地铁牵引人均能耗（轨交行业为什么能耗居高不下）

地铁牵引人均能耗（轨交行业为什么能耗居高不下）地铁节能潜力巨大入《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。 据了解，到 2020 年， 全国 79 个城市规划的轨道交通总里程将达到 13385 公里， 其中纯地下铁约 7000 多公里。 届时， 我国将成为地铁运行里程数世界第一的国家。在轨道交通运营里程增长、 规模不断扩大的背后， 其运营能耗过大的问题也随之浮出水面。 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。中铁二院工程集团有限责任公司机电处总工程师 / 教授级高工 刘伊江建设高速发展带来能耗难题在 2000年以前，这一切都不成问题。尤其当时全国仅有北京、 天津、 上海、广州等几个城市的 6 条地铁线路开通运行时， 地铁能耗情况既不突出， 也不在建设、 运营重点关注的范围之内

导读

随着地铁扩建不断加速，地铁节能压力也不断增强。虽然目前国内已经有不少节能技术和成果，但推行起来非常困难。背后的诱因，一方面是标准缺失，一方面是制度不合理。

地铁， 最绿色的交通

轨道交通具有运量大、 速度快、 安全、 准点、 节约能源和用地等特点， 通常被认为是各种交通方式中综合能耗最低、 最绿色的。 根据北京城建提供给本刊记者的一份报告显示， 同等运力条件下轨道交通的能耗仅相当于小汽车的九分之一、 公交车的二分之一。 因此， 把优先发展以轨道交通为骨干的公共交通系统作为解决城市交通问题的根本出路，是世界各国的普遍共识。另外， 轨道交通还是解决城市交通拥堵问题的民生工程， 可以解决人民群众的出行问题， 是支撑城市正常运行的“ 大动脉”。 此外， 它还可以拉动 GDP增长。 这么一个“ 宝贝疙瘩”， 自然成为各个政府心目中的头号工程， 享受一路开绿灯的各项政策。 就像一个所有家长都喜欢的孩子， 大家对它的要求有时候就不太严格。“

中铁二院工程集团有限责任公司机电处总工程师 / 教授级高工 刘伊江

建设高速发展带来能耗难题

在 2000年以前，这一切都不成问题。尤其当时全国仅有北京、 天津、 上海、广州等几个城市的 6 条地铁线路开通运行时， 地铁能耗情况既不突出， 也不在建设、 运营重点关注的范围之内。然而， 随着这几年轨道交通建设的快速发展， 由于运量大， 轨道交通尽管最绿色， 耗能量也变得巨大起来。

《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。 据了解，到 2020 年， 全国 79 个城市规划的轨道交通总里程将达到 13385 公里， 其中纯地下铁约 7000 多公里。 届时， 我国将成为地铁运行里程数世界第一的国家。在轨道交通运营里程增长、 规模不断扩大的背后， 其运营能耗过大的问题也随之浮出水面。 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。

地铁节能潜力巨大入

以北京为例， 据测算， 北京市轨道交通 2015 年的用电量将达到 14 亿度，约相当于 73 万户三口之家一年的用电量。 而这还只是一个缩影。从全国情况来看， 初步测算一下，目前地铁实际用电量大致是 150 亿度电，约占全国总用电量的 3‰。“ 一个不是特别大的行业占了全国总用电量的 3‰就是一件挺大的事。 所以， 地铁的节能对于国家的节能减排， 特别是节电， 具有很重大的意义。” 中国工程院院士、清华大学建筑学院教授江亿在一次发言中曾这样表示。而在本刊记者的采访中，他再次强调了降低地铁能耗的重要性。

高耗能带来的高运行成本， 随着全国地铁线网的快速扩展，还在同步攀升。这不仅给能源供给带来沉重的负担， 也给地铁运营单位带来巨大的成本压力。因此， 如何选择更好的技术， 降低能耗、降低成本， 成为地铁运营部门亟待解决的迫切问题。

按照当前地铁的巨大能耗， 如果能够通过技术创新夺回哪怕是 10% 的能量， 也将产生巨大的财富， 为地铁运营部门节省大量的能源开销。 何况， 如果采取节能改造措施， 单从经济效益上来看， 削减的运营成本将不止是电力费，还有占比达 25% 的维修费用。 因为实现节能的前提一定是设备运行状态良好。

总之， 地铁节能的潜力非常巨大。环控、 供电能耗最大上文中提到了地铁的高耗电量。 那么， 用电量都去哪了呢？ 根据北京城建设计发展集团党委书记、 北京市轨道交通暖通空调专家李国庆在《 城市轨道交通通风空调系统的现状及发展趋势》 文章中的数据， 北方地区， 环控、 牵引能耗分别占约 1/3 和 1/2； 南方地区： 环控系统能耗占地铁总能耗 50% 左右。“ 以环控为例， 从南往北走， 深圳、 广州的环控能耗大概占到 40-50%， 南京、 上海的环控能耗大概占 40-45%， 北京地区的环控能耗大概占 35% 左右， 哈尔滨、沈阳等地的环控能耗大概占 30% 左右。”李国庆在接受本刊记者采访时给出了这样一组详细数据。 显然， 列车牵引供电系统和通风空调系统用能最大， 也意味着节能潜力最大， 针对这两项节能优化技术的应用前景也最广阔。李国庆还表示，“ 综合考虑， 牵引能耗和环控能耗两者之间还有连带关系。” 比如乘客多了， 牵引系统能耗就多了， 通风空调系统能耗也多了。 因此在考虑能耗治理的时候， 也是要从整个系统综合考虑， 摸清连带关系， 以得到最合理的投入产出比。

北京城建设计发展集团党委书记、北京市轨道交通暖通空调专家 李国庆

针对性节能技术有成效

针对上述两个最大的节能潜力项目，业内人士确实也研发了很多创新的节能技术， 并取得明显的成效。 比如， 2011年底正式载客试运营的北京地铁 9 号线上， 负责节能设计的北京城建设计发展集团在北京西站站、 六里桥东站采用了直接蒸发式的空调系统， 将制冷剂输送到空调末端对空气降温除湿， 省去了空调冷冻水循环系统， 从而大大节约了冷冻水长距离输送的能耗。 北京西站站空调节电率超过 30%， 受到了江亿的盛赞。而在六里桥东站， 制冷能耗更是节省了40% 以上。

北京城建设计发展集团针对地铁通风、 空调多功能设备集成系统的发明专利， 已经在北京地铁、 南京地铁、 青岛地铁等约 12 条线路、 231 座地下站点实施了节能改造和优化， 经统计， 节约土建和设备初投资合计 13.2 亿元， 平均每年节约的运行费用为 7920 万元。

对于电耗相对固定的列车牵引， 北京城建集团“ 列车制动电能吸收装置回收车辆制动能量” 的创新技术， 将地铁进站时产生的巨大制动能量贮存起来，等列车开出站时作为牵引动力或转化为列车照明、 排风用电， 这项技术的节能效果也可以达到 17~25%。

节能工作仍有短板

当然，“ 目前国内的节能技术一般有三个来源： 借鉴国外技术后改良的技术； 地面建筑的技术在轨道交通行业上的应用； 自创技术。” 谈到国内节能技术的发展， 李国庆这样介绍道。 随着地铁建设规模的扩大和节能需求的不断增强，前两类技术的短板越来越凸显。显然，重复原有技术已经不够， 必须按照需求创造新的技术。

当然， 节能工作不仅仅包括节能技术， 还包括节能管理。 刘伊江对此表示，“ 节能管理实际上一部分是设计院的工作， 一部分是运营公司自己的工作。”除了工程上的硬件之外， 对软件的东西控制得好不好， 对能耗影响非常大。“ 设计院在策划上做得不合理的地方， 运营公司要自己调整， 从而实现节能”。

整体综合节能是方向

另外， 关于国内节能公司的发展现状， 李国庆认为， 目前还没有哪家公司能就地铁规律研究得比较深入， 对此他也进行了梳理：“ 有些节能公司是设计院转行的， 但他们取得的成效一般不大；有些是设备厂商转行做节能， 但他们一般局限于自己的产品技术， 对轨道交通领域应用的理解透彻性有局限， 很难从整体上考虑问题。 也有一些是业主主动提出节能要求， 出一些课题让业内人士来做”， 总的来说， 缺乏一个主动从地铁整体综合角度考虑问题的节能机构。

为此， 2015 年 1 月， 由北京城建设计发展集团主导， 联合中国节能工程技术研究院、 北京千驷驭电气有限公司联合成立了“ 北京市轨道交通节能工程研究中心”， 并由清华大学建筑节能中心、 天津大学、 北京交通大学、 北京地铁建设管理有限公司、 北京地铁运营公司等单位的轨道交通领域团队作为中心的技术支持。 其目的就是为了整合各个环节，使节能效果达到最优。

目前， 北京市轨道交通节能工程研究中心已经研发出“ 超级电容”， 能将地铁进站时产生的巨大制动能量贮存起来， 等列车开出站时作为牵引动力或转化为列车照明、 排风用电。 此外， 还研究出城市轨道交通地下车站无冷却塔冷水式通风空调系统。 这在地铁通风空调史上具有里程碑意义， 已经应用于北京地铁十四号线阜通站。

节能技术推广遇尴尬尽管节能新技术层出不穷， 效果也备受业内人士肯定， 但令人尴尬的是，新技术在推广应用的过程中， 遭遇了尴尬。比如北京城建设计发展集团针对地铁节能的技术创新， 如“ 混合式牵引供电装置及控制方法”、“ 大功率模块化直流供电装置及控制方法”、“ 可开闭的新型屏蔽门的通风空调系统” 等多种技术都获得了国家发明专利证书。然而，这些技术目前大多数并没有应用于实践。比如， 新型站台门技术在 2006 年就已经研发出来了， 但是迟迟没有应用到实际项目之中， 直到 2013 年技术才得以落地， 应用到上海龙华线云锦路站。刘伊江也表示， 他遇到的很多节能服务公司， 也是很难将技术推进到轨道交通领域。

技术推广不畅背后

对于新技术转化周期过长、 推广不畅的现实， 刘伊江认为，“ 这一方面也是因为很多业主首先考虑安全因素， 其次才会考虑节能”。 这些业主不求有功，但求无过， 但凡有一点点变化的东西，他们都会首先问“ 哪条线路用过？” 未经过工程实践检验过的东西， 他们不敢用。 这种心理比较普遍， 尤其是在线路比较少的城市或新加入轨道交通俱乐部的公司、 新建设城市更明显。“ 见多识广的运营公司或主管部门， 就比较清楚哪些是涉及到安全不能动的， 哪些是可以做的。 有些节能工作就敢操作。”事实上， 即使见多识广的运营公司或主管部门， 其态度也是比较谨慎的。广州地铁集团有限公司在节能方面的成就有目共睹， 其运营事业总部副总工程师龙静在接受本刊记者采访时就表示，“ 我们对节能技术和与之相匹配的产品其实非常感兴趣， 但地铁运营安全、 可靠是先导， 尤其安全必须摆在第一位，因此节能产品基于轨道交通运营环境的品质和可靠稳定性是非常重要的。”

“ 相对来说地铁比较保守”， 江亿对此颇有感触， 他提到自己亲身经历的一个案例， 以地铁空调制冷系统的节能改造为例， 北京地铁 1 号线经过十多年的研究设计， 在 1969 年开通的时候并没有空调设施， 包括 1984 年建成通车的地铁 2 号线也没有。 上海 1 号线开始建设的时候第一次说要装空调， 当时因为没有经验， 所以就一锤定音参照了地面楼房建筑的做法， 采用空调冷冻水循环系统， 结果打那以后就变成了固定模式。“ 实际上没过几年， 到上世纪 90 年代末期的时候我们就看出来这模式不太对， 因为地铁跟地面大楼里的情况一样， 所以提议采用另外的模式。” 直到2007 年地铁 9 号线正式开工建设， 在北京市科学技术委员会的支持下， 北京西站站作为试点， 直接蒸发式的空调系统才得以落地。 彼时， 全国地铁建设速度迅猛，江亿建议这项技术也快速推进，“ 喊了很多年， 也做了那一个站， 但就是推不开。” 江亿颇为无奈地说，“ 这涉及到标准规范等一大堆东西， 推行起来太缓慢。”

标准缺失是真正诱因

的确， 相比业主谨慎的态度， 没有建立一整套节能标准体系， 才是阻碍节能技术应用推广的真正深层诱因。

目前地铁节能方面的标准还是一片空白。 对轨道交通来说， 年运行耗能量多少算正常、 不同的地铁站耗电量用什么标尺来对比、 节能率或者节能量达到多少才符合要求？ 这些问题目前在全世界范围内都还没有答案。

中国轨道交通的建设、 运行仅有其他行业标准可参考， 比如《 绿色建筑评价 标 准 》（ GB/T50378-2014）、《城市 照 明 节 能 评 价 标 准》（ JGJ/T 307-2013）、《 道路运输行业节能评价方法》（JT/T 856-2013 ） 等。 但因为引入技术适应性差， 实际节能效果无法达到预期， 也使得不同地域、 城市之间， 同一指标的数值差别巨大。

任何节能工作， 做到什么程度符合标准要求？ 南北方气候不同， 建设、 运营适应性不同， 考虑问题的重点不同，采取策略不同， 都是有差异的。 在这些差异的基础上， 如何取得一个相对客观的评价体系？“ 这些都存在研究的空间。”李国庆对此充满期待。标准是很多节能工作开展的基础，“ 首先确认标准指标， 才能客观评价用电量多少， 这时候才能引入合同能源管理机制。 否则这些工作都无从谈起。”江亿强调了标准的重要性。作为节能公司的代表， 李国庆在接受记者采访时也表示， 当前考虑最多的问题也是怎样建立一个节能标准体系，比如节能评价标准、 能源管理体系等，以利于节能技术的推广。

标准缺失之乱象

标准的缺失造成很多行业乱象。 比如目前已实施节能改造的地铁线路、 站点， 目标和效果基本是以改造前的自身能耗数据为参照。刘伊江对此颇有异议，“ 很多新线建成的时候， 第一年会加足马力用电， 这样以后每年完成节能任务就会很轻松。 但这是不合适的做法， 在浪费国家的电能。”

而缺乏独立的第三方能源审计或评估机构， 也导致业主方与节能公司在诚信问题上扯皮的事情时有发生。 因为轨道交通的能耗考评标准缺失， 需不需要节能， 节能量多少， 都缺少评判依据。能耗有标尺来衡量， 不达标者按要求做节能改造； 改造有系统性的技术方案； 节能效果有权威的评价体系； 业主方与节能公司有共同遵循的商业规范。

这样的良性循环适用于地铁建设、 运行的全生命周期， 是所有人共同的期待。

当然， 这也是江亿的期待，“ 希望未来我们评判节能效果可以直接看节省了多少用电量， 而不是看它采用了什么技术或做了哪些工作，这才是最客观的评价。”

标准建立， 艰难前行既然已经意识到了标准缺失的危害，那么很多专家都开始努力打造一套地铁节能标准体系。

首先， 到底如何判断节省了多少用电量？车站系统的用电量到底跟哪些因素相关？ 这也正是专家们致力于研究的实际问题。 江亿表示，“ 关于这点， 目前各方的说法都不太一致， 但可以肯定的是， 商业设施比较多的站点， 或者作为换乘站的站点， 用电量一般比较大。”刘伊江的看法与江亿的看法有相通之处，他认为除了在城市中心商业氛围特别强、连带大片物业开发的站点之外，“ 各站之间平均下来用电能耗没有太大差异。轨道交通车站本身的耗电量与客流、 面积的相关性都不大。”

其次， 江亿目前已经在准备联合各个轨道交通公司研究部门整理一套地铁定能指标体系， 以更准确地刻画运能水平， 为大家提供判断的参照值。 据刘伊江介绍， 中铁二院七八年前就开始进行《 城市轨道交通用电综合评定指标》 的编制工作， 在编制的评定指标中， 按 A、B、 C、 D、 E 将各种耗电情况进行了分级。目前该评定指标已经交给标准司审核，尚未有下文。“ 但是各个城市主管部门、各个运营部门怎么来运用这个指标， 还缺乏相应的约束手段”。

标准之外体制之失

节能标准的编制工作正在各方积极酝酿着， 那么如果我们有了节能标准，是否就万事大吉了呢？ 非也。 标准只是节能工作的基础， 在标准之外， 体制的缺陷， 还导致很多节能举措施展不开。对此， 刘伊江在采访中进行了相对系统的论述。

首先各种融资方式对建设过程也会有影响。投资方只承担建设过程， 因此只关注成本最低， 但对设备能效并不关心。 尤其是 BT 的合作方式。 PPP 的合作方式是长期合作， 还要好一些。“ 可能需要更上一层的角度来加大对轨道交通的管理。 否则缺乏约束力， 还是无人理会评定指标。” 对于这一点， 刘伊江认为， 轨道交通行业可以参考环评的做法， 规定环评下来达标与否， 达到哪一级标准， 并进行相应的奖惩措施。

其次， 在轨道交通节能领域， 存在责权利分不清的情况。 比如， 空调是轨道交通里的用电大户， 但轨道交通里的空调在技术层面上讲相对简单， 几招节能的方法效果立竿见影， 运营公司自己就可以搞定。 但体制内部对员工顶多是口头奖励或发一张奖状， 而如果交给外面的节能公司来做， 节约的电费就要分给节能公司一半。“ 这非常影响相关技术人员的节能积极性”。

最后， 节能的最大潜力还在于人，在于设计方案。 刘伊江在很多次活动上都说过一句话“ 只要给我一张白纸， 空调这块能耗减半， 投资减半。” 在他看来， 设计院完全可以参考节能公司的节能办法， 提出限制能耗的设计模式。 但事实往往是设计院设计出一套能耗非常高的设计方案交给运营公司， 之后再由节能公司降低虚高部分的能耗。 背后的原因是设计院的设计费往往跟投资挂钩，再加上设计院工作繁重， 圈子封闭， 因此设计院在节能方面的积极性不高。“ 应该加强轨道交通暖通圈跟民建圈的交流，将民建中的一些技术引入到轨道交通来，仅借鉴民建中成熟的技术， 就可以降低不少能耗。”

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