城市轨道交通的能耗与低碳节能技术的应用

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【摘要】：城市轨道交通虽然是城市公共交通中较为绿色环保的交通方式，但其能耗与碳排放量仍十分巨大，在城市轨道交通中仍需采用低碳节能技术来降低能耗、减少碳排放。通过分析城市轨道交通的耗能状况，结合国内外低碳节能技术的使用情况，提出了城市轨道交通相应的低碳节能技术。

【关键词】：城市轨道交通；能耗；低碳节能技术

1 城市轨道交通耗能分析

1.1 城市轨道交通耗能状况

城市轨道交通的运营主要靠消耗电能，其电能的消耗量是相当巨大的。中国城市轨道交通协会的统计数据表明，截至2014年底，全国22个城市开通建设轨道交通骨干线路101条，运营里程长度达到3155公里。其中，北京地铁的里程数达到527公里，2015年预计增至626公里。以北京轨道交通为例。2012年能耗为13.16万吨标煤，耗电为8.53亿度；到了2013年能耗为16.45万吨标煤，耗电量达到11.24亿度。《中国城市轨道交通年度报告2013》的数据表明，中国54个城市规划了总数超过450条的城市轨道交通线路，总里程超过15000公里。在运营里程数相同的情况下，各地的能耗量与北京处于同一水平。全国轨道交通的里程数越长，能耗量越大，而且能耗量将会是一个惊人的数字。 如果能够通过低碳节能技术的应用将城市轨道交通的能耗降低，这将产生巨大的财富，为地铁运营部门节省大量的能源开销。

1.2 城市轨道交通系统各部分耗能

城市轨道交通系统主要包含车站、运营车辆、车辆段设备和维护车辆等几大部分。通过对上海、 广州等中型城市地铁最新的能耗统计，城市轨道交通系统几大部分的耗能情况[1]如下表1.2所示：

表1.2 城市轨道交通系统几大部分的耗能情况

2降低城市轨道交通能耗的技术应用

2.1 低碳节能设备的应用

2.1.1 地铁站的照明应用环保型LED灯

LED光源具有光效高（110lm/w）和寿命长（3万～5万h）等显著特点，而传统光源中最节能的荧光灯也仅有80lm/w的光效和约5000h的寿命，这种新型光源在城市轨道交通车辆上正逐步开始大批量运用。如深圳地铁5号150节车辆项目中，总共采用4800个20w的LED照明模块替代了36 w的荧光灯管，节能可达40%以上，年节电约超过40万kw・h[2]。近年来的实践证明，采用LED照明的主要效益反映在：地下空间照明效果优良，照度和光均匀度均可达到使用要求；照明灯具可保证3万小时的使用寿命；照明节电（与传统灯具比较）在30%以上；人员对视觉感受和舒适性的反映均满意，各地城市轨道交通均可采用。

2.1.2 屏蔽门系统

屏蔽门控制具有减少噪音、避免冷气流失；能保证乘客的安全，防止卧轨事件的发生；降低车站空调通风系统的运行能耗等优点。据相关数据显示，运营远期时，屏蔽门系统在空调季节的用电量比传统集成式闭式系统节约25%。而在通风季节时用电量将比集成式闭式系统节约12.6%[3]。可见屏蔽门系统既提高了安全性，又具明显的节能优势，适合各地城市轨道交通推广使用。

2.1.3 自动售检票（AFC）系统

票房售票机BOM、车站计算机系统SC以及线路中央计算机LCC，E/S编码分拣系统、清分中心CCHS的计算机系统操作界面考虑采用节电模式，在没有操作时暗屏运行。自动售票机TVM在不影响乘客使用的情况下也可考虑采用本方式。可节电30%。

车站设备SLE应采用高效节能型产品。闸机AGM及导向设备、自动售票机TVM的LED显示设备采用发光效率高及高效节能型LED，可节电40%。闸机AGM转杆操作机构采用节能型的液压操作机构，在静态或挂杆时为节电模式，应考虑降低功率消耗或不耗能，可节电60%。读卡器设备采用低辐射节能型设备，以降低辐射功耗，可节电20%。

2.1.4 变频自动扶梯

采用变频自动扶梯，在空载的情况下行，减小其速度可降到额定速度的1/3左右，可使扶梯处于待客状态，低速运行，这样就使得自动扶梯的机械能耗降低。采取此项措施可能降低能耗10%-30%左右。

2.2 新能源的应用

新能源以其低碳的特点，一直是国内外研究的热点。城市轨道交通也应结合所处的环境条件，采用新能源，来降低能耗达到低碳节能的目的。

2.2.1 开发太阳能光伏发电

在我国青藏高原、西北地区、华北地区、东北地区以及云南、广东、海南的部分低纬度地区，光照充足，太阳辐射总量达到在5000MJ/m2，可充分利用太阳能进行光伏发电[4]。光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。

在地铁车站附近的广大绿地内各类地下建筑物的上方及其出人口外侧或透光玻璃（天棚的上方，以及地铁车站内设置有“天窗”的地段），铺放太阳能电池板，可建立地铁车站和相邻区间专用的小型光伏电网为试点，在取得成效的前提下，日后更争取并入城市大电网， 使太阳能光伏发电系统能运用于整个地下空间。其装机容量可部分甚至全部满足地下空间内部照明、甚或部分设备的供电量需要。

2.2.2 地热能

地源热泵是利用大地作为热源，由于在一定深度下的地层常年保持恒定的温度，远高于冬季的室外温度，又低于夏季的室外温度。因此，地源热泵可以克服以室外空气为热源的空气源热泵在夏季高温和冬季寒冷天气时热泵的效率大大降低的主要技术缺点，又有可省去室外机或冷却塔等优点。

实例有维也纳地铁2号线延伸段的四个地铁车站（U2/1Schottenring站，U2/ 2Taborstrasse站，U2/3Praterster站和U2/4Messe站）的深基础结构如桩、地下连续墙、基础底板以及隧道结构都被当作热交换元件。通过地下结构获得的地热能主要用于地铁车站管理用房、地下商场的供暖和制冷。四个能源车站设计总制热量为449kw，设计总制冷量为231 kw [6]。

3总结

采用相应的低碳节能设备及新能源的应用可以明显降低城市轨道交通的能耗。城市轨道交通的低碳节能措施是需要不断发展前进的，本文所提到的两个方面的低碳节能措施也并不是全部。城市轨道交通低碳节能的发展仍需要国内外专家学者的关注与研究。

参考文献

[1] 杨颖.城市轨道交通低碳技术应用研究[J].机车点传动，2010，（6）：1-15

[2] 吴寿良.LED照明灯在现代建筑中的应用[J].智能建筑电气技术，2014，8（5）：23-25

[3] 苏航.地铁屏蔽门系统与集成闭式系统运营耗能比较[J].制冷与空调，2008，（8）：190-192

[4] 吴兴国.绿色建筑和绿色施工技术[M].北京：中国环境出版社，2013

[5] 蒋启龙.飞轮储能在地铁系统中的应用[J].变流技术与电力牵引，2007，（4）：13-17

[6] 朱合华，冯守中，闰治国.面向低碳经济的隧道及地下工程技术论文集[M].北京：人民交通出版社，2010