中国城市轨道交通绿色城轨发展行动方案“六大行动”解读之二：节能降碳增效行动

文：田琳丨上海申通地铁集团有限公司技术中心副总经理、上海申通地铁创新研究院副院长

近日，中国城市轨道交通协会发布《中国城市轨道交通绿色城轨发展行动方案》，并明确提出了“六大行动”，即绿色规划先行行动、节能降碳增效行动、出行占比提升行动、绿色能源替代行动、绿色装备制造行动、全面绿色转型行动，本文主要结合工作实践经验对“六大行动”之“节能降碳增效行动”的要点进行解读。

“节能降碳增效行动”是中国城市轨道交通协会近日发布的《中国城市轨道交通绿色城轨发展行动方案》中提出的“六大行动”之一，笔者作为《绿色城轨行动方案》编制组成员之一，结合上海地铁自身实践及工作经验对“节能降碳增效行动”进行六个方面的重点解读。

一、目标

以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，深入贯彻习近平生态文明思想，落实党中央、国务院有关碳达峰碳中和工作的指导意见和行动方案等战略部署，以绿色转型为主线，清洁能源为方向，节能降碳为重点，智慧赋能，创新驱动，开展六大绿色城轨行动，实现碳达峰碳中和目标，建成绿色城轨，促进城轨交通可持续高质量发展，助推交通强国和美丽中国的建设。

在目标节点方面，节能降碳增效行动主要分为两个阶段：

一是2025年，全产业链节能标准体系初步建立；成熟节能技术和装备逐步推广应用，新一代绿色节能技术和装备攻关研发；运营企业和装备企业推行节能运营模式和管理模式，普遍实现创新优化，节能降碳效果显著，能效利用率明显提高；一批绿色节能技术和装备，以及绿色车站、场段、线路、工厂等示范工程（项目）逐步建设，绿色标杆引领作用初步显现；较2020年综合能耗强度下降≥10%，牵引能耗强度下降≥10%。

二是2030年，新一代节能技术和装备研发和应用取得显著成效；较2020年城轨综合能耗强度下降≥15%，牵引能耗强度下降≥15%。

二、措施

在措施方面，节能降碳增效行动主要分为五项措施：

一是制定节能标准，应用绿色标准节能；二是推广节能技术，应用绿色技术节能；三是创新运营模式，应用绿色模式节能；四是创新管理模式，应用绿色管理节能；五是树立标杆项目，应用绿色示范节能。

（一）标准引领、协同推进

标准决定质量。标准引领首先要构建完善的标准体系，覆盖全专业、全系统、全周期，保障地铁绿色低碳、节能减排工作的规范化和长效性。上海地铁自“十一五”起便积极筹划，制定系统的绿色低碳、节能减排战略，率先提出“打造绿色地铁、提升网络品质”的目标，应用系统性、标准化的管理方法，研究建成了由机制、管理、技术组成的节能工作标准体系，以保障上海地铁绿色低碳、节能减排工作的规范化和长效性。

在标准体系构建以后，要考虑对标国际最高水平，研编中国先进节能标准。例如，上海地铁17号线诸光路站自2015年开建之初，贯彻绿色发展理念，引入绿色建筑认证，2018年获得了认证证书，成为亚洲首座获得LEED（Leadship in Energy and Environmental Design，能源及环境设计领先者）绿色认证地铁车站，通过绿色设计和施工，达到了节电25%和节水50%的节能效果。在绿色设计方面，大中庭引入自然光，选择了对高反射率、低透光率、低传热系数天窗玻璃做好隔热；所有出入口等屋面采用浅色蓄能发光多功能涂料，降低热岛效应。在绿色施工方面，10万方渣土变废为宝，用于修路、回填、修固地基等；钢筋、混凝土等建设过程中废弃物回收率达90%以上，低挥发及粘合剂，VOC优于国标；本地材料占70%。

在开展诸光路绿色建筑认证过程中，上海地铁总结城市轨道交通建筑开展绿色标准认证的经验，提出了研编更适用于轨道交通行业的绿色标准的想法。与美国绿色建筑委员会合作，以18号线开展LEED认证为契机，研编了《LEED BD+C Transit Stations》；与上海建科院合作，以14号线开展绿色认证为实践为契机，研编了适用于轨道交通车站和车辆基地的中国工程建设标准化协会（CECS）《绿色城市轨道交通建筑评价标准》。除了这些综合标准，上海还制订了《城市轨道交通能源消耗指标和计算方法》《城市公共用水定额及其计算方法 第10部分：城市轨道交通》《城市轨道交通地下车站环境质量要求 》等一系列地方性标准，有力支撑了绿色地铁的标准化提升。此外，在行业内如长沙地铁、广州地铁等城轨交通企业也分别制订了各自的绿色城轨标准，引领技术发展，贯彻绿色节能理念。

（二）技术节能、匹配运行

城市轨道交通是一个多专业、多系统、联动发展的系统。因此，除了在技术上强调节能以外，还应重点讲究“匹配运行”，最大程度发挥整体效应。上海地铁从2005年至2020年的运营能耗数据统计趋势见图1。从趋势看，单位作业量能耗指标持续下降，尤其十二五期间，下降明显，主要是因为我们经过十一五的筹划准备研究试点后，对既有运营线路开展了大量节能技术改造工作，重点突破照明系统和通风空调系统等节能关键技术，采用“合同能源管理”和“直接采购”相结合的模式全面推进。从白炽灯到荧光灯，从LED到智能照明，超90%车站已应用节能型灯具；从定频空调到变频空调，从单一模式到智能调控，超80%地下站空调系统已采用节能控制；变频电梯、节能型变压器、可调式通风型站台门、列车节能运行模式等一大批节能“四新”技术在上海地铁得到广泛推广应用。

图1 上海地铁运营与能耗数据趋势（2005年至2020年）

在绿色地铁推进过程中，上海地铁的节能技术改造重点针对牵引系统和动力照明系统两个方面。一系列技术得到推广应用。一是列车节能运行模式：从2011年在11号线试点评估测试（节能率约7%左右）后，陆续全路网非高峰时段全部启用。二是列车照明：2009年在9号线列车试点改造后，大规模推广到全部线路；2013年，开始在4号线28列智能光控改造，此技术适合高架线路超30%线路。三是列车变频空调：2009年在5号线17列车进行冷热一体化变频空调改造，综合节能率达25%；四是车站照明：其改造经历了2个阶段，2009年，我们采用EMC的模式对1号线全线用节能型荧光灯替代普通T8灯管，节能率约50%；2010年，我们首次大规模引入LED对4号线车站进行节能改造，节能率高达64%，目前约80～90%线路车站均采用LED照明；五是通风空调：2009年在4号线上海体育馆站、浦电路站分别进行了水系统模糊控制和风系统变频改造，均取得不错的节能效果，后续在既有线路100多座车站推广应用。

此外，上海地铁在新能源方面已建成24MW的光伏工程，年发电量约2400万度，还在推进如智能化高效环控系统、基于网源储荷的综合能源利用、打造“近零碳”车辆基地（图2）等先进技术应用，积极探索普适于我国轨道交通与能源融合的通用技术架构和解决方案集。

图2 打造“近零碳”车辆基地

（三）运营节能、精细管理

在运营节能方面，上海地铁目前采用三种措施：

一是节能运行图。2011年，通过在非高峰时段对上海地铁11号线全线采用“节能运行图”与“非节能运行图”模式下的列车牵引能耗数据对比分析，“节能运行图”与“非节能运行图”相比，全线列车纯牵引系统综合节能率为7%～9%。因此，自2012年起，上海地铁运营线路在运营非高峰时段均启用了节能运行图模式，这充分利用列车运行的加速、巡行、惰行及制动的四种状态，结合线路平纵断面参数、牵引供电范围划分、列车运行间隔、列车高速运行段的再生制动等，既达到单列列车在ATO 模式下的节能运行并可控，又尽量满足同一供电臂内多列车牵引与反馈电能的均衡，直至全线列车的节能运行及运行调整要求等多项功能有机统一。

二是灵活编组。以上海地铁16号线为例，在不降低运营服务水平的情况下，高峰时段两节列车快速联挂起来，形成独立运行的6节编组列车，满足大客流需求；平峰时段将6编组节列车快速解编成两列3节编组列车，提升平峰服务水平，降低列车走行里程和能耗。数据证明，灵活编组方案更加省车、省电，满载率调控效果更显著，且对乘客的出行影响最小。

三是热舒适度研究。理论计算发现：当车站相对湿度在40%～70%时，站厅与室外保持2.6℃～2.9℃的温差、站台与站厅保持1.3℃～1.5℃的温差就可满足乘客的热舒适性需求；能耗模拟结果显示：采用推荐运行温度的车站系统能耗小于常规设计温度的车站能耗，相比而言运营初期节能量达25%，运营中期节能量达24%，运营远期节能量达23%；以2019年室外气象数据为例，结合热量平衡以及空气换热能效比对车站空调季节采用推荐运行温度的节能量进行计算，相比于常规设计温度节能量达到149.35×103千瓦每小时。

（四）组织保障、压实责任

在“节能降碳增效行动”方面，除了标准、技术、运营以外，组织保障最为关键，要构建管理体系，压实各方责任。主要措施包括：

一是组织领导、系统推进。建立完善的节能管理机构体系，确保组织领导，专职机构，职责明确、有序推荐。

二是规范管理行为。制定列车、车站、车辆基地等各类用能管理办法。

三是科学合理评估用能。建立并不断完善轨道交通能耗指标体系。

四是明确节能目标责任。集团公司与调度指挥中心、维保公司及各运营公司分别签订节能工作年度责任书，明确目标责任建立节能考评奖惩制度。

五是制定专项规划/年度计划。制定建设项目和运营线路节能实施的详细规划和工作计划，统筹规划，有序开展。

此外，要研发线网级能耗监测管理系统平台，智慧赋能高效管理。上海地铁从2008年开始进行可行性研究，并在2座车站进行改造试点后，2010年，对既有线路进行了全面二级计量加装改造；“十二五”期间，初步建成了能耗监测平台，并发布了建设指导意见，明确了计量设置要求和系统功能要求，指导新线建设；并构架了轨道交通能耗评价体系和指标；“十三五”期间，根据实际数据，不断优化完善指标体系，修订地标；“十四五”期间，按照数字化转型要求，开展平台功能优化和提升工作。

上海地铁打造的新一代能耗监测系统平台，覆盖全路网20条线，508座车站，具备5大功能模块，120个功能点，主要为在线监测、能耗统计、考核分析、预测诊断、运维等功能，以“同步监测、动态分析、智能诊断”为目标，让上海地铁能耗数据透明、趋势可见，管理增效。

（五）示范引领、总结提升

上海地铁充分发挥绿色城轨示范工程、先进技术的引领作用，推广绿色城轨的实施模式及成效（图3）。例如分别采用LEED和绿建标准认证的上海地铁18号线和14号线，由于采用了冷却塔节水技术、高效冷水机组、节水技术、智能照明等技术措施，均带来效益可观的能耗降低、成本节省及CO2减排量，取得了重要的节能减碳效果和社会与经济效益。从实践效果来看一系列绿色示范工程显示出了显著的可复制可推广价值，不仅响应了国家节能减排，双碳目标的号召，也降低了城市轨道交通运营成本，凸显了“绿色轨道交通”的新理念。

图3 上海地铁绿色城轨示范工程、先进技术实施模式及成效