瞭望东方周刊刘砚青2015-08-06

  2015年入伏之后,北京进入连日高温热烤模式,受此影响,全市用于空调降温的电网负荷增长明显。

  作为城市交通大动脉,目前已开启“全空调时代”的地铁,运行用电量也到了一年中的峰值期。这将是一笔不小的支出,同时也给用能单位增加了节能减排的压力。

  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。

  “参照北方某市的监测数据,在地铁全部运营成本中,电力费约占到41%。”北京城建设计发展集团股份有限公司(以下简称北京城建设计发展集团)第五设计所总工程师孟鑫向《瞭望东方周刊》介绍。

  同方泰德国际科技(北京)有限公司(以下简称同方泰德)技术负责人常晟则告诉《瞭望东方周刊》,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。

  以北京城建设计发展集团和同方泰德为代表的节能公司,多年来已形成多种节能技术方案,可以提高轨道交通用能效率、减少能源消耗、减轻运营成本,目前在北京已有多条地铁线路、站点节能改造的成功案例。

  然而,受困于相关政策、标准的缺失和市场机制、商业模式的不完善等原因,多数几经论证可行的技术方案却找不到用武之地,只能停留在图纸上或被埋没于实验室内。


  最绿色的能耗大户

  城市轨道交通以运量大、速度快、安全、准点、节约能源和用地等特点,被认为是最绿色的交通方式。

  孟鑫给本刊记者提供的一份报告显示,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。

  轨道交通主要包含地铁、轻轨、单轨、有轨电车等7大制式系统,其中地铁建设、运营成本最高,但优势也最大,国内有条件的大城市和省会城市一直把地铁交通作为基础设施建设的优先领域,所以在轨道交通系统中占比最高。

  中国城市轨道交通协会的统计数据显示,截至2014年末,全国22个城市共开通运营的轨道交通总里程数达3173公里,其中分布在20个城市的地铁运营线路长度为2361公里,占74.4%。

  由于运量大,轨道交通尽管最绿色,耗能量也巨大。

  以深圳为例,深圳地铁1号线、2号线和5号线的年能耗量达4.47亿度电,占全市所有用电量的6.3‰。“也就是说负责运营的深圳地铁毫无疑问是全市的耗能大户。”常晟告诉本刊记者。

  北京市地铁运营有限公司(以下简称北京地铁公司)设备部副部长王胜利也向《瞭望东方周刊》介绍,“2014年北京地铁公司的综合能耗超过16万tce(吨标准煤),其中电力消耗11亿度。”

  从全国情况来看,中国城市轨道交通协会发布的《城市轨道交通2014年度统计分析报告》称,2014年全年,城市运营轨道交通线路总能耗94亿度电。按每度1元钱的电价计算,电费达90多亿元。

  对照这份报告中的另一组数据,“城轨交通行业平均每车公里亏损12.7元左右”,不难得出这样一个结论:如果能够通过技术创新夺回10%的能量,就是一笔很大的财富。

  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。

  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。“如果按照现行的能耗数据测算,就意味着到2020年轨道交通能耗还将翻两番。”常晟估算。

  节能两大抓手  

  无论从绿色低碳的发展要求,还是地铁运营公司本身减轻运营成本的角度来考量,地铁节能利国利民毋庸置疑。怎么做,则要根据地铁能耗特点找抓手。

  轨道交通系统总能耗主要包括电、燃气、燃油、水等能源,其中主要为电力消耗,而电耗的构成以列车牵引用电和通风空调用电占比最大。在北方城市,牵引与通风空调用电占轨道交通总能耗的比重分别为50%和35%左右,在高温期更长的南方城市,通风空调用电会更多。其他如电扶梯、照明等用能共占比不超过20%。

  列车牵引和通风空调用能最大,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。

  “就节能改造而言,通风空调、照明具有施工方便、技术成熟、节能量大且易于评估等优势,所以北京地铁公司将其列为‘十二五’节能改造的重点。”王胜利对本刊记者介绍。

  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。   

  因为系统简化、效率大幅提高,“北京西站站空调节电率超过30%,这个效果好得让人怀疑,但实实在在是这个数。”中国工程院院士、清华大学建筑学院教授江亿告诉《瞭望东方周刊》。而在六里桥东站,制冷能耗更是节省了40%以上。

  同方泰德2013年参与北京地铁8号线森林公园南门站的通风空调节能改造,经过2014年一个完整的通风空调季之后的能耗对比数据显示:6~8月空调季共节电54万度,节能率为65%;10月份通风季节电5万度,节能率达到67%。

  常晟对本刊记者介绍,“随着节能策略的进一步优化,今年的节能量有望达到80万度电。”

  同方泰德之前预估的节能率是30%,但结果做出来达到60%以上,由于节能效果远超预期,北京地铁公司专门召开了专家论证会进行评估,这个站打破常规、富于创新的节能策略得到了专家们的高度肯定。

  而即便是按照30%的节能率测算,通风空调的节能潜力也非常可观。常晟给本刊记者算了这样一笔账:2014年全国地铁通风空调总电耗约60亿度,年总节电潜力为18亿度。2020年通风空调总电耗预估为260亿度,节能潜力是78亿度电。这将是一笔巨大的资金和能源节约。

  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。”孟鑫对本刊记者介绍。

  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%。”孟鑫说。

  京港地铁公司向《瞭望东方周刊》介绍,其所辖4号线及大兴线,“目前投入使用的所有列车均具有再生电利用相关功能,可以将电客车制动势能转化为电能并反馈至三轨供其他电客车使用,从整体上降低了电能的消耗。在有再生电利用的情况下,2012年至2014年节能率平均值达到30%以上。”


  技术方案难落地

  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,这些技术大多数并没有应用于实践。“比如我们的新型站台门技术,从2006年研发成功至今的10年间,只有2013年在上海地铁11号线云锦路站一个站点用上了。”北京城建党委工作部副部长杜娟告诉《瞭望东方周刊》。

  技术难转化,最直接的障碍在于地铁运营方对节能改造热情不高。“很多时候地铁公司对我们的技术和方案都很认可,但是谁都不想第一个吃螃蟹。”杜娟说。

瞭望东方周刊 总第 771 期