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摘 要：隨著“碳達峰”、“碳中和”上升為國家策略，實現“雙碳”目標已經成為新時代軌道交通發展的重大機遇和歷史任務。城市軌道交通是大容量公共交通基礎設施，并處于快速發展階段，隨著運營里程的不斷增加，其能源消耗和“雙碳”目標實現也日益受到重視。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、運營和維保的全生命周期綠色發展路徑進行研究，對軌道交通綠色低碳轉型進行思考，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合國大會一般性辯論中宣布：“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，先后發布了《關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》和《2030碳達峰行動方案》，為我國實現“碳達峰、碳中和”目標制定了時間表和路線圖。中國城市軌道交通協會也于2022年8月發布了《中國城市軌道交通綠色城軌發展行動方案》，全面落實國家的“雙碳”目標，統籌城軌行業的雙碳行動和綠色城軌發展，以綠色轉型為主線，清潔能源為方向，節能降碳為重點，智慧賦能，創新驅動，開展六大綠色城軌行動，實現碳達峰、碳中和目標，建成綠色城軌。
1城市軌道交通綠色發展現狀
1.1城市軌道交通發展現狀
截至2022年底，中國（不含港澳臺）共有55個城市開通城市軌道交通運營線路，共計308條，線路總長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，超大線網規模城市將以線網局部優化為主，初具線網規模城市將隨著線路不斷增多呈現線網規模迅速擴大的發展趨勢。
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，列車牽引能耗占總能耗的53%左右，動力照明能耗占總能耗的47%左右；車站通風空調、照明、自動扶梯等系統能耗占車站設備系統能耗的70%～80%；牽引和環控是節能降碳的重點攻關方向。
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，隨著新投運線路的不斷增加，總體能耗指標不斷增長，碳排放總量呈現不斷增長態勢。2022年，城軌交通平均每車公里總電能耗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，通過提高軌道交通乘客出行占比實現綠色低碳出行也是一個重要方面。
1.3城軌交通節能降碳技術應用現狀
目前，城市軌道交通從技術節能和智慧賦能兩個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技術節能措施
通過采用節能技術和設計方案優化實現技術節能，主要包括：通過線路選線優化曲線半徑、優化線路節能坡度、優化區間泵房位置、合理確定列車編組等實現線路運營節能；通過VVVF交流變頻變壓、車輛的輕量化設計、列車智能空調及照明、列車自動控制等實現車輛節能；通過合理設置交直流網絡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、應用再生制動及儲能技術、采用導電率高的鋼鋁復合軌、采用節能型LED燈具、場段應用光伏發電等實現供電系統節能；通過合理確定通風空調系統制式、采用風機變頻控制、群控及風水節能控制、磁懸浮直膨空調機組應用等實現通風空調系統節能；通過設置線網、線路能源管理系統實現能源管理節能；通過車站照明、通風等機電設備時間表控制實現運行模式節能；通過合理控制土建規模、合理確定系統容量等實現設計方案優化節能。
1.3.2智慧賦能
2020年3月發布的《中國城市軌道智慧城軌發展鋼要》提出構建智慧乘客服務體系、智能運輸組織體系、智能能源系統體系、智能列車運行體系、智能運維安全體系、城軌云與大數據平臺等相關板塊，均針對智慧賦能城軌交通作了明確要求。
通過智慧乘客服務體系的實名制乘車、無感支付、票檢合一、智慧車站、智能列車等技術為提高乘客出行占比賦能；智能運輸組織體系的網絡化運營、智能調度可實現運輸組織精細化和資源優化配置，為提高運輸效率賦能；智能能源系統體系構建的電能質量優化控制、再生制動及新能源、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；智能列車運行系統的全自動運行、互聯互通等為高效的乘客服務、列車運行賦能；智能運維安全體系構建的多專業智能運維體系為提高網絡化運維效率賦能；城軌云與大數據平臺作為智慧城軌數字底座，業務系統統一部署承載，實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展路徑
基于城市軌道交通綠色低碳發展的目標，城軌企業應將發揮自身優勢和國家配套支持政策相結合，踐行綠色低碳發展理念，成立企業綠色低碳發展機構，制定綠色城軌建設工作框架，統籌規劃、因地制宜，按照網絡化理念分“線網、線路、站段”3個層次統籌雙碳發展，從規劃設計源頭落實節能降耗和吸引客流措施，堅持節約能源和資源優先原則，堅持綠色、低碳、節能效果導向，推動綠色建造和綠色裝備創新升級，優化能源結構，優化系統運行模式和工藝流程，創新運營模式和維保模式，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、綠色低碳維保等全生命周期的綠色發展體系，如圖1所示。
2.1綠色低碳規劃
依托規劃及既有運營線路客流評估，科學合理開展線網規劃和建設規劃，統籌融合市域（郊）多層次網絡，提高線網覆蓋程度。以四網融合（干線鐵路網、城際鐵路網、市域/郊鐵路網、城市軌道交通網融合）和站城融合的理念推進線網規劃和建設規劃實施，加強站點與商業、道路、管廊等周邊業態的銜接，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，加強網絡資源的優化共享，創造條件實現車輛、信號、供電、車輛維修、乘客服務等資源及設備設施的互聯互通。線網規劃、既有線改造規劃、能源規劃、節能環保規劃等分解落實雙碳目標，開展雙碳和綠色軌道交通專項論證。
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施路徑，明確綠色設計方案，明確建設期及運營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、合理的線路敷設方式、節能坡度、配線方案、設備系統容量及綠色裝備配置方案等。貫徹落實綠色城軌建設標準，落實能耗強度、碳排放強度、出行占比提升、綠色建筑創建、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
優先選用獲得綠色標識的水泥、鋼材等建造材料，推進建造機械電動化和用能清潔化。加強裝配式建造一體化集成設計，統籌部品部件生產、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，統籌管理施工相關要素和環節。推進施工管理信息化，實現高能耗工程機械設備能耗監控及同類設備群控管理；推進5G、物聯網、人工智能和建筑機器人等新技術在建造領域的創新應用，推動綠色建造與新一代信息技術融合。在綠色建造過程中，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，運用市場化節能減排機制，在新線建設和既有運營線路提升改造中推進合同能源管理模式，調動社會資本參與節能改造和運行維護。
2.3.2綠色低碳裝備
（1）車輛技術裝備。車輛技術裝備的研發及應用主要從氫能源車、車輛永磁同步牽引技術、碳化硅變流技術、輕量化車體結構設計、輕量化列車綠色采購、LED照明及智能照明、空調變頻及溫度智能控制、車載設備系統軟硬件及網絡的一體化融合等方面進行綠色升級。
（2）供電技術裝備。供電技術裝備的研發及應用主要從雙向變流及其網絡化協同控制的牽引供電系統、專用軌回流技術、超級電容/飛輪/鋰電池等儲能技術、非晶合金節能變壓器、DC3000V牽引供電技術、天然酯變壓器、潔凈空氣絕緣GIS、環保型氣體絕緣開關柜等方面進行綠色升級。
（3）機電技術裝備。機電技術裝備的研發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、光導照明技術、能源互聯網技術、磁懸浮直膨空調機組、風水聯動節能控制系統等方面進行綠色升級。
（4）弱電技術裝備。弱電技術裝備的研發及應用主要從虛擬編組技術、行車智能調度系統、線網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應用、扁平化/云網融合/云邊端協同系統架構優化等方面進行綠色升級。
2.3.3綠色能源替代
（1）光伏發電技術。結合線網及線路情況制定光伏能源開發規劃，充分利用地上線（高架線）沿線保護區、地上車站建筑屋頂、未進行上蓋開發的車輛基地的建筑屋頂、建筑立面等可安裝光伏發電設施的場地資源，發展應用光伏發電系統。推進光伏發電與建筑一體化同步設計，建設集光伏發電、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。根據車輛基地所在區域熱泵技術適應性，因地制宜推廣應用各類地、氣、水源熱泵系統，利用軌道交通附近熱網、電能、太陽能、地熱能相結合實現清潔供暖。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
（1）綠色運營管理機制。城軌企業應結合企業發展規劃制定企業節能降碳目標和節能計劃，構建“線網級-線路級-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，并常態化持續推進。
（2）綠色運營管理模式。基于線網和線路客流分析，依托行車智能調度系統實現網絡化運能運量的精準匹配；采用多交路運營、靈活編組等技術減少列車空駛；優化機電設備系統節能控制、分時分區控制，實現設備系統節能運營。
（3）綠色運營管理平臺。基于線網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”目標，構建匹配“線網-線路-站段”管理架構的智能能源管理平臺。線網級側重能源智能管理決策與評價，線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、源網荷儲協調互動調節，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，總體架構見圖 2。
2.5綠色低碳維保
建立車輛等重大裝備檢修規程優化與節能降碳管理機制，構建線網綜合運維管理平臺，基于車輛、供電、通號、機電等專業設備運行狀態和在線監測數據進行設備狀態監視、故障診斷、健康管理和維修決策支持，應用網絡化的運營生產組織模式，合理制定車輛、設備系統的維修體制，優化生產工藝流程，推廣規模化、專業化維修，提高運營設備設施利用效率，減少檢修維護能耗，實現低碳維保。
3結語
目前，城市軌道交通在綠色低碳發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展階段，未來相當長時間城軌交通的需求仍將保持持續增長，行業碳減排壓力巨大，而城軌企業在規劃設計、綠色建造、綠色低碳技術應用、運營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、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展現狀和優勢進行分析的基礎上，提出城軌交通綠色低碳發展的目標和貫穿規劃、設計、建造、運營、維保全生命周期各個階段的具體路徑，為城軌交通加快自身的綠色低碳轉型提供參考和借鑒。具體實施時，還應處理好客運服務質量與節能降碳之間的關系，處理綠色低碳新技術應用與節能降碳、地區環境差異、工程進度、工程投資之間的關系，確保軌道交通“碳達峰”、“碳中和”工作的高效推進。
來源：【碳中和與可持續發展】公眾號，著作權歸原作者楊建興所有
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