城市轨道交通绿色低碳发展策略

施仲衡，丁树奎

（1. 《都市快轨交通》杂志社，北京 100044；2. 北京基础设施投资有限公司，北京 100101）

1 绿色低碳是城轨交通的发展机遇

中共中央、国务院先后发布《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》[1]和《2030 碳达峰行动方案》[2]，为我国实现“碳达峰、碳中和”目标制定了时间表和路线图，标志着碳达峰、碳中和的政策体系正式建立，也必将对我国城轨交通的发展和转型产生深刻的影响。据中国城市轨道交通协会统计，截至2021 年12 月31 日，我国大陆地区(不含港澳台)共有50 个城市开通城市轨道交通(其中包括超大城市7 个，特大城市14 个，大城市19 个)，投运线路总长度9 192.62 km，其中地铁线路长度7 253.73 km，占比78.9%[3]。

从网络规模来看，北京、上海、广州、深圳、成都、南京的开通运营线路均在10 条以上，已逐步形成超大线网规模，未来发展以线网优化为主；杭州、天津、武汉、大连和长春等城市开通运营线路超过5 条，线路网络初具规模，未来几年仍存在较大的发展空间。未来城轨建设仍将处于迅速发展阶段。

中共中央、国务院关于碳达峰、碳中和工作的意见中，明确了“积极引导低碳出行，加快城市轨道交通等大容量公共交通基础设施建设”，明确了绿色低碳、碳达峰、碳中和背景下城轨的定位，指明了城轨的发展方向，绿色低碳是城轨发展的重大机遇。

2 城轨交通绿色低碳发展面临的挑战

据统计，交通运输行业的碳排放量占全国碳排放总量的比例在不断升高，2017—2019 年占比从9%升至12%。全国城轨交通总能耗在2018—2020 年期间也呈增长态势，分别为132.12、152.6、172.4 亿kW·h，平均人公里能耗分别为0.181、0.155、0.116 kW·h；国内新开通城市由于客流处于培育期，平均人公里能耗高于国际平均水平。城轨交通的能耗总量需求很大，绿色低碳发展面临着诸多挑战。

2.1 不同城市碳排放差异大

总体来看，各城市的城轨交通碳排放差异较大。考虑目前各城市的城轨网络的存量规模和发展态势，结合各地经济发展和城区人口数量因素，未来不同城市的城轨交通的碳排放趋势呈现一定的差异：

1) 对于城轨交通已形成超大线网规模的城市，经济发展水平高且城区人口数量大，未来城轨交通的碳排放量将稳步达到峰值，但随着其他交通方式碳排放量的减少，城轨交通的碳排放占比会继续上升。

2) 对于城轨交通线网已成规模的城市，其经济发展增速较快、城区人口流入较快，城轨交通近期还将快速发展，因此碳排放量在短期内仍将快速上升冲顶达峰。

3) 对于目前城轨交通线网尚处于形成阶段的城市，随着城市化进程加快，经济发展和城区人口均面临大幅增速，未来城轨交通将长期处于快速发展阶段。

4) 对于城轨交通处于起步阶段的城市，目前线网尚处于构建阶段，但经济发展和城区人口的增长空间有限，因此城轨交通的碳排放量增幅缓慢，由于客流形成规模时间较长，降低人公里碳排放强度的难度较大。

2.2 粗放型发展方式亟待转变

从全生命周期考虑，城轨节能降耗仍有较大空间。以建造阶段为例，在车站及区间的土建施工阶段，在采用明挖、暗挖、盾构、盖挖等多种工法的施工过程中，自卸汽车、挖掘机、装载机等燃油机械在整个施工机械设备台班数中占比较大，电动机械应用占比不高，施工过程中机械设备直接碳排放量较大。因此，施工机械亟待实现电动化、清洁能源化。

在运营阶段，以北京为例，2020 年初运营线网规模727 km，年总耗电21.9 亿kW·h，其中列车牵引能耗11 亿kW·h，占总能耗的53%，动力照明能耗10 亿kW·h，占总能耗的47%。车站通风空调系统、照明设备及自动扶梯等设备的能耗占车站总能耗的80%以上。地下线车站电能耗平均约299.8 万kW·h/站/年，地上线车站电能耗平均约128.5 万kW·h/站/年。在牵引能耗和设备能耗方面仍有进一步节能降耗空间。

2.3 绿色建筑和装配式建造技术亟待推广

绿色建筑是按照绿色发展的要求，通过科学管理和技术创新，采用有利于节约资源、保护环境、减少排放、提高效率、保障品质的技术，实现人与自然和谐共生的工程建造活动。一是在绿色认证方面，主要城市城轨交通获得绿色建筑认证的案例偏少，仅上海、广州等城市部分城轨线路车站获得绿色认证，认证数量占比较小，国内尚无全线通过绿色认证的线路；二是装配式建造方面，仅个别城市的几个车站主体结构采用了装配式建造技术，如长春2 号线双丰站、青岛6 号线黄海学院站及富春江路站、无锡锡澄S1 线南门站、3 号线高浪东路站等，尚处于试点阶段。

2.4 绿色可再生能源亟需再开发

城轨线路高架、地面车站，停车场，车辆段等采光充足的场站，有大量屋面面积可进行太阳能资源的开发利用，但是目前开发利用率还很低，仅北京、上海、重庆等部分线路有开发应用，太原、宁波等地在筹划应用光伏发电系统。

2.5 城轨绿色低碳标准体系亟待健全

城轨绿色低碳发展缺乏技术、法规和标准支撑，城轨绿色低碳标准体系不健全，特别是与碳达峰、碳中和直接相关的标准亟待制定，如温室气体核算类、温室气体监测类、温室气体排放限额及绩效类、低碳技术类标准，低碳技术评价类标准、碳中和评价标准、碳信息披露指南，碳排放专项法律、法规以及其他相关标准等。

3 城轨绿色低碳发展的工作基础

相比于公交车、小汽车等交通方式，城轨交通以电力为牵引动力，具备直接碳排放少、能效高、污染低、运量大等特点，是绿色交通方式。目前，在全行业共同努力下，城轨交通在规划设计节能、运营管理节能、绿色可再生能源应用、装备制造节能等方面采取了很多措施，具有较好的基础。

在规划设计节能方面：线路在中心城区外围优先选择高架或地面敷设，设置节能坡，车站系统整合机房控制土建规模，部分城市开展绿色建造技术试点。

在运营管理节能方面：采用多交路行车组织方式，减少列车空驶；采用节能运行图和节能运行模式；车站照明、通风等机电设备采用时间表控制；加装能源管理系统，对能耗数据进行分类、分项和分户统计；推进新建线路乘客服务体系建设和既有线路服务体系提升改造，提高乘客服务的便捷化、舒适化、智能化水平，引导乘客乘坐城轨交通。

在绿色可再生能源应用方面：自2013 年起城轨领域最早的分布式光伏发电用案例——北京地铁14 号线张郭庄站光伏发电项目成功投用，至今已有多个城市开始筹划利用停车场、车辆段和地面线车站屋面的空间资源，开展分布式光伏发电技术应用。投入使用的光伏发电基本实现本地消纳，应用效果和节能效果良好。

在装备制造节能方面：车辆系统采用合理车型，车体轻量化，客室采用LED 照明及智能照明，空调采用变频及温度智能控制，试点应用永磁牵引技术，提高了列车牵引效率，降低了牵引能耗。牵引供电系统合理设置交直流网络、供电分区，选择非晶合金变压器，设置再生能量吸收装置及储能装置，提高再生电能利用效率。通风空调系统采用群控系统、风水节能控制系统，实现车站通风空调节能运行，北京试点直膨式和蒸发冷却制冷系统。动力照明选择LED 节能光源、直流照明供电、智能照明控制等技术实现节能。

4 城轨绿色低碳发展的目标

应贯彻落实国务院《2030 年前碳达峰行动方案》，以技术创新、管理创新和装备创新为主导，充分考虑行业发展和绿色低碳转型特点，确定行业的绿色低碳发展目标。应充分发挥城轨绿色出行的优势和在城市交通体系中的骨干作用，坚持系统观念，有力、有序、有效推动形成城轨绿色发展方式。积极推动绿色城轨和零碳城轨示范线的创建，加强城轨建设期生态环境保护，强化城轨运营期节能减排和污染防治，助力上下游供应链减排，将节能减排、便捷乘客、提高效率的原则应用到城轨规划、设计、建造、运营、装备全生命周期及全产业链中，建立完备的技术标准体系，准确把握城轨绿色低碳发展方向，确保如期实现2030年碳达峰、2060 年碳中和目标。

2025 年城轨绿色低碳发展的目标可包括以下内容：初步建立绿色低碳发展体系，完善碳达峰、碳中和专项行业标准、法规，确保城轨行业能源利用效率大幅提升，城轨交通绿色低碳技术研发和推广应用取得新进展，节能率普遍提高；综合能耗强度比2020年下降10%以上，城轨绿色出行比得到显著提升。

2030 年发展目标可包括：全行业绿色低碳发展转型取得显著成效，实现绿色低碳智能发展模式、绿色低碳关键技术和设备研发取得突破，建立完善的城轨绿色低碳发展体系；城轨行业能源利用率达到国际先进水平，综合能耗强度比2020 年下降15%以上，城轨绿色出行比例得到大幅提升。

5 城轨绿色低碳发展的重点任务

基于城轨绿色低碳发展现状和总体目标，城轨行业应把自身优势和国家配套支持政策相结合，在制度建设、关键技术、创新技术上下功夫，将绿色低碳理念贯穿于规划、建设、运营全过程，覆盖城轨上下游全产业链的各个方面，围绕以下重点任务开展工作。

5.1 强化规划引领，发挥城轨低碳出行优势

充分发挥绿色规划理念的引领作用，将绿色规划理念贯穿于城轨规划、制式选择和工程设计的全过程，将绿色低碳理念纳入城轨线网规划和项目规划，同步推进城轨交通的智慧化和绿色低碳规划。推动开展城轨绿色低碳专项设计方案及论证，从源头引导城轨按照绿色设计建造标准进行工程规划、设计，合理确定土建规模，应用装配式技术、电动化施工机械等低碳绿色施工技术和装备开展施工。深化城轨规划布局，推进TOD 开发，提升城轨交通和城市建设的一体化协同，科学制定规划建设方案，推进“四网融合”，拓展城轨交通客流强度导向和客流吸引力提升的能力。推进城轨既有线网加密改造、节能改造和乘客服务智慧化建设，改善出行体验与碳普惠相结合，发挥城轨低碳出行优势，系统提升城轨出行竞争力[4-6]。

5.2 优化运营管理体系，提高运营能效

优化目前城轨运营方式和组织模式，推进网络化柔性运营。构建网络化运营管理平台，推广高效运营组织模式，运能运量精准匹配，采取管理优化和既有设备设施改造并举的节能措施。优化运营组织模式，采用多交路行车组织方式，推广应用列车节能运行图，采取灵活编组、虚拟编组和夜间存车线停车的运行模式，提高运输效能。多措并举，提升列车再生能量利用率，提高能源利用效率。针对客流变化情况，对车站重点耗能机电设备(扶梯、通风空调、照明)采取分时、分区域的运行策略，降低运营能耗。

5.3 开发应用新一代技术装备，加快城轨绿色升级

在持续推广成熟绿色节能技术装备的基础上，推进城轨基础设施和装备的绿色升级，建立淘汰产品清单，推动基础设施与装备的绿色设计及评价。大力推动新一代绿色智能技术装备的研发应用，聚焦灵活编组和智能调度的新一代列车运行控制系统，运用永磁牵引技术和轻量化材料的简统化车辆，基于双向变流技术的新一代柔性牵引供电系统、再生制动能量储馈吸收、大空间空调通风一体化、直流照明供电、智能照明控制，基于新一代储能、光伏与城轨供电系统融合，构建“源、网、荷、储”一体化的城轨交通能源互联网等技术及装备，提高能源利用效率。

5.4 构建智能能源体系，系统管理用能和排放

健全城轨行业能源监测管理体系，完善城轨能耗统计监测和计量体系，加强二氧化碳排放统计核算能力建设。充分运用智慧城轨建设成果[7]，基于城轨云平台，构建城轨企业线网级智能能源管理平台，以数据融合为基础，实现能耗和排放数据的自动计量采集、超标准用能及排放的设备设施的自动识别，研究能耗-客流的耦合关系，建立能源系统动态管理模型，建立运营综合场景的能耗关联指标体系，提升城轨交通能耗计量和碳排放监测的智能能源管理的能力，提升城轨能源智能决策水平。

5.5 同步开发可再生能源，增加自身碳抵消资源

引入太阳能、地热能等绿色可再生能源，充分利用车站及车辆场站的建筑条件，以自发自用为导向，因地制宜地全面推进、开发、利用光伏发电，推广光伏建筑一体化，研究光伏发电与城轨供电系统的结合，构建多元化清洁能源供应体系，增强城轨自身的消纳能力。鼓励因地制宜采用地源热泵及空气源热泵系统，扩大氢能源在城轨工程车辆、维护作业车的应用，全面推进替代石化能源。充分利用新型电力系统建设的成果，加大绿电消费，增加城轨绿电增供比例。通过优化城轨交通的整体用能结构，推进城轨清洁能源化、绿色低碳化发展。

5.6 完善用能和节能标准体系，加强制度和法律法规管理，实现能耗的精准管控

健全绿色低碳标准规范体系，针对各设备系统专业建立能耗等级评定标准，面向车站运行建立分专业、分功能、分区域的差异化、定量化的能耗指标和法规体系。及时更新修订现有标准，提升绿色标准的适应性。抓紧制定一批能耗限额、产品设备能效标准，加快完善行业、企业、产品等碳排放核查核算报告标准，建立统一规范的碳核算体系，并完善低碳产品标准标识制度。

5.7 积极运用政策工具，营造绿色低碳发展动力机制

积极发展绿色低碳金融产品，充分利用国家碳减排货币政策工具，为城轨交通提供稳定的绿色金融支持，提高资金效益。做好数据质量把控，建立健全碳排放报告和信息披露制度，积极参与碳排放权市场交易，通过碳交易市场获取收益，促进城轨企业低碳技术革新和低碳转型。积极运用市场化节能减排机制，引入市场化节能方式，推进合同能源管理模式，调动社会资本参与用能系统节能改造和运行维护。

6 结语

碳达峰、碳中和对城轨行业而言，既是挑战也是机遇，更是城轨行业面临的历史性任务和重大战略，关系到城轨交通规划、建设、运营、维保等全生命周期和上下游全产业链的高效、绿色、高质量可持续健康发展。

城轨交通应着眼目前现状和未来发展的全局，统筹谋划、顶层设计，全面践行绿色低碳发展理念，加快自身的绿色低碳转型，结合城轨特征，做好双碳目标制定、技术引领、政策扶持等宏观战略部署，把节约资源放在首位，实行全面节约战略，挖掘节能减排潜力，提高能效水平，倡导绿色低碳出行的生活方式。坚持自主创新，攻克城轨绿色低碳的关键核心技术，加强上下游产业协同，围绕绿色低碳、节能降碳、节能增效的目标，推广行业先进绿色低碳技术和经验，提升城轨节能减排潜力。进一步推进新一代智慧城轨技术与城轨绿色低碳业务深度融合，以智慧赋能城轨节能降碳战略，共同推进城轨行业“双碳”目标的实现和绿色低碳发展，实现城轨尽早、率先达峰，为交通行业提前实现“碳达峰、碳中和”做出努力，为助力国家碳达峰、碳中和战略的实施贡献力量。