2022年城轨道交通系统能耗控制体系及方法研究报告成果汇编.docx

个人资料整理仅限学习使用城市轨道交通系统能耗掌握体系及方法讨论主要讨论单位： 上海轨道交通技术讨论中心同济高校主要讨论人员： 王晓保、朱大缓、杨超华、郑 欣、周 悦、梁贺程、谢维达、王效俐、史清晨、雷震宇、蒲 琪、钱存元、吴雄文、姚金斌、穆广友、黄海界、马晔、陈满达、刘锡良、万贤胜1、讨论背景现代社会，轨道交通系统在城市交通运输中发挥的作用越来越得到人们的 重视；虽然轨道交通在容量、速度、土地利用、污染排放和能耗等指标上较一 般交通工具有明显优势，但在提高能源利用率、降低污染、科学治理、优化运 行等方面仍有待进一步的提高； 2006 年 9 月国家发改委和科技部联合公布的《中国节能技术政策大纲 <征求看法稿）》明确指出，节能技术是指“提高能源开发利用效率和效益、削减对环境影响、遏制能源资源铺张的技术；应包括能 源资源优化开发利用技术，单项节能改造技术与节能技术的系统集成，以及节 约能源、提高用能效率的治理技术等；”，大纲要求“应考虑中长期节能技术 的研发”；在大纲的第 4 章“交通节能”中，提出了“建设我国节能型综合交通运输体系”的设想；当前，各种节能技术在我国城市轨道交通领域不断应用，但在实际工作中这些节能技术是单独评判和实施的，当一个轨道交通系统中应用的节能技术和设备进展到肯定程度的时候，这些技术和设备可能彼此影响，导致节能成效的下降或者整个系统某些功能的变化；因此，我们需要从整个轨道交通系统的层面对节能技术进行评判和治理，以使得整个轨道交通系统的节能成效达到较好的状态；在城市轨道交通系统的节能讨论方面，当前国内外只是对单项轨道交通节能技术进行了一些讨论和工程实践，如，设计中的节能技术 <节能坡、建筑节能等）、环控和机电设备 <空调、风机、电扶梯等）节能技术、节能照明设备、供电系统节能技术 <提高功率因数、使用高效率设备等）、牵引系统节能技术、节能运行治理技术 <列车节能运行模拟、设备节能治理方法）等；缺乏从整个系统层面对轨道交通节能理论和方法的讨论；这样不仅不能统筹整个轨道交通系统节能技术的实施，导致不同节能技术之间的不匹配，致使节能成效下降；同 时，鉴于城市轨道交通系统是一个巨大的复杂系统，因此假如仅仅从该系统的某一个层面、某一个子系统的角度去讨论其节能问题明显是不全面的；仍会忽视系统节能技术的讨论、发觉和运用；因此，要想全面科学地熟悉轨道交通系统的能耗和节能问题，就必需从系统的层面动身，有必要用系统分析和系统综合的方法，从整个轨道交通系统的角度动身，对轨道交通系统节能的理论依 据、评判方法、掌握方法和节能措施及相应的标准化体系进行理论分析和研 究，为轨道交通系统节能技术的讨论和进展供应方法论和系统理论的指导；本工程将从系统理论动身，对不同层次的设备、功能系统、治理手段和方法进行分析，找出影响轨道交通能源消耗的基本因素、构建相应的治理和掌握体系，为轨道交通系统的节能设计、节能技术应用和节能技术改造、节能治理规范的制定供应理论和方法指导；本工程讨论目标的实现，将在更高层面上为我国轨道交通系统节能技术的讨论供应方法论和理论依据，它将为轨道交通系统各种节能技术的综合应用提 供科学的指导，这对于提升我国城市轨道交通的科学治理水平、促进《中国节 能技术政策大纲 <征求看法稿）》提出的“节能型综合交通运输体系”的建设具有重要的指导意义；2、主要讨论内容1） 主要讨论内容（1） 轨道交通系统的能量利用与能耗分类在明白轨道交通系统结构和运行特点的基础上，对轨道交通系统用能结构、特点等进行分析，进而分析影响轨道交通能耗的主要因素；（2） 建立轨道交通系统能源利用与节能分析理论从组成轨道交通系统的各个子系统动身，对轨道交通系统的能耗情形进行讨论，分析各个子系统的能耗情形，提出其节能的途径，揭示轨道交通系统节能的机理；（3） 提出城市轨道交通能耗的系统掌握理论从城市轨道交通系统的能耗状态动身，构建轨道交通系统能耗多层状态空间模型，提出基于掌握能耗状态的轨道交通能耗掌握理论；（4） 提出城市轨道交通能耗掌握的措施和方法通过对轨道交通系统能耗－服务关系、能耗系统掌握原就和能耗系统掌握体系特性的分析，构建轨道交通能耗系统掌握体系总体结构，提出基于状态掌握的能耗掌握措施和方法，最终构建轨道交通节能标准体系；（5） 轨道交通系统能耗的评判方法与过程依据轨道交通系统的不同功能模块，构建基于能耗的轨道交通系统评判过程及方法；（6） 城市轨道交通系统能耗评估和经济性分析对轨道交通能耗系统评估方法、评估内容和指标、评估流程进行讨论；提出轨道交通系统节能经济性分析原就、节能经济成效运算方法；2） 工程的关键技术、技术难点和创新点本工程的关键技术、技术难点和创新点主要有如下的几个方面：（1） 轨道交通系统能耗理论体系的构建如何将轨道交通系统供应的服务和能耗相结合构建科学合理的理论体系是 本工程的一个关键技术；通过相关参数 ―― 有效能量输出系数、能耗裕度的定义和相关概念 ―― 目标服务、帮助服务、有服务能耗、无服务能耗的提出，为关键轨道交通系统能耗理论体系奠定了基础；（2） 轨道交通能耗掌握体系的建立通过对轨道交通系统能量流泾的分析和系统掌握理论的应用，提出了轨道交通系统能耗掌握体系的原就、总体结构及该系统的特性，进而提出了轨道交通系统节能的方法和途径；（3） 轨道交通系统能耗的评判和猜测技术提出了轨道交通系统能耗评判和猜测的模型，通过该模型可以对新建和既个人资料整理仅限学习使用有的轨道交通系统能耗进行评估和猜测；同时仍给出了相应的评估和猜测流程；上述关键技术、技术难点和创新点的讨论，解决了从系统角度注视和讨论轨道交通系统能耗的方法，对轨道交通系统能量掌握和评估供应了理论指导， 对轨道交通系统节能工作的具体实时、评判、掌握和相应的标准化体系的讨论供应了支撑，具有很强的指导意义；3、主要讨论成果、指标符合性，成果获奖与专利1） 主要讨论成果完成了工程任务书规定的讨论内容，在轨道交通系统能耗理论讨论、掌握体系和评估猜测等方面都取得了肯定的突破，达到了预期的目标；（1） 轨道交通系统的能源利用与能耗分类讨论① 轨道交通系统结构和运行特点的讨论从轨道交通系统层面动身，对轨道交通的各个组成部分，包括线路、车站、供电系统、通信信号、车辆等系统进行了分析，提出了轨道交通系统的运行特点；② 轨道交通系统的能量来源探讨结合轨道交通系统对能源的需求特点，对轨道交通系统的能量来源进行了分类，提出了外供能源和自供能源的概念；从能源转化模式的角度分析了轨道交通系统的用能特点；③ 全面分析影响轨道交通系统能耗的主要因素从系统设计、设备的能耗及用能特点、运行治理、服务质量等方面动身， 全面系统地梳理的影响轨道交通系统能耗的因素；首次提出了有效能量输出系数< ）和能耗裕度 < ）的概念，为从理论上分析轨道交通系统能耗供应了基础；（2） 对轨道交通系统能耗进行了系统分析结合能量在轨道交通系统中流经途径上的损耗，对电能在轨道交通各个子系统，包括供电系统、列车运行、车站动力系统、照明系统、通风空调系统、车辆基地、掌握中心的能耗进行了系统性分析；并结合有效能量输出系数和能耗裕度的概念对这些子系统的节能可行性进行了深化讨论；（3） 轨道交通系统能耗掌握途径讨论以轨道交通系统服务为动身点，结合系统掌握理论，对轨道交通系统的能耗掌握理论、掌握方法、实现途径和治理制度进行了讨论；① 轨道交通系统供应的服务和能耗类别分析提出了轨道交通系统的目标服务、帮助服务、有服务能耗、无服务能耗和能量流泾的概念，为轨道交通系统能耗掌握的理论分析供应了基础；② 有服务能耗和服务水平的关系的系统讨论对列车运行、照明系统、通风空调系统、电梯系统、弱电系统等的服务、能耗关系进行了系统讨论，结果说明，轨道交通系统能耗与系统的输入 ―― 乘客的数量、环境的因素等；③ 轨道交通系统能耗系统掌握原就的讨论在从事轨道交通节能工作、进行节能降耗工作方案设计和开展能耗掌握时，应遵循标准、有服务能耗比例最大化、系统能耗最小等原就，要实现轨道交通系统节能，必需从治理和技术等多个方面进行努力，实施综合治理；同时仍要时刻关注相关技术的进步，准时将先进的能耗掌握技术和节能设备用于轨道交通系统中；④ 轨道交通系统能耗裕度与节能途径讨论以轨道交通系统能耗裕度定义为基础，依据轨道交通系统的特点及有服务能耗、无服务能耗、系统能量流泾和能耗裕度的概念，提出了实现轨道交通系统节能的主要途经及方法；⑤ 轨道交通能耗掌握系统总体结构讨论轨道交通的能耗掌握系统是一个硬件与软件相结合的系统，该系统通过对轨道交通系统能耗的监控，提出相应的治理策略、措施和方案；轨道交通能耗掌握系统是一个典型的反馈掌握系统；其主要组成部分包括能耗掌握决策系 统、节能执行系统和能耗测量系统等，这些系统相互协作，在保证所供应的服务满意相关标准的前提下，实现肯定的节能指标；⑥ 轨道交通能耗掌握系统特性的系统讨论轨道交通能耗掌握系统与一般掌握系统一样应当具有能耗可观测性、能耗可掌握性和系统柔性；轨道交通系统能耗的可观测性是指系统应当具备对设备、子系统、系统等不同层面的能量消耗进行测量的功能；这需要相应的硬件系统、软件和治理等系统；能耗的可掌握性要求系统操作和治理人员可以对系统的能量消耗进行有效的掌握；依据轨道交通系统不同的工况条件，工作人员应当可以自主操作以转变系统能量的消耗；实现能耗的可掌握性需要有硬件和治理制度 <包括奖惩制度等）的支持；系统柔性是基于节能技术不断进步的要求提出的；技术的进步必定导致新的节能技术和设备的产生，假如轨道交通系统具有良好的柔性，就这些新技 术、新设备就能够比较简单的应用于实际的轨道交通系统；同时，具体的轨道交通系统都有其近期、中期和远期的工况条件，不同的工况条件必定对应着不同的能耗水平；⑦ 轨道交通系统节能标准体系的讨论轨道交通标准体系以轨道交通系统的能耗指标体系为核心，如图１所示；系统节能治理标准准 系标 统划 节设能规能节 计统 能耗指标体系系 标准设备节 准能 标行运设备节能设计标准 行运能标 节准 车列系统节能运行标准图１包括轨道交通系统节能规划标准、系统节能设计标准和设备节能设计标准；在系统运行层面仍要有轨道交通系统节能运行标准和节能治理标准；系统节能运行标准仍包括列车节能运行标准和设备节能运行标准等；（4） 轨道交通系统能耗的评判和猜测的讨论以能耗模块为基础，提出了一整套轨道交通系统能耗的评判和猜测方法和流程，实现了对设计系统、现有系统的能耗和经济评判；① 以能耗模块为基础的能耗评判总体思路的讨论能耗模块是一个有能量输入和输出，消耗肯定能量并供应肯定服务的设备和系统；每一个能耗模块同时也具有其特殊的服务功能，对这个能耗模块，人们可以讨论其有服务能耗、无服务能耗、目标服务能耗、帮助服务能耗以及能耗裕度等；对轨道交通系统能耗的评判必需从系统或设备的能耗特性入手，通过对不同层面能耗模块能耗特性的分析，找出系统能耗的现状和优缺点，最终给出对系统能耗的总体评判；② 轨道交通系统能耗评判方法的讨论在完善轨道交通能耗评判指标体系的基础上，依据能耗模块和能耗评判总体思路，提出了轨道交通系统能耗评判方法；该方法主要包括如下的几个步 骤：构建能耗模型、选定合适参数和能耗评判指标、定量分析和猜。