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摘  要：隨著(zhù)“碳達峰”、“碳中和”上升為國家策略，實(shí)現“雙碳”目標已經(jīng)成為新時(shí)代軌道交通發(fā)展的重大機遇和歷史任務(wù)。城市軌道交通是大容量公共交通基礎設施，并處于快速發(fā)展階段，隨著(zhù)運營(yíng)里程的不斷增加，其能源消耗和“雙碳”目標實(shí)現也日益受到重視。本文在對我國城市軌道交通建設規模及能源消耗現狀進(jìn)行分析的基礎上，對“雙碳”背景下城市軌道交通規劃、設計、建造、運營(yíng)和維保的全生命周期綠色發(fā)展路徑進(jìn)行研究，對軌道交通綠色低碳轉型進(jìn)行思考，為構建綠智融合的城市軌道交通提供參考和借鑒。

0引言 

2020年9月22日，國家主席習近平在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì )一般性辯論中宣布：“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現碳中和”。隨后，中央層面不斷加快建立“1+N”政策體系，先后發(fā)布了《關(guān)于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見(jiàn)》和《2030碳達峰行動(dòng)方案》，為我國實(shí)現“碳達峰、碳中和”目標制定了時(shí)間表和路線(xiàn)圖。中國城市軌道交通協(xié)會(huì )也于2022年8月發(fā)布了《中國城市軌道交通綠色城軌發(fā)展行動(dòng)方案》，全面落實(shí)國家的“雙碳”目標，統籌城軌行業(yè)的雙碳行動(dòng)和綠色城軌發(fā)展，以綠色轉型為主線(xiàn)，清潔能源為方向，節能降碳為重點(diǎn)，智慧賦能，創(chuàng )新驅動(dòng)，開(kāi)展六大綠色城軌行動(dòng)，實(shí)現碳達峰、碳中和目標，建成綠色城軌。

1城市軌道交通綠色發(fā)展現狀

1.1城市軌道交通發(fā)展現狀

截至2022年底，中國（不含港澳臺）共有55個(gè)城市開(kāi)通城市軌道交通運營(yíng)線(xiàn)路，共計308條，線(xiàn)路總長(cháng)10287.45km，全年累計完成客運量193.02億人次，總客運周轉量1584.37億人次公里，城軌交通客運量占公共交通客運總量的45.82%。未來(lái)，超大線(xiàn)網(wǎng)規模城市將以線(xiàn)網(wǎng)局部?jì)?yōu)化為主，初具線(xiàn)網(wǎng)規模城市將隨著(zhù)線(xiàn)路不斷增多呈現線(xiàn)網(wǎng)規模迅速擴大的發(fā)展趨勢。

1.2城市軌道交通能耗及碳排放現狀

城軌交通能耗以電能消耗為主，軌道交通碳排放總量中，外購電力產(chǎn)生的間接排放占比90%，電力能耗是碳排放的主要因素。一般情況下，列車(chē)牽引能耗占總能耗的53%左右，動(dòng)力照明能耗占總能耗的47%左右；車(chē)站通風(fēng)空調、照明、自動(dòng)扶梯等系統能耗占車(chē)站設備系統能耗的70%～80%；牽引和環(huán)控是節能降碳的重點(diǎn)攻關(guān)方向。

2022年，全國城軌交通總電能能耗227.92億kW·h，其中牽引能耗113.15億kW·h，隨著(zhù)新投運線(xiàn)路的不斷增加，總體能耗指標不斷增長(cháng)，碳排放總量呈現不斷增長(cháng)態(tài)勢。2022年，城軌交通平均每車(chē)公里總電能耗3.72kW·h，同比下降0.48%，各城市平均每人次公里總電能耗0.144kW·h，同比上升34.02%，城市軌道交通客運強度越大，越有利于降低平均人次公里能耗，越有利于降低碳排放，通過(guò)提高軌道交通乘客出行占比實(shí)現綠色低碳出行也是一個(gè)重要方面。

1.3城軌交通節能降碳技術(shù)應用現狀

目前，城市軌道交通從技術(shù)節能和智慧賦能兩個(gè)方面采取了很多有效的措施，以提高乘客出行占比、降低能源消耗、提高運輸和運維效率，在節能減排方面取得了很好的效果。

1.3.1技術(shù)節能措施

通過(guò)采用節能技術(shù)和設計方案優(yōu)化實(shí)現技術(shù)節能，主要包括：通過(guò)線(xiàn)路選線(xiàn)優(yōu)化曲線(xiàn)半徑、優(yōu)化線(xiàn)路節能坡度、優(yōu)化區間泵房位置、合理確定列車(chē)編組等實(shí)現線(xiàn)路運營(yíng)節能；通過(guò)VVVF交流變頻變壓、車(chē)輛的輕量化設計、列車(chē)智能空調及照明、列車(chē)自動(dòng)控制等實(shí)現車(chē)輛節能；通過(guò)合理設置交直流網(wǎng)絡(luò )電壓等級及供電分區、合理選擇節能型非晶合金變壓器、合理設置牽引所及跟隨所、應用再生制動(dòng)及儲能技術(shù)、采用導電率高的鋼鋁復合軌、采用節能型LED燈具、場(chǎng)段應用光伏發(fā)電等實(shí)現供電系統節能；通過(guò)合理確定通風(fēng)空調系統制式、采用風(fēng)機變頻控制、群控及風(fēng)水節能控制、磁懸浮直膨空調機組應用等實(shí)現通風(fēng)空調系統節能；通過(guò)設置線(xiàn)網(wǎng)、線(xiàn)路能源管理系統實(shí)現能源管理節能；通過(guò)車(chē)站照明、通風(fēng)等機電設備時(shí)間表控制實(shí)現運行模式節能；通過(guò)合理控制土建規模、合理確定系統容量等實(shí)現設計方案優(yōu)化節能。

1.3.2智慧賦能

2020年3月發(fā)布的《中國城市軌道智慧城軌發(fā)展鋼要》提出構建智慧乘客服務(wù)體系、智能運輸組織體系、智能能源系統體系、智能列車(chē)運行體系、智能運維安全體系、城軌云與大數據平臺等相關(guān)板塊，均針對智慧賦能城軌交通作了明確要求。

通過(guò)智慧乘客服務(wù)體系的實(shí)名制乘車(chē)、無(wú)感支付、票檢合一、智慧車(chē)站、智能列車(chē)等技術(shù)為提高乘客出行占比賦能；智能運輸組織體系的網(wǎng)絡(luò )化運營(yíng)、智能調度可實(shí)現運輸組織精細化和資源優(yōu)化配置，為提高運輸效率賦能；智能能源系統體系構建的電能質(zhì)量?jì)?yōu)化控制、再生制動(dòng)及新能源、永磁牽引及雙向變流、智能能源系統為提高能源系統節能率賦能；智能列車(chē)運行系統的全自動(dòng)運行、互聯(lián)互通等為高效的乘客服務(wù)、列車(chē)運行賦能；智能運維安全體系構建的多專(zhuān)業(yè)智能運維體系為提高網(wǎng)絡(luò )化運維效率賦能；城軌云與大數據平臺作為智慧城軌數字底座，業(yè)務(wù)系統統一部署承載，實(shí)現弱電系統資源集約和節能降耗，為智慧城軌總體賦能。

2城市軌道交通綠色發(fā)展路徑

基于城市軌道交通綠色低碳發(fā)展的目標，城軌企業(yè)應將發(fā)揮自身優(yōu)勢和國家配套支持政策相結合，踐行綠色低碳發(fā)展理念，成立企業(yè)綠色低碳發(fā)展機構，制定綠色城軌建設工作框架，統籌規劃、因地制宜，按照網(wǎng)絡(luò )化理念分“線(xiàn)網(wǎng)、線(xiàn)路、站段”3個(gè)層次統籌雙碳發(fā)展，從規劃設計源頭落實(shí)節能降耗和吸引客流措施，堅持節約能源和資源優(yōu)先原則，堅持綠色、低碳、節能效果導向，推動(dòng)綠色建造和綠色裝備創(chuàng )新升級，優(yōu)化能源結構，優(yōu)化系統運行模式和工藝流程，創(chuàng )新運營(yíng)模式和維保模式，依托智慧賦能智能能源管理，綠智融合，構建涵蓋綠色低碳規劃、綠色低碳設計、綠色低碳建造、綠色低碳運營(yíng)、綠色低碳維保等全生命周期的綠色發(fā)展體系，如圖1所示。

2.1綠色低碳規劃

依托規劃及既有運營(yíng)線(xiàn)路客流評估，科學(xué)合理開(kāi)展線(xiàn)網(wǎng)規劃和建設規劃，統籌融合市域（郊）多層次網(wǎng)絡(luò )，提高線(xiàn)網(wǎng)覆蓋程度。以四網(wǎng)融合（干線(xiàn)鐵路網(wǎng)、城際鐵路網(wǎng)、市域/郊鐵路網(wǎng)、城市軌道交通網(wǎng)融合）和站城融合的理念推進(jìn)線(xiàn)網(wǎng)規劃和建設規劃實(shí)施，加強站點(diǎn)與商業(yè)、道路、管廊等周邊業(yè)態(tài)的銜接，重塑一體化城市空間布局，提升乘客軌道交通出行體驗。以資源共享的理念，加強網(wǎng)絡(luò )資源的優(yōu)化共享，創(chuàng )造條件實(shí)現車(chē)輛、信號、供電、車(chē)輛維修、乘客服務(wù)等資源及設備設施的互聯(lián)互通。線(xiàn)網(wǎng)規劃、既有線(xiàn)改造規劃、能源規劃、節能環(huán)保規劃等分解落實(shí)雙碳目標，開(kāi)展雙碳和綠色軌道交通專(zhuān)項論證。

2.2綠色低碳設計

構建綠色工程設計體系，新建及改造項目設計文件應確定綠色設計目標與實(shí)施路徑，明確綠色設計方案，明確建設期及運營(yíng)期節能降碳綠色措施，如合理控制土建規模、綠色建造工藝工法、合理的線(xiàn)路敷設方式、節能坡度、配線(xiàn)方案、設備系統容量及綠色裝備配置方案等。貫徹落實(shí)綠色城軌建設標準，落實(shí)能耗強度、碳排放強度、出行占比提升、綠色建筑創(chuàng )建、綠色能源利用等指標要求，提高城軌節能降碳水平。

2.3綠色低碳建造

2.3.1綠色低碳建設

優(yōu)先選用獲得綠色標識的水泥、鋼材等建造材料，推進(jìn)建造機械電動(dòng)化和用能清潔化。加強裝配式建造一體化集成設計，統籌部品部件生產(chǎn)、施工安裝、裝修裝飾等的裝配式建造。推行施工精細化管理，采用精益化施工組織方式，統籌管理施工相關(guān)要素和環(huán)節。推進(jìn)施工管理信息化，實(shí)現高能耗工程機械設備能耗監控及同類(lèi)設備群控管理；推進(jìn)5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和建筑機器人等新技術(shù)在建造領(lǐng)域的創(chuàng )新應用，推動(dòng)綠色建造與新一代信息技術(shù)融合。在綠色建造過(guò)程中，充分利用國家雙碳金融政策工具，爭取綠色債券、綠色信貸等國家綠色金融政策支持，運用市場(chǎng)化節能減排機制，在新線(xiàn)建設和既有運營(yíng)線(xiàn)路提升改造中推進(jìn)合同能源管理模式，調動(dòng)社會(huì )資本參與節能改造和運行維護。

2.3.2綠色低碳裝備

（1）車(chē)輛技術(shù)裝備。車(chē)輛技術(shù)裝備的研發(fā)及應用主要從氫能源車(chē)、車(chē)輛永磁同步牽引技術(shù)、碳化硅變流技術(shù)、輕量化車(chē)體結構設計、輕量化列車(chē)綠色采購、LED照明及智能照明、空調變頻及溫度智能控制、車(chē)載設備系統軟硬件及網(wǎng)絡(luò )的一體化融合等方面進(jìn)行綠色升級。

（2）供電技術(shù)裝備。供電技術(shù)裝備的研發(fā)及應用主要從雙向變流及其網(wǎng)絡(luò )化協(xié)同控制的牽引供電系統、專(zhuān)用軌回流技術(shù)、超級電容/飛輪/鋰電池等儲能技術(shù)、非晶合金節能變壓器、DC3000V牽引供電技術(shù)、天然酯變壓器、潔凈空氣絕緣GIS、環(huán)保型氣體絕緣開(kāi)關(guān)柜等方面進(jìn)行綠色升級。

（3）機電技術(shù)裝備。機電技術(shù)裝備的研發(fā)及應用主要從直流照明系統、LED燈具應用、智能照明控制技術(shù)、光導照明技術(shù)、能源互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、磁懸浮直膨空調機組、風(fēng)水聯(lián)動(dòng)節能控制系統等方面進(jìn)行綠色升級。

（4）弱電技術(shù)裝備。弱電技術(shù)裝備的研發(fā)及應用主要從虛擬編組技術(shù)、行車(chē)智能調度系統、線(xiàn)網(wǎng)云平臺與大數據平臺建設、ATO節能運行、高效IT設備應用、加快自然冷源/近端制冷/液冷等制冷節能技術(shù)應用、扁平化/云網(wǎng)融合/云邊端協(xié)同系統架構優(yōu)化等方面進(jìn)行綠色升級。

2.3.3綠色能源替代

（1）光伏發(fā)電技術(shù)。結合線(xiàn)網(wǎng)及線(xiàn)路情況制定光伏能源開(kāi)發(fā)規劃，充分利用地上線(xiàn)（高架線(xiàn)）沿線(xiàn)保護區、地上車(chē)站建筑屋頂、未進(jìn)行上蓋開(kāi)發(fā)的車(chē)輛基地的建筑屋頂、建筑立面等可安裝光伏發(fā)電設施的場(chǎng)地資源，發(fā)展應用光伏發(fā)電系統。推進(jìn)光伏發(fā)電與建筑一體化同步設計，建設集光伏發(fā)電、儲能、直流配電、柔性用電于一體的“光儲直柔”系統。

（2）化石能源替代技術(shù)。根據車(chē)輛基地所在區域熱泵技術(shù)適應性，因地制宜推廣應用各類(lèi)地、氣、水源熱泵系統，利用軌道交通附近熱網(wǎng)、電能、太陽(yáng)能、地熱能相結合實(shí)現清潔供暖。增用綠色電力，不斷提升軌道交通用電的綠色電力比重。

2.4綠色低碳運營(yíng)

（1）綠色運營(yíng)管理機制。城軌企業(yè)應結合企業(yè)發(fā)展規劃制定企業(yè)節能降碳目標和節能計劃，構建“線(xiàn)網(wǎng)級-線(xiàn)路級-站段級”綠色低碳管理架構，分層次分解節能降碳管理目標，建立考核體系和獎懲制度，并常態(tài)化持續推進(jìn)。

（2）綠色運營(yíng)管理模式?；诰€(xiàn)網(wǎng)和線(xiàn)路客流分析，依托行車(chē)智能調度系統實(shí)現網(wǎng)絡(luò )化運能運量的精準匹配；采用多交路運營(yíng)、靈活編組等技術(shù)減少列車(chē)空駛；優(yōu)化機電設備系統節能控制、分時(shí)分區控制，實(shí)現設備系統節能運營(yíng)。

（3）綠色運營(yíng)管理平臺?；诰€(xiàn)網(wǎng)城軌云平臺和大數據平臺的云數融合底座綜合承載，圍繞“能源全面感知、節能數據驅動(dòng)”目標，構建匹配“線(xiàn)網(wǎng)-線(xiàn)路-站段”管理架構的智能能源管理平臺。線(xiàn)網(wǎng)級側重能源智能管理決策與評價(jià)，線(xiàn)路級側重能源綜合調度管理，站段級側重能源系統互通互濟、源網(wǎng)荷儲協(xié)調互動(dòng)調節，以智慧賦能能源的精細化管理，綠智融合，提升能耗計量和碳排放監測等智能能源管理能力，總體架構見(jiàn)圖 2。

2.5綠色低碳維保

建立車(chē)輛等重大裝備檢修規程優(yōu)化與節能降碳管理機制，構建線(xiàn)網(wǎng)綜合運維管理平臺，基于車(chē)輛、供電、通號、機電等專(zhuān)業(yè)設備運行狀態(tài)和在線(xiàn)監測數據進(jìn)行設備狀態(tài)監視、故障診斷、健康管理和維修決策支持，應用網(wǎng)絡(luò )化的運營(yíng)生產(chǎn)組織模式，合理制定車(chē)輛、設備系統的維修體制，優(yōu)化生產(chǎn)工藝流程，推廣規?；?、專(zhuān)業(yè)化維修，提高運營(yíng)設備設施利用效率，減少檢修維護能耗，實(shí)現低碳維保。

3結語(yǔ)

目前，城市軌道交通在綠色低碳發(fā)展方面雖然取得了一定成效，但是我國城軌交通正處于快速發(fā)展階段，未來(lái)相當長(cháng)時(shí)間城軌交通的需求仍將保持持續增長(cháng)，行業(yè)碳減排壓力巨大，而城軌企業(yè)在規劃設計、綠色建造、綠色低碳技術(shù)應用、運營(yíng)模式及維修體制等方面的綠色轉型尚處于起步階段，綠色評價(jià)、綠色標準體系尚未建立，國家綠色低碳政策支持尚不足。本文在對我國城軌交通發(fā)展現狀和優(yōu)勢進(jìn)行分析的基礎上，提出城軌交通綠色低碳發(fā)展的目標和貫穿規劃、設計、建造、運營(yíng)、維保全生命周期各個(gè)階段的具體路徑，為城軌交通加快自身的綠色低碳轉型提供參考和借鑒。具體實(shí)施時(shí)，還應處理好客運服務(wù)質(zhì)量與節能降碳之間的關(guān)系，處理綠色低碳新技術(shù)應用與節能降碳、地區環(huán)境差異、工程進(jìn)度、工程投資之間的關(guān)系，確保軌道交通“碳達峰”、“碳中和”工作的高效推進(jìn)。

來(lái)源：【碳中和與可持續發(fā)展】公眾號，著(zhù)作權歸原作者楊建興所有

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