管理平臺。依托能源利用綜合管理平臺，監(jiān)測和采集重點用能系統(tǒng)的能耗數(shù)據(jù)，有針對性的實施系統(tǒng)節(jié)能管理；同時加強在工程項目建設(shè)和運營階段的審查和監(jiān)管，制定和實施強制性、超前性能耗考核指標(biāo)，完善節(jié)能管理監(jiān)督機制。

2.2構(gòu)建城市軌道交通能耗指標(biāo)評估體系

城市軌道交通的運營耗能由牽引系統(tǒng)用電能耗(包括車輛、牽引供電系統(tǒng)等)和動力照明用電能耗(包括通風(fēng)空調(diào)、給排水、電扶梯、照明、弱電等)組成，其耗能量受線路條件、客流規(guī)模、車輛類型、機電設(shè)備、服務(wù)水平等諸多因素的影響。應(yīng)綜合考慮各種因素，通過構(gòu)建城市軌道交通能耗指標(biāo)評估體系對軌道交通的能耗水平進(jìn)行評估和預(yù)測。

按照3級能耗指標(biāo)劃分，建立了一套軌道交通能耗指標(biāo)的評價體系，并創(chuàng)新性提出了標(biāo)準(zhǔn)能耗車、標(biāo)準(zhǔn)能耗車站等概念。通過評估軟件實現(xiàn)牽引系統(tǒng)、動力照明系統(tǒng)能耗計算、新建線路軌道交通能耗的預(yù)測和模擬計算等功能。應(yīng)用能耗指標(biāo)評估體系，挖潛既有線路的節(jié)能潛力，提出新線建設(shè)的節(jié)能措施，合理安排電力資源，有序?qū)嵤┕?jié)能措施，減少運營能耗。

2.3構(gòu)建城市軌道交通能源管理平臺

城市軌道交通能源利用綜合管理平臺應(yīng)用計算機技術(shù)，實時獲取每線路、每車站、每機電系統(tǒng)主要設(shè)備的能耗信息，進(jìn)行能耗數(shù)據(jù)分析、指標(biāo)計算對比，掌握能耗特點和規(guī)律，制定有效的節(jié)能措施。

目前1～13、16號線，已建立了由站、線、網(wǎng)3級架構(gòu)組建的能耗監(jiān)測管理平臺，站級系統(tǒng)主要設(shè)置于各車站、車輛基地的變電所內(nèi)；線路級系統(tǒng)設(shè)置于各線路的控制中心；網(wǎng)絡(luò)級系統(tǒng)設(shè)置于軌道交通能源管理中心內(nèi),對全網(wǎng)絡(luò)能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲、計算等處理。能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)的基本架構(gòu)如圖3所示。

綜合管理平臺在功能上實現(xiàn)了自動采集、存儲各類能耗數(shù)據(jù),并具備歷史數(shù)據(jù)查詢功能。采集與存儲的數(shù)據(jù)類型包括:三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)、有功電量、無功電量等。同時支持預(yù)定義報表、自定義報表的功能,可根據(jù)用戶的需求自動生成網(wǎng)絡(luò)、線路、車站的年、月、日報表，并與相關(guān)單位共享各類能耗數(shù)據(jù)。

能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)的建立基本實現(xiàn)了上海城市軌道交通能源管理日常工作信息化，同時為能耗指標(biāo)的制定、節(jié)能技術(shù)應(yīng)用效果的驗證和節(jié)能考核工作的有序開展提供了數(shù)據(jù)支持。

圖3能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)的基本架構(gòu)

2.4合同能源管理新機制的應(yīng)用

為加快軌道交通節(jié)能降耗實施進(jìn)程，引入了“007”（技術(shù)上零風(fēng)險，財務(wù)上零成本；節(jié)能服務(wù)公司提供7項服務(wù)）的合同能源管理新機制，其示意圖如圖4。采用合同能源管理的模式實施集團(tuán)公司范圍內(nèi)的節(jié)能改造，利用節(jié)能服務(wù)公司的資金和技術(shù)優(yōu)勢，降低集團(tuán)公司的資金壓力和節(jié)能改造的技術(shù)風(fēng)險，提高運營服務(wù)及管理水平，從而實現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)。

圖4合理能源管理機制示意圖

依據(jù)《上海申通地鐵集團(tuán)有限公司節(jié)能改造實施合同能源管理機制基本要求（暫行）》及合同能源管理通用合同文本，規(guī)范和便于節(jié)能改造項目按照合同能源管理機制進(jìn)行實施，并要求各運營公司按照“合同能源管理”模式在軌道交通車站照明、空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能改造中進(jìn)行了應(yīng)用。

3軌道交通節(jié)能新技術(shù)應(yīng)用和技術(shù)改造

（1）加強節(jié)能新技術(shù)的專項研究

積極與高?；蚩蒲袡C構(gòu)合作，開展了涉及供電、車輛、環(huán)控等多個專業(yè)節(jié)能技術(shù)專項研究。主要有：《35kV干式非晶合金環(huán)氧澆注變壓器應(yīng)用可行性研究》、《列車節(jié)能運行圖編制及節(jié)能運行模式試點應(yīng)用研究》、《列車空調(diào)多聯(lián)智能變頻節(jié)能技術(shù)應(yīng)用研究》、《車站軌行區(qū)排風(fēng)（熱）風(fēng)管節(jié)能優(yōu)化及風(fēng)速均勻性研究》、《車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)智能化控制管理及節(jié)能模式實施方案研究》、《空調(diào)制冷機組內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)應(yīng)用研究》、《AOP高級氧化技術(shù)在車站循環(huán)冷卻水處理中的應(yīng)用研究》等。

（2）現(xiàn)有線路的節(jié)能技術(shù)改改造

在環(huán)控、照明、給排水等系統(tǒng)的在現(xiàn)有線路的節(jié)能改造，主要有如下2個方面。

1）按照合同能源管理模式進(jìn)行軌道交通1、2、3、4、5、6、8、9號線等部分車站、車輛基地照明系統(tǒng)采用節(jié)能燈、LED燈、智能照明控制系統(tǒng)應(yīng)用等節(jié)能改造，改造后經(jīng)測試，節(jié)能率達(dá)40%～60%。

2)車站空調(diào)水系統(tǒng)變流量智能控制節(jié)能技術(shù)改造。在1、2、4、6、9、10號線等30座車站進(jìn)行了節(jié)能技術(shù)改造工作。改造后經(jīng)測試，節(jié)能率達(dá)25%～30%。

（3）節(jié)能新技術(shù)試點應(yīng)用

在充分落實現(xiàn)有節(jié)能技術(shù)措施基礎(chǔ)上，按“推廣應(yīng)用、試點示范、研發(fā)試點”三個層次，開展節(jié)能“四新”技術(shù)的試點與應(yīng)用是以下幾個項目。：

1）車輛基地太陽能光伏新能源示范應(yīng)用。在川楊河、治北、金橋等3座車輛基地部分車庫屋頂實施10MW太陽能光伏并網(wǎng)發(fā)電工程。

2）列車節(jié)能運行圖編制及節(jié)能運行模式試點應(yīng)用。11號線全線列車在非高峰時段采用了列車節(jié)能運行圖模式運營，在運行圖兌現(xiàn)率基本保持在100%，準(zhǔn)點率達(dá)99.5%的情況下，列車牽引系統(tǒng)節(jié)能率達(dá)9%。

3）列車客室智能照明節(jié)能試點應(yīng)用。開展列車照明智能控制研究，結(jié)合自然采光條件通過智能控制技術(shù)實現(xiàn)車內(nèi)照度穩(wěn)定，已在軌道交通4號線車輛上進(jìn)行試點應(yīng)用。

4）車站水冷VRV系統(tǒng)節(jié)能試點應(yīng)用。2號線、9號線部分車站已安裝水冷VRV系統(tǒng)設(shè)備，并運行穩(wěn)定。經(jīng)測試，平均節(jié)能率超過50%。

4節(jié)能成效

“十一五”開始至2013年節(jié)能工作已彰顯成效。2013年網(wǎng)絡(luò)綜合能耗指標(biāo)為4894.16度/標(biāo)準(zhǔn)千車·km，與基準(zhǔn)年（2010年）相比，下降9.94%，完成了“十二五”市政府下達(dá)的5%的節(jié)能目標(biāo)。2013年全網(wǎng)絡(luò)客流總量250326萬人次、客運周轉(zhuǎn)總量2149911（萬人·km），與基準(zhǔn)年（2010年）相比，分別增長33.2%、33.3%，客流量單耗下降18.9%、客運周轉(zhuǎn)量單耗指標(biāo)下降19.0%，節(jié)能效果明顯，（見表1和表2）。

表1 2010-2013年度網(wǎng)絡(luò)綜合能耗指標(biāo)

表2 2010-2013年度網(wǎng)絡(luò)客流和客運周轉(zhuǎn)量能耗指標(biāo)

5總結(jié)

通過一系列的節(jié)能減排管理與技術(shù)措施的實施，取得了較為明顯的節(jié)能效果。城市軌道交通的節(jié)能減排是一項長期工作，也是一項系統(tǒng)工程，需要社會各界的大力支持與配合。今后集團(tuán)公司將進(jìn)一步加大節(jié)能方面的資金投入，完善集團(tuán)公司的節(jié)能管理體系，加快節(jié)能減排新技術(shù)和新產(chǎn)品的應(yīng)用，持續(xù)挖掘節(jié)能潛力，大力提高能源利用效率。在滿足運營服務(wù)質(zhì)量、確保運營安全的前提下，建設(shè)更加節(jié)能環(huán)保和安全高效的綠色地鐵，塑造“資源節(jié)約、環(huán)境友好”的城市軌道交通形象。

美科學(xué)家研制成功人工樹葉能將光子轉(zhuǎn)化為能源

最近，美國加州理工學(xué)院約根森實驗室研制成功一種人工樹葉，利用陽光促使氫和其他燃料的燃燒效率比生物燃料的燃燒效率更高。

據(jù)介紹，該人工樹葉的核心部分是2塊浸入水溶液的電極。每一塊電極由半導(dǎo)體材料制作而成，該材料能夠從太陽光譜中捕獲特殊的光能。

此外，電極外表還涂有催化劑，用來確保電極以一定的速度產(chǎn)生氫或氧。研究人員用薄膜將生成的各種氣體隔開，以降低爆炸的風(fēng)險。

研究人員表示，現(xiàn)有的吸光器因其核心部分由昂貴的單晶硅為材料制作，因此價格高，市場推廣有難度，現(xiàn)制造人工樹葉的材料價格低廉，便于市場推廣。

（美國ABC）

Energy Saving Techno logy App lication and Integrated Management of Rail Transportation in Shanghai

Zheng xin,Zhu da huan,Wnag xiao bao Tu xiao wei

it introduces shanghai rail transportation ene rgy consum p tion charac te ristics and its index system,which inc ludes build ing energy-saving m anagem ent system,energy consump tion eva luation index system and energy management p latform,etc.it also exp lains new energy-saving technolog ies of rail transportation and case studies.Finally it summ arizes achieved resu lts.

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