摘要：随着我国城市化的快速发展和城市人口密度的不断扩大，轨道交通系统将成为我国各大中型城市公共交通的重要组成部分。本文论述了城市轨道交通能耗及其节能措施。
关键词：城市轨道交通；能耗；节能；层次分析法
城市轨道交通是我国公共交通体系的重要组成部分。作为一种安全、舒适、准时、快捷的交通方式，近年来城市轨道交通得到了快速的发展。然而，由于城市轨道交通总运量大，能耗是一个亟待解决的问题。因此，研究城市轨道交通的节能具有重要的现实意义。
一、轨道交通概述
轨道交通是指运营车辆需要在特定轨道上行驶的一类交通工具或运输系统。最典型的轨道交通是由传统火车和标准铁路所组成的铁路系统。随着火车和铁路技术的多元化发展，轨道交通呈现出越来越多的类型，不仅遍布于长距离的陆地运输，也广泛运用于中短距离的城市公共交通中。
二、轨道交通能耗分析
城市轨道交通系统组成复杂，是涉及土建、车辆、通信、信号、供电、环控及自动控制等专业的综合性系统工程，其消耗能源主要为电、水两类。
轨道交通的电能耗可分为牵引能耗及动力照明设备能耗。牵引能耗即运营车辆所消耗的电能，包括正线旅客列车运营消耗的电能、车辆段旅客列车出入库消耗的电能，以及列车试车和试验所消耗的电能，根据估算轨道交通牵引耗电量将在0.05～0.08千瓦时/吨公里之间，占总能耗的42％左右。动力照明设备所消耗的电能包括为保证满足旅客列车安全可靠运营要求的设备系统，为旅客提供良好乘车环境的设备系统和保证车站正常运转的设备系统、车站的商业区动力照明设备，以及运营部门办公所需要的动力照明设备的能耗，约占总能耗量的58％左右。
轨道交通的水消耗主要是旅客、车站人员生活用水和冲洗地面用水、空调补水等。
三、轨道交通节能措施
1、规划设计阶段。在轨道交通规划设计中坚持“能源节约与开发并举，把节约能源放在首位”的指导思想，采用低能耗的设计方案对降低能耗具有显著的意义。因此，轨道交通的设计工作必须考虑尽量减少设备的能耗，在满足运营需要的基础上，合理地确定服务水平，将节能的总要求贯彻在设计工作中，对节能具有一定的意义。在设计中应注意以下方面：
1)轨道交通平面选线设计。据研究显示，即使列车在不同的限速条件下运行，也都表现出大致相同的节能规律：当曲线半径达到500m以上时，列车能耗接近相同距离的无曲线运行能耗；当曲线半径低于300m时，有较为明显的能量耗费，尤其在半径100m处，能量耗费更为明显。因此轨道交通线路平面节能设计主要考虑尽可能优化曲线半径，以减少车辆行驶过程中因曲线阻力大而增加电耗的情况。
2)线路纵断面的优化设计。在优化线路纵断面的设计中引入节能坡设计，是节省牵引耗电、延长地铁车辆加减速系统的使用寿命、节约车辆维修费用、实现地铁可持续发展的重要环节。合理地设计地铁区间坡度及坡长，使车辆在出地铁站时通过区间下坡迅速将重力势能转化为动能，在尽可能少耗费牵引电能的情况下，获得列车运行所需的加速度和目标速度。在列车加速一定时间和距离后达到目标速度时进入区间匀速坡，以最高速度或接近最高速度匀速运行，匀速坡的作用是在匀速运行的情况下，保证列车运行阻力与列车在坡道上的重力分力相等，合力为零，这样可基本无需耗费牵引电能；在车辆进入下一个地铁站前又可通过站前上坡将车辆动能转化为势能，加速列车的制动，从而节省列车制动所需的电能耗费。
3)站间距的选择与车站布置。
列车的牵引耗电主要消耗在列车起动和制动方面，站间距过小列车起动制动频繁，不利于发挥惰行工况作用，能耗量较大，站间距过大，列车给电时间长，同样不利于节电。通常，车站设置的平均站间距为lkm左右比较经济，有利于节约电能。同时，车站的设立采用“高站位低区间”法，车辆出站后先是一个下坡，省下了部分牵引力；同时在即将到站时，车辆因上坡而自动减速，以达到节能的目的。
2、施工建设过程。轨道交通施工建设过程中的节能措施，主要针对车站建筑物的建设，如车站、停车场等。在这些建筑物的建设过程中，若能合理使用新型能源，新工艺、新材料及设备，并将其引入城市轨道交通建设，会产生很好的经济和社会效益。比如：在车站围护结构的建设中，因围护需满足保温隔热的要求，若采用满足要求的新工艺、新材料保温性能好的外墙材料，必要时采用外包保温材料的构造措施，屋面选用热容量大、导热系数低、吸水性差、轻质高效的屋面保温材料。这样既可达到经济、美观、实用的效果，还能起到很好的节能效果。
3、运营管理。在轨道交通运营管理中，合理选用车辆设备、安排行车组织、设置运营交路、安排列车运营对数、运营列车售票系统等技术措施，将有效降低轨道交通能耗。
1)车辆设备节能措施
①选用轻体车辆。轨道交通车辆采用的电动车组其特点是车辆自重较大，即绝大部分牵引用电消耗在车辆自重上面，因此减轻车辆自重、合理布置车下设备是减少牵引耗电的有效措施。
②列车运行方式的节能。列车运行采用微机控制自动驾驶的ATO曲线，根据线路的坡度、弯道及列车载重等情况，自动调整行车速度、控制惰行点，使列车运行速度保持在最佳状态，以减少能耗，从而达到节能目的。
2)行车组织节能措施
①运营组织方案。根据各阶段运营情况，合理组织列车交路，不仅提高可以提高列车的满载率，还可节约列车的牵引用电量。
②列车运行速度。城市轨道交通列车运行速度大致可分为低速阶段、中速阶段和高速阶段。在各个速度段中，速度越高，能耗越大。列车运行中应尽量少的使用最高时速，合理利用坡道，尽可能利用车辆惰行，以达到节能效果。
四、基于AHP的城市轨道交通节能评估体系的构建
1、城市轨道交通节能评估指标。根据全面性、科学性、可比性和可行性的节能评估原则，结合轨道交通能耗的主要影响因素，选取轨道交通项目评估指标，从而构建轨道交通节能评估体系。
2、AHP确定指标权重。层次分析法(Analytical Hier-archv Process，AHP)是20世纪70年代由美国运筹学家T.L.Stay提出的一种定性与定量相结合的系统分析方法。此方法的基本原理是将复杂的问题分成若干有序的层次，由专家和决策者对所列指标通过两两比较重要程度，逐层进行判断评分，利用计算判断矩阵的特征向量，确定下层指标对上层指标的重要性权重，并辅之一致性检验，以保证评估者思维判断的符实性。AHP可容纳不同决策者的经验判断，是一种有效的定性与定量相结合、主观与客观相结合的决策方法。为使确定的权重更具有科学性和代表性，尽量增加样本数量，邀请多位学科的专家、学者和技术设计工程师进行专家评分，并综合专家评分构造判断矩阵，以确定每层指标的相对重要性权重。
综上所述，城市轨道交通以其运量大、速度快、绿色环保等不可比拟的优势在全国各大城市发展。然而，因城市轨道交通的运输总量大，所以其总耗电量大，是城市的用电大户。因此，降低轨道交通能耗，减少用电总量，是响应国家节能减排号召，也是建设绿色地铁、降低运营成本、实现企业可持续发展的迫切需要。
参考文献：
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