绿色铁路技术创新现状与发展策略研究

曲云腾，王永泽

（1.中国国家铁路集团有限公司 科技和信息化部，北京 100844；2.中国铁道科学研究院集团有限公司 节能环保劳卫研究所，北京 100081）

《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》明确了“生态文明建设实现新进步，能源资源利用效率大幅提高，主要污染物排放总量持续减少”的规划目标，并提出要全面提高资源利用效率，构建资源循环利用体系，推动绿色发展[1]。国家《交通强国建设纲要》提出要“构建安全、便捷、高效、绿色、经济的现代化综合交通体系”[2]。中国国家铁路集团有限公司制定发布的《新时代交通强国铁路先行规划纲要》提出，要“集约节约利用资源和能源，强化生态保护和污染防治，充分发挥节能环保的绿色铁路优势”[3]，而绿色铁路技术创新是推动铁路绿色发展的重要手段。为实现铁路绿色发展的目标和要求，铁路应充分总结目前节能环保技术创新应用成果，并根据新时代发展需求，提出未来引领铁路绿色发展技术创新的策略和思路，为推动铁路绿色发展提供支撑。

1 国内外绿色铁路技术创新发展研究应用现状

1.1 国外绿色铁路技术创新发展研究应用现状

国外发达国家对铁路绿色发展和生态环保的重视程度较高，德国、法国、日本等明确将全球气候变化影响作为铁路发展的重要考虑因素，在铁路新型替代性驱动技术、机车车辆创新设计、铁路可再生能源利用、车体材料轻量化、减振降噪、废弃资源回收利用、铁路数字化转型升级等多个领域开展了大量研究和应用试验[4-5]，由此带动了绿色铁路技术创新的快速发展。

德国铁路通过进一步加强替代性驱动技术和降低能耗技术的研发推动铁路低碳发展，采取了包括氢能驱动、燃料电池、生态列车、改造现有货车等技术措施。通过推广新型节能环保机车车辆、降低机车车辆的能耗和噪声排放，鼓励司机采取节能的驾驶方式，提高制动能源反馈的比例；建设绿色车站，以达到5 400个客运站、维修工厂、建筑物减少7%总耗能的目标。此外，持续推进铁路噪声控制，通过声屏障、采用低噪声零部件、高速打磨等措施进一步降低铁路噪声。

法国铁路秉承了节能环保理念，尤其重视建设领域的低碳技术和生态修复环保技术，在铁路设计和修建过程中采取了多项动植物保护技术。积极推动混合动力和氢燃料机车技术的发展；开展铁路废弃资源处置和回收利用技术应用，促进废弃材料循环利用；重视铁路碳排放体系建设，利用碳评估控制铁路全寿命周期碳排放总量；推广铁路客运站综合节能环保技术；持续开展减振降噪技术研究。

日本铁路绿色技术创新发展的重点方向是实现铁路电网低碳化、高速铁路降噪化，提高资源及设备利用率等。日本铁路高度重视铁路废弃物资源的回收利用，大力引进可再生能源技术、提高铁路清洁能源利用比例，研发多种铁路机车节能设备、不断改进车辆节能环保技术，加强对铁路车辆刹车时产生能量的回收利用，推广生态车站建设，广泛开展铁路减振降噪技术研究与设备应用[6]。

1.2 我国绿色铁路技术创新发展研究应用现状

近年来，我国铁路在能源高效利用和生态环保领域开展了一系列技术研发和应用工作。

（1）能源高效利用方面。为有效降低铁路能源消耗，我国铁路研发推广了铁路综合能源管控系统、空气源热泵、建筑光伏发电系统、绿色照明技术、节能型牵引变压器等技术，在建筑节能领域取得了显著节能效果。针对铁路大型站段研发应用的能源管控系统，推动了铁路建筑用能管理实现科学化和智能化；组织开展了新型空气源热泵技术研发，加快实现我国铁路北方站区燃煤燃油锅炉供热改造；研发电气化铁路220 kV节能型卷铁芯牵引变压器并在山西中南部铁路通道王家庄牵引变电所投入运行，节电效果显著；在铁路建筑全面推广LED节能灯具改造并应用智能照明控制系统，节约照明能耗。以上节能技术的研究应用促进了铁路综合能源利用效率的逐年提升[7-8]。

（2）生态环保方面。针对我国铁路建设期不同工程特点和实际需求，重点开展了高原脆弱生态系统保护、珍稀野生动植物保护、复杂地下水环境保护、重大临时工程生态防护、环水保和能源信息管理、减振降噪等方面的研究，取得了诸多前瞻性和实用性成果[9]。为减少工程建设对珍稀野生动物的影响，研究设计了鸟类防撞网、全封闭声屏障、多类型野生动物通道等针对性强且有效的保护措施；针对超大型弃渣场恢复难题，研究提出了“个性化”的植被恢复、水土流失防护、稳定性监控等综合技术措施方案。在铁路运营期，持续研发铁路站段(所)污水处理技术，投入应用沉淀、隔油、气浮、生物降解等污水处理设施装置数量超过700套，专项研究动车段污水深度净化和回收利用技术；研发攻关低噪低阻高速列车和新型吸隔声技术，控制和降低高速动车组运行辐射噪声源强，有效改善了铁路沿线敏感区段声环境质量[10-11]。

2 我国绿色铁路技术创新仍需提高的主要方面

近年来，我国铁路在绿色创新技术方面获得了长足的进步和发展，但在牵引节能技术、废弃资源回收利用、污水处理技术、降噪技术等方面仍需加强。

2.1 铁路牵引节能技术领域

铁路牵引节能技术领域包括铁路牵引机车和牵引供电节能技术2个方面。欧洲部分铁路发达国家已经研发出可应用的新能源动力机车及相应的混合动力机车，阿尔斯通的氢燃料列车也已取得了良好的节能环保效果，日本等国的牵引供电节能技术也快速发展[12]。相较而言，我国铁路近年来虽然在铁路非牵引领域研发应用了多项节能技术，但在新能源及混合动力机车研究和应用方面仍处于起步阶段。

2.2 可再生能源利用比例

日本、荷兰等国已将太阳能、风能发电应用于铁路机车牵引，我国铁路主要在铁路客运站及部分物流基地、园区、动车段建筑屋顶铺设应用光伏发电系统[13]，但光伏安装容量和自用比例不高，在铁路牵引用电领域缺乏新能源技术的实际应用，可再生能源占我国铁路整体用能的比例有待提高。

2.3 铁路减振降噪技术

近年来，我国铁路针对高速动车组、机车等移动装备和基础设施开展研究并采取了一系列减振降噪措施，在一定程度上降低了铁路噪声源强度和对沿线环境的噪声影响。随着大众对铁路运输品质和对铁路沿线声环境要求的不断提升，在高速列车噪声源机理及低噪声受电弓、新型吸隔声屏障等减振降噪新技术研究方面还需进一步加强。

2.4 铁路废弃物资源回收利用

随着我国铁路运营规模及客运量的持续增加，由此带来的铁路固体废弃物总量增长显著，成为铁路站段重要的环境污染源。目前，对于距离城市较近和城市垃圾处理设施较完善的铁路站段，站车生活垃圾一般采取车上收集、站台定点投放、车下并入市政系统集中处理的模式，而偏远站段的生活垃圾多采用自行处理方式，如焚烧、填埋等[14]。虽然铁路站段或列车人员已对部分生产和生活垃圾进行了资源可回收利用处理，但总体而言，我国铁路的固体废弃物资源回收利用水平仍然不高，管理较为粗放，造成了一定程度的资源浪费。

2.5 铁路污水处理与回收利用

以色列的污水处理技术在国际上处于领先行列，非常重视污水再利用，2012年的污水处理率已达到93%[15]，其污水处理回收利用技术研究应用对于我国铁路污水治理研究具有参考意义。此外，德国铁路对于污水处理的达标排放要求较为严格，德国柏林动力段建立了专用污水处理厂，对整备场车辆洗刷废水实现回用[16]。我国铁路站段是主要用水单元，新鲜用水成本高，污水回用率较低，而且采用的污水处理技术与国外先进技术相比有一定差距，主要存在工艺流程针对性不强、设备设施运行不稳定、剩余污泥产量大、维护要求高等问题[17]。

3 绿色铁路技术创新发展策略

3.1 深化铁路牵引节能关键技术攻关

鉴于铁路牵引能耗在铁路整体能耗中占比较大，加强铁路牵引节能关键技术创新已经成为未来我国铁路绿色发展和能效升级的关键一步。加强新能源动力机车的研发，尽快推动新能源列车向产品成熟化、成本低廉化的方向发展，有效提升铁路牵引能源清洁环保水平，改善列车传统能源消费结构；加快推进永磁同步牵引系统的全生命周期试验，结合车体材料轻量化等相关技术，打造绿色低碳移动装备；进一步加强对高速列车和重载货车的节能驾驶技术研究，最大程度降低机车的牵引能耗。

3.2 加强新能源和可再生能源利用技术研究

根据目前可再生能源在我国铁路的应用情况，继续扩大光伏发电系统在铁路站段、物流基地等场所的应用比例；充分利用铁路线路地域广阔的特点，选择太阳能、风能资源丰富的铁路沿线，积极研究建设大型可再生能源发电项目，将发电用于铁路自身牵引及辅助设施用电，减少铁路直接从电网公司购电量，提高自身发电和用电的灵活性，降低铁路用电成本；加快构建铁路“发电-输电-配电-储能-充电-放电”等各环节紧密结合的高效配电网技术，提高铁路可再生能源利用效率。

3.3 强化铁路噪声控制技术研究

深入开展高速铁路动车组和基础设施的噪声控制理论和技术研究。在噪声源理论方面，深化高速气动噪声机理、气动噪声理论模型等研究，提出气动噪声控制优化方案；在新型降噪技术方面，进一步加强更高列车速度条件下降噪技术的安全性、降噪性能等研究。

3.4 推进铁路废弃物资源化利用

加强对铁路废弃物分类回收利用技术的研究应用，健全铁路站段固体废弃物分类回收利用体系。针对铁路行业固体废物特点，加强研发无害化、减量化、资源化的新型固体废物处理装备，研究不同种类固体废弃物的回收利用方式和相关技术[18]，以满足偏远地区、高寒高原地区、小型站区等特殊铁路场所的环保达标排放要求。借助铁路站车垃圾管道气力输送系统的自动、快速、卫生等优势，实现对铁路站车垃圾的高效转运。持续研究并推广应用能耗低、自动化和集约化程度高、操作简单、脱氮除磷效果良好的铁路污水处理新技术、新工艺，实现铁路污水高质量处理和高效率回用。

3.5 完善铁路碳排放交易体系

结合国家碳排放市场建设和相关政策要求，逐步探索建立铁路碳排放交易体系，推动铁路企业碳排放交易研究，提高铁路碳资产利用效率和管理水平。加强碳排放交易机制对铁路建设项目设计、建设及运营整个过程的全面指导，实现铁路建设项目全寿命周期的低碳绿色发展[19]；通过碳交易体制推动铁路运输企业减少二氧化碳排放。

3.6 推广铁路建设项目环水保信息化

加强铁路建设项目环水保管理系统建设，结合工程特点持续优化完善环水保信息管理功能。加大铁路工程环水保信息化技术研发和应用，对涉及重要地表水体、地下水资源富集区、大气保护重点管控区的建设项目，开展环境在线监测和信息数据采集、分析及统计；加强环境风险管控，通过建立信息化监控体系，实现对重要环境敏感区、大型工程工点(如弃渣场等)的潜在风险要素信息的采集、分析和预警。

4 结束语

技术创新是实现和推动铁路绿色发展的不竭动力，全面加强绿色铁路技术创新和应用力度，将会成为推动铁路及综合交通绿色发展的重要方式。铁路可以从牵引节能关键技术、新能源技术、减振降噪技术、废弃物资源化利用、碳排放交易体系、环水保信息化等方面入手，持续深入开展技术攻关与新技术产品推广应用，巩固并发挥铁路在综合交通运输绿色发展的优势，在交通强国建设中当好先行。