浙江省轨道交通运营管理集团有限公司的研究人员郑肇钦、陈哲嵘,在2019年第6期《电气技术》杂志上撰文指出(论文标题为“关于降低轨道交通电费措施的探讨”),目前城市轨道交通都是采用电力驱动,在北京、上海、广州等城市的地铁运营成本中,每年电费支出占总运营成本的15%~25%。电费成本随着运营里程的增加而成倍增长。本文探讨在运营期间,不以设备更新改造为基础而降低轨道交通运营电费。
本文介绍了电价的相关规定和类别,重点介绍了杭州、广州、合肥、青岛、南京、深圳等城市的地铁公司在申请较低结算电价方面的经验和做法,分析了北京、上海、广州、宁波等城市的地铁公司每车公里牵引能耗指标,引入标准地下站能耗值的概念,统计17座已开通运营地铁城市的动照能耗,并提出了降低每车公里牵引电耗的相关措施。
轨道交通电费主要受结算电价、运营用电量和功率因数的影响。各个城市轨道交通结算电价高低有别,在用电种类选择上,也有差异,具体分为一般工商业用电、大工业用电和市政路灯照明用电,比较特别的是深圳地铁,采用直购电模式交易,电价较低。
各个城市地铁车公里牵引能耗和一个标准地下站动照能耗差异较大,特别是动照能耗,有些城市有较大的降低空间。运营单位应采取相关管理措施,降低轨道交通运营成本。
1 取得较低的结算电价
1.1 电价的相关规定及类别
根据《中华人民共和国电力法》第四十条规定:“跨省、自治区、直辖市电网和省级电网的销售电价,由电网经营企业提出方案,报国务院物价行政主管部门或者其授权的部门核准。”第四十三条规定:“任何单位不得超越电价管理权限制定电价。供电企业不得擅自变更电价。”根据《国务院关于城市优先发展公共交通的指导意见》(国发〔2012〕64号)的规定:“对城市轨道交通运营企业实施电价优惠”。
目前各个地市的电价是由省(直辖市)物价局或者发改委定价的。国内轨道交通采用一般工商业用电分类或者大工业用电分类计费。
1)一般工商业用电类别
(1)目前浙江省杭州地铁、宁波地铁电价是根据浙江省物价局的相关规定,用电分类采用的都是一般工商业及其他用电类别,浙江省物价局“关于降低一般工商业电价有关事项的通知(浙价资〔2018〕88号)”,根据从电网结算的电压等级确定,电压等级是35kV及以上,电价是0.7416元/kWh。浙江省电网销售部分电价见表1。
(2)广州地铁依据广东省发展和改革委员会“关于降低我省一般工商业电价的通知(粤发改价格〔2018〕306号)”,地铁电价在一般工商业电度电价中单独开项,地铁电价是0.7056元/kWh,且不执行峰谷电价,地铁电价比35kV及以上等级电价是4.7分/kWh。广东省电网销售电价见表2。
表1 浙江省电网销售部分电价表
表2 广东省电网销售电价表
2)采用大工业用电类别
目前有部分省(如山东省、安徽省)根据国家发展改革委关于调整销售电价分类结构有关问题的通知(发改价格〔2013〕973号)的相关规定:“一般工商业及其他用电与大工业用电,逐步归并为工商业及其他用电类别”,已经把大工业用电类别和一般工商业用电合并,还有部分省(如浙江省、广东省)目前还未合并,轨道交通运营公司可根据物价局或者发改委发布的电价销售表,申请相应的轨道交通结算电价。
(1)合肥地铁根据安徽省物价局批复,合肥城市轨道交通设施生产运营用电,暂定执行安徽省大工业用电类别电价,考虑到地铁投运初始阶段的实际运行情况,自投运之日起3年内免收基本电费,不执行峰谷分时电价。安徽省物价局“关于电力行业增值税税率调整相应降低工商业电价有关事项的通知(皖价商〔2018〕79号)”,大工业用户执行工商业及其他用电两部制目录电价,合肥地铁按照两部制110kV电压等级结算,目前电价是0.6047元/ kWh。安徽省电网销售电价见表3。
表3 安徽省电网销售电价表
(2)青岛地铁根据山东省物价局“关于青岛地铁用电价格的批复(鲁价格一发〔2017〕115号)”,青岛地铁2号线、3号线、11号线、13号线的运营用电价格(含试运行期间),自试运营起3年内按大工业用电执行,暂不收取基本电费,不执行峰谷分时电价。按此优惠政策测算,上述4条线路每年可节约运行电费约7600万元。
据了解,这是迄今为止国内获批优惠力度最大的地铁运营电价政策。根据山东省物价局“关于降低工商业电价有关事项的通知(鲁价格一发〔2018〕76号)”,青岛地铁按照110~220kV以下电压等级结算,目前电价是0.5872元/ kWh。山东省电网销售电价表见表4。
表4 山东省电网销售电价表
3)市政路灯照明用电类别
2004年,南京地铁根据“江苏省人民政府办公厅关于印发支持南京建设与发展若干政策的通知”第六条:“地铁运行电价优惠。2005年9月1日南京市地铁一号线将正式投入运行,运营初期3年内省对南京市地铁运营用电价按市政路灯照明用电价计费。”在2005—2008年,南京的市政路灯照明用电价是0.5183元/kWh,比一般工商业用电价低较多。
1.2 申请直购电交易
根据《国家发展改革委关于降低燃煤发电上网电价和一般工商业用电价格的通知》(发改价格[2015]3105号)第八条规定:“推进电价市场化,鼓励有条件的电力用户与发电企业直接交易,自主协商确定电价。”在2016年5月,深圳能源集团与深圳地铁集团正式签订《电力购销合同》。此次合作将有效降低深圳地铁运营的用电成本,每年可为深圳地铁减少电费支出近千万元,开创了市属国有企业之间电力大用户直购电的先河,标志着深圳地铁作为广东省第一个非工业企业大用户参与直购电交易。
2 降低运营用电量
运营用电量包括牵引能耗和动照能耗,本文探讨的是在地铁线路运营被接管后,不以设备更新改造为基础,而主要以运营管理模式的调整为出发点来降低牵引能耗和动照能耗。
2.1 降低牵引能耗
在2017城市轨道交通年度统计和分析报告中,我国各个城市牵引能耗平均指标是2.05kWh/车公里,根据《中国城市轨道交通年鉴》(2017)相关数据,相关城市地铁车公里能耗见表5。由表5中可见,宁波地铁1号线的车公里能耗在行业内较低,北京地铁1号线车公里能耗比宁波地铁1号线多48.9%,有较大的节能空间。车公里能耗与电机的效率、车速、线路条件、列车空调消耗、列车运行图、人流量、站间距、线路损耗及气候等因素相关。
表5 城市地铁车公里能耗表
降低牵引用电量措施:
(1)巡航速度越高,车公里能耗越大,为实行牵引节能,应合理设置列车巡航速度。在高峰时段,客流量大,运能要求较高,应尽量提高巡航速度;平峰时段,客流量一般不大,可适当降低巡航速度,达到牵引节能的目的。
(2)在编制列车运行图时,应对常规运行图中的停战时间及发车间隔进行调整,尽可能多地在运行线间同一时刻使牵引工况和制动工况重叠,达到车辆再生制动能量的吸收。
(3)司机应加强列车空调系统温度的监测,避免车内气温过高或者过低。
2.2 降低动照能耗
根据《中国城市轨道交通年鉴》(2017)相关数据,部分城市典型线路动照能耗情况统计见表6。由表6可见,广州、成都、福州、杭州地铁的车站能耗较高,标准地下站能耗值都在250万kWh以上,除了气候的影响导致能耗升高外,运营部门还应该加强对动照节能措施的研究。
表6 部分城市典型线路动照能耗情况统计
注:为消除地下站以及地面/高架车站数量对线路能耗水平的影响,引入“标准地下站能耗值”的概念。在统计车站数时,地面/高架车站按0.6个地下站计,场段按两个地下站计。1)优化环控系统控制
目前为保证供冷季、通风季的站内温度、空气湿度、CO2浓度符合GB 50157—2013《地铁设计规范》内的相关要求,传统车站环控系统一般采用空调季小新风、通风季全新风的控制策略,由此引入了过量的新风,增加了制冷负荷以及设备能耗。运营单位应考虑对站内温湿度、CO2浓度进行有效监测,在保证空气参数符合标准的前提下,尽可能采取供冷季内循环、通风季以排代送等方式,减小新风负荷,降低设备能耗。
目前国内地铁线路大多设置排热风机及事故风机。对事故风机设备,运营单位可采取每半月早间(晚间)开起设备30min的方式,排除隧道内湿气,保证设备能够正常运转。该方案较每天开起设备能节省较多电能。运营单位还应对各自线路的排热风机设备进行测试,验证在关闭排热风机的工况下,区间温度、CO2浓度是否满足规范要求。
在满足规范要求的前提下,可采取每半月早间(晚间)开起设备30min的方式,而不必每天开起。空调季需开起排热风机的,可采用每天早晚高峰各开起设备2h的模式进行排热。
2)改善车站照明系统
运营单位可考虑不同时间、不同区域对光照条件的不同需求,合理设置光照模式。针对站内及区间照明按不同模式(高峰、正常、清扫、停运、巡查等)进行管理,在满足不同工况光照需求的前提下达到节能目的。
3)加强对空调系统的管理及维护
运营单位应对车站大、小系统末端温度进行测量记录,在保证温度符合设计要求的前提下,合理提高冷冻水出水温度的设定值,降低制冷量冗余;定期对空调冷凝器、冷却塔布水器、空调滤网等部件进行清洁维护,加强对空调循环水的水质优化及监测,减小水系统阻力,提升系统换热效率,降低空调系统能耗。
3 提高功率因数
当轨道交通系统白天运行时,系统处于重负荷时期,随着电客车大量运行,整个电力系统的自然功率因数较低,晚上处于轻负荷时期,高压电缆产生的充电无功会发生无功倒送而产生过补现象,无法满足相关国家标准和供电公司的考核要求。根据水电财字第215号文件《功率因数调整电费办法》,提高功率因数,以减少电费。供电专业应加强功率因数的监控,提高地铁供电系统110kV处的功率因数。
结论
随着各个地市轨道交通的陆续开通,轨道交通电费将大幅增长,对降低轨道交通电费相关措施的研究具有重要的经济意义。对于即将开通轨道交通运营的城市,可以参考青岛和合肥地铁的模式,申请轨道交通电价按大工业用电执行,暂不收取基本电费的措施。
以广州地铁1号线2017年总电能消耗量12262万kWh为例进行测算,由于电价降低了0.1184元/kWh,所以一年可为运营电费节省达1451万元,具有重要的经济意义。对于已开通轨道交通运营的城市,可以参考深圳地铁模式,申请直购电交易的模式,这在国家政策上也是比较支持的。
各个地铁运营单位可以用每车公里能耗和一个标准地下站能耗为指标,积极开展相关节能降耗的措施。以北京地铁1号线为例,2017年牵引能耗指标是2.04kWh/车公里,如能通过相关措施降低2%至2.00kWh/车公里,则每年可节约电量200万kWh,具有重要的经济价值和社会意义。
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