城市轨道交通绿色低碳发展策略

文：施仲衡丨中国工程院院士、中国城市轨道交通协会专家学术委员会主任丁树奎丨中国城市轨道交通协会副会长

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。

一、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》和《2030碳达峰行动方案》，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9192.62公里，其中地铁线路长度7253.73公里，占比78.9%。

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。

二、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至2019年占比从9%升至12%。全国城轨交通总能耗在2018至2020年期间也呈增长态势，分别为132.12、152.6、172.4亿千瓦·小时，平均人公里能耗分别为0.181、0.155、0.116千瓦·小时；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。

（一）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。

（二）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公里，年总耗电21.9亿千瓦·小时，其中列车牵引能耗11亿千瓦·小时，占总能耗的53%，动力照明能耗10亿千瓦·小时，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299.8万千瓦·小时/站/年，地上线车站电能耗平均约128.5万千瓦·小时/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。

（三）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。

（四）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。

（五）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。

三、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。

四、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。

五、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。

（一）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。

（二）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。

（三）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。

（四）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，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。

（五）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。

（六）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。

（七）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。

六、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。