城市軌道交通綠色低碳發(fā)展策略

施仲衡，丁樹奎

（1. 《都市快軌交通》雜志社，北京 100044；2. 北京基礎(chǔ)設(shè)施投資有限公司，北京 100101）

1 綠色低碳是城軌交通的發(fā)展機(jī)遇

中共中央、國務(wù)院先后發(fā)布《關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中和工作的意見》[1]和《2030 碳達(dá)峰行動方案》[2]，為我國實現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)制定了時間表和路線圖，標(biāo)志著碳達(dá)峰、碳中和的政策體系正式建立，也必將對我國城軌交通的發(fā)展和轉(zhuǎn)型產(chǎn)生深刻的影響。據(jù)中國城市軌道交通協(xié)會統(tǒng)計，截至2021 年12 月31 日，我國大陸地區(qū)(不含港澳臺)共有50 個城市開通城市軌道交通(其中包括超大城市7 個，特大城市14 個，大城市19 個)，投運線路總長度9 192.62 km，其中地鐵線路長度7 253.73 km，占比78.9%[3]。

從網(wǎng)絡(luò)規(guī)模來看，北京、上海、廣州、深圳、成都、南京的開通運營線路均在10 條以上，已逐步形成超大線網(wǎng)規(guī)模，未來發(fā)展以線網(wǎng)優(yōu)化為主；杭州、天津、武漢、大連和長春等城市開通運營線路超過5 條，線路網(wǎng)絡(luò)初具規(guī)模，未來幾年仍存在較大的發(fā)展空間。未來城軌建設(shè)仍將處于迅速發(fā)展階段。

中共中央、國務(wù)院關(guān)于碳達(dá)峰、碳中和工作的意見中，明確了“積極引導(dǎo)低碳出行，加快城市軌道交通等大容量公共交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”，明確了綠色低碳、碳達(dá)峰、碳中和背景下城軌的定位，指明了城軌的發(fā)展方向，綠色低碳是城軌發(fā)展的重大機(jī)遇。

2 城軌交通綠色低碳發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

據(jù)統(tǒng)計，交通運輸行業(yè)的碳排放量占全國碳排放總量的比例在不斷升高，2017—2019 年占比從9%升至12%。全國城軌交通總能耗在2018—2020 年期間也呈增長態(tài)勢，分別為132.12、152.6、172.4 億kW·h，平均人公里能耗分別為0.181、0.155、0.116 kW·h；國內(nèi)新開通城市由于客流處于培育期，平均人公里能耗高于國際平均水平。城軌交通的能耗總量需求很大，綠色低碳發(fā)展面臨著諸多挑戰(zhàn)。

2.1 不同城市碳排放差異大

總體來看，各城市的城軌交通碳排放差異較大?？紤]目前各城市的城軌網(wǎng)絡(luò)的存量規(guī)模和發(fā)展態(tài)勢，結(jié)合各地經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城區(qū)人口數(shù)量因素，未來不同城市的城軌交通的碳排放趨勢呈現(xiàn)一定的差異：

1) 對于城軌交通已形成超大線網(wǎng)規(guī)模的城市，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高且城區(qū)人口數(shù)量大，未來城軌交通的碳排放量將穩(wěn)步達(dá)到峰值，但隨著其他交通方式碳排放量的減少，城軌交通的碳排放占比會繼續(xù)上升。

2) 對于城軌交通線網(wǎng)已成規(guī)模的城市，其經(jīng)濟(jì)發(fā)展增速較快、城區(qū)人口流入較快，城軌交通近期還將快速發(fā)展，因此碳排放量在短期內(nèi)仍將快速上升沖頂達(dá)峰。

3) 對于目前城軌交通線網(wǎng)尚處于形成階段的城市，隨著城市化進(jìn)程加快，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城區(qū)人口均面臨大幅增速，未來城軌交通將長期處于快速發(fā)展階段。

4) 對于城軌交通處于起步階段的城市，目前線網(wǎng)尚處于構(gòu)建階段，但經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城區(qū)人口的增長空間有限，因此城軌交通的碳排放量增幅緩慢，由于客流形成規(guī)模時間較長，降低人公里碳排放強(qiáng)度的難度較大。

2.2 粗放型發(fā)展方式亟待轉(zhuǎn)變

從全生命周期考慮，城軌節(jié)能降耗仍有較大空間。以建造階段為例，在車站及區(qū)間的土建施工階段，在采用明挖、暗挖、盾構(gòu)、蓋挖等多種工法的施工過程中，自卸汽車、挖掘機(jī)、裝載機(jī)等燃油機(jī)械在整個施工機(jī)械設(shè)備臺班數(shù)中占比較大，電動機(jī)械應(yīng)用占比不高，施工過程中機(jī)械設(shè)備直接碳排放量較大。因此，施工機(jī)械亟待實現(xiàn)電動化、清潔能源化。

在運營階段，以北京為例，2020 年初運營線網(wǎng)規(guī)模727 km，年總耗電21.9 億kW·h，其中列車牽引能耗11 億kW·h，占總能耗的53%，動力照明能耗10 億kW·h，占總能耗的47%。車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、照明設(shè)備及自動扶梯等設(shè)備的能耗占車站總能耗的80%以上。地下線車站電能耗平均約299.8 萬kW·h/站/年，地上線車站電能耗平均約128.5 萬kW·h/站/年。在牽引能耗和設(shè)備能耗方面仍有進(jìn)一步節(jié)能降耗空間。

2.3 綠色建筑和裝配式建造技術(shù)亟待推廣

綠色建筑是按照綠色發(fā)展的要求，通過科學(xué)管理和技術(shù)創(chuàng)新，采用有利于節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境、減少排放、提高效率、保障品質(zhì)的技術(shù)，實現(xiàn)人與自然和諧共生的工程建造活動。一是在綠色認(rèn)證方面，主要城市城軌交通獲得綠色建筑認(rèn)證的案例偏少，僅上海、廣州等城市部分城軌線路車站獲得綠色認(rèn)證，認(rèn)證數(shù)量占比較小，國內(nèi)尚無全線通過綠色認(rèn)證的線路；二是裝配式建造方面，僅個別城市的幾個車站主體結(jié)構(gòu)采用了裝配式建造技術(shù)，如長春2 號線雙豐站、青島6 號線黃海學(xué)院站及富春江路站、無錫錫澄S1 線南門站、3 號線高浪東路站等，尚處于試點階段。

2.4 綠色可再生能源亟需再開發(fā)

城軌線路高架、地面車站，停車場，車輛段等采光充足的場站，有大量屋面面積可進(jìn)行太陽能資源的開發(fā)利用，但是目前開發(fā)利用率還很低，僅北京、上海、重慶等部分線路有開發(fā)應(yīng)用，太原、寧波等地在籌劃應(yīng)用光伏發(fā)電系統(tǒng)。

2.5 城軌綠色低碳標(biāo)準(zhǔn)體系亟待健全

城軌綠色低碳發(fā)展缺乏技術(shù)、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)支撐，城軌綠色低碳標(biāo)準(zhǔn)體系不健全，特別是與碳達(dá)峰、碳中和直接相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)亟待制定，如溫室氣體核算類、溫室氣體監(jiān)測類、溫室氣體排放限額及績效類、低碳技術(shù)類標(biāo)準(zhǔn)，低碳技術(shù)評價類標(biāo)準(zhǔn)、碳中和評價標(biāo)準(zhǔn)、碳信息披露指南，碳排放專項法律、法規(guī)以及其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等。

3 城軌綠色低碳發(fā)展的工作基礎(chǔ)

相比于公交車、小汽車等交通方式，城軌交通以電力為牽引動力，具備直接碳排放少、能效高、污染低、運量大等特點，是綠色交通方式。目前，在全行業(yè)共同努力下，城軌交通在規(guī)劃設(shè)計節(jié)能、運營管理節(jié)能、綠色可再生能源應(yīng)用、裝備制造節(jié)能等方面采取了很多措施，具有較好的基礎(chǔ)。

在規(guī)劃設(shè)計節(jié)能方面：線路在中心城區(qū)外圍優(yōu)先選擇高架或地面敷設(shè)，設(shè)置節(jié)能坡，車站系統(tǒng)整合機(jī)房控制土建規(guī)模，部分城市開展綠色建造技術(shù)試點。

在運營管理節(jié)能方面：采用多交路行車組織方式，減少列車空駛；采用節(jié)能運行圖和節(jié)能運行模式；車站照明、通風(fēng)等機(jī)電設(shè)備采用時間表控制；加裝能源管理系統(tǒng)，對能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、分項和分戶統(tǒng)計；推進(jìn)新建線路乘客服務(wù)體系建設(shè)和既有線路服務(wù)體系提升改造，提高乘客服務(wù)的便捷化、舒適化、智能化水平，引導(dǎo)乘客乘坐城軌交通。

在綠色可再生能源應(yīng)用方面：自2013 年起城軌領(lǐng)域最早的分布式光伏發(fā)電用案例——北京地鐵14 號線張郭莊站光伏發(fā)電項目成功投用，至今已有多個城市開始籌劃利用停車場、車輛段和地面線車站屋面的空間資源，開展分布式光伏發(fā)電技術(shù)應(yīng)用。投入使用的光伏發(fā)電基本實現(xiàn)本地消納，應(yīng)用效果和節(jié)能效果良好。

在裝備制造節(jié)能方面：車輛系統(tǒng)采用合理車型，車體輕量化，客室采用LED 照明及智能照明，空調(diào)采用變頻及溫度智能控制，試點應(yīng)用永磁牽引技術(shù)，提高了列車牽引效率，降低了牽引能耗。牽引供電系統(tǒng)合理設(shè)置交直流網(wǎng)絡(luò)、供電分區(qū)，選擇非晶合金變壓器，設(shè)置再生能量吸收裝置及儲能裝置，提高再生電能利用效率。通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)采用群控系統(tǒng)、風(fēng)水節(jié)能控制系統(tǒng)，實現(xiàn)車站通風(fēng)空調(diào)節(jié)能運行，北京試點直膨式和蒸發(fā)冷卻制冷系統(tǒng)。動力照明選擇LED 節(jié)能光源、直流照明供電、智能照明控制等技術(shù)實現(xiàn)節(jié)能。

4 城軌綠色低碳發(fā)展的目標(biāo)

應(yīng)貫徹落實國務(wù)院《2030 年前碳達(dá)峰行動方案》，以技術(shù)創(chuàng)新、管理創(chuàng)新和裝備創(chuàng)新為主導(dǎo)，充分考慮行業(yè)發(fā)展和綠色低碳轉(zhuǎn)型特點，確定行業(yè)的綠色低碳發(fā)展目標(biāo)。應(yīng)充分發(fā)揮城軌綠色出行的優(yōu)勢和在城市交通體系中的骨干作用，堅持系統(tǒng)觀念，有力、有序、有效推動形成城軌綠色發(fā)展方式。積極推動綠色城軌和零碳城軌示范線的創(chuàng)建，加強(qiáng)城軌建設(shè)期生態(tài)環(huán)境保護(hù)，強(qiáng)化城軌運營期節(jié)能減排和污染防治，助力上下游供應(yīng)鏈減排，將節(jié)能減排、便捷乘客、提高效率的原則應(yīng)用到城軌規(guī)劃、設(shè)計、建造、運營、裝備全生命周期及全產(chǎn)業(yè)鏈中，建立完備的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，準(zhǔn)確把握城軌綠色低碳發(fā)展方向，確保如期實現(xiàn)2030年碳達(dá)峰、2060 年碳中和目標(biāo)。

2025 年城軌綠色低碳發(fā)展的目標(biāo)可包括以下內(nèi)容：初步建立綠色低碳發(fā)展體系，完善碳達(dá)峰、碳中和專項行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)，確保城軌行業(yè)能源利用效率大幅提升，城軌交通綠色低碳技術(shù)研發(fā)和推廣應(yīng)用取得新進(jìn)展，節(jié)能率普遍提高；綜合能耗強(qiáng)度比2020年下降10%以上，城軌綠色出行比得到顯著提升。

2030 年發(fā)展目標(biāo)可包括：全行業(yè)綠色低碳發(fā)展轉(zhuǎn)型取得顯著成效，實現(xiàn)綠色低碳智能發(fā)展模式、綠色低碳關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備研發(fā)取得突破，建立完善的城軌綠色低碳發(fā)展體系；城軌行業(yè)能源利用率達(dá)到國際先進(jìn)水平，綜合能耗強(qiáng)度比2020 年下降15%以上，城軌綠色出行比例得到大幅提升。

5 城軌綠色低碳發(fā)展的重點任務(wù)

基于城軌綠色低碳發(fā)展現(xiàn)狀和總體目標(biāo)，城軌行業(yè)應(yīng)把自身優(yōu)勢和國家配套支持政策相結(jié)合，在制度建設(shè)、關(guān)鍵技術(shù)、創(chuàng)新技術(shù)上下功夫，將綠色低碳理念貫穿于規(guī)劃、建設(shè)、運營全過程，覆蓋城軌上下游全產(chǎn)業(yè)鏈的各個方面，圍繞以下重點任務(wù)開展工作。

5.1 強(qiáng)化規(guī)劃引領(lǐng)，發(fā)揮城軌低碳出行優(yōu)勢

充分發(fā)揮綠色規(guī)劃理念的引領(lǐng)作用，將綠色規(guī)劃理念貫穿于城軌規(guī)劃、制式選擇和工程設(shè)計的全過程，將綠色低碳理念納入城軌線網(wǎng)規(guī)劃和項目規(guī)劃，同步推進(jìn)城軌交通的智慧化和綠色低碳規(guī)劃。推動開展城軌綠色低碳專項設(shè)計方案及論證，從源頭引導(dǎo)城軌按照綠色設(shè)計建造標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行工程規(guī)劃、設(shè)計，合理確定土建規(guī)模，應(yīng)用裝配式技術(shù)、電動化施工機(jī)械等低碳綠色施工技術(shù)和裝備開展施工。深化城軌規(guī)劃布局，推進(jìn)TOD 開發(fā)，提升城軌交通和城市建設(shè)的一體化協(xié)同，科學(xué)制定規(guī)劃建設(shè)方案，推進(jìn)“四網(wǎng)融合”，拓展城軌交通客流強(qiáng)度導(dǎo)向和客流吸引力提升的能力。推進(jìn)城軌既有線網(wǎng)加密改造、節(jié)能改造和乘客服務(wù)智慧化建設(shè)，改善出行體驗與碳普惠相結(jié)合，發(fā)揮城軌低碳出行優(yōu)勢，系統(tǒng)提升城軌出行競爭力[4-6]。

5.2 優(yōu)化運營管理體系，提高運營能效

優(yōu)化目前城軌運營方式和組織模式，推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)化柔性運營。構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化運營管理平臺，推廣高效運營組織模式，運能運量精準(zhǔn)匹配，采取管理優(yōu)化和既有設(shè)備設(shè)施改造并舉的節(jié)能措施。優(yōu)化運營組織模式，采用多交路行車組織方式，推廣應(yīng)用列車節(jié)能運行圖，采取靈活編組、虛擬編組和夜間存車線停車的運行模式，提高運輸效能。多措并舉，提升列車再生能量利用率，提高能源利用效率。針對客流變化情況，對車站重點耗能機(jī)電設(shè)備(扶梯、通風(fēng)空調(diào)、照明)采取分時、分區(qū)域的運行策略，降低運營能耗。

5.3 開發(fā)應(yīng)用新一代技術(shù)裝備，加快城軌綠色升級

在持續(xù)推廣成熟綠色節(jié)能技術(shù)裝備的基礎(chǔ)上，推進(jìn)城軌基礎(chǔ)設(shè)施和裝備的綠色升級，建立淘汰產(chǎn)品清單，推動基礎(chǔ)設(shè)施與裝備的綠色設(shè)計及評價。大力推動新一代綠色智能技術(shù)裝備的研發(fā)應(yīng)用，聚焦靈活編組和智能調(diào)度的新一代列車運行控制系統(tǒng)，運用永磁牽引技術(shù)和輕量化材料的簡統(tǒng)化車輛，基于雙向變流技術(shù)的新一代柔性牽引供電系統(tǒng)、再生制動能量儲饋吸收、大空間空調(diào)通風(fēng)一體化、直流照明供電、智能照明控制，基于新一代儲能、光伏與城軌供電系統(tǒng)融合，構(gòu)建“源、網(wǎng)、荷、儲”一體化的城軌交通能源互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)及裝備，提高能源利用效率。

5.4 構(gòu)建智能能源體系，系統(tǒng)管理用能和排放

健全城軌行業(yè)能源監(jiān)測管理體系，完善城軌能耗統(tǒng)計監(jiān)測和計量體系，加強(qiáng)二氧化碳排放統(tǒng)計核算能力建設(shè)。充分運用智慧城軌建設(shè)成果[7]，基于城軌云平臺，構(gòu)建城軌企業(yè)線網(wǎng)級智能能源管理平臺，以數(shù)據(jù)融合為基礎(chǔ)，實現(xiàn)能耗和排放數(shù)據(jù)的自動計量采集、超標(biāo)準(zhǔn)用能及排放的設(shè)備設(shè)施的自動識別，研究能耗-客流的耦合關(guān)系，建立能源系統(tǒng)動態(tài)管理模型，建立運營綜合場景的能耗關(guān)聯(lián)指標(biāo)體系，提升城軌交通能耗計量和碳排放監(jiān)測的智能能源管理的能力，提升城軌能源智能決策水平。

5.5 同步開發(fā)可再生能源，增加自身碳抵消資源

引入太陽能、地?zé)崮艿染G色可再生能源，充分利用車站及車輛場站的建筑條件，以自發(fā)自用為導(dǎo)向，因地制宜地全面推進(jìn)、開發(fā)、利用光伏發(fā)電，推廣光伏建筑一體化，研究光伏發(fā)電與城軌供電系統(tǒng)的結(jié)合，構(gòu)建多元化清潔能源供應(yīng)體系，增強(qiáng)城軌自身的消納能力。鼓勵因地制宜采用地源熱泵及空氣源熱泵系統(tǒng)，擴(kuò)大氫能源在城軌工程車輛、維護(hù)作業(yè)車的應(yīng)用，全面推進(jìn)替代石化能源。充分利用新型電力系統(tǒng)建設(shè)的成果，加大綠電消費，增加城軌綠電增供比例。通過優(yōu)化城軌交通的整體用能結(jié)構(gòu)，推進(jìn)城軌清潔能源化、綠色低碳化發(fā)展。

5.6 完善用能和節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)體系，加強(qiáng)制度和法律法規(guī)管理，實現(xiàn)能耗的精準(zhǔn)管控

健全綠色低碳標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，針對各設(shè)備系統(tǒng)專業(yè)建立能耗等級評定標(biāo)準(zhǔn)，面向車站運行建立分專業(yè)、分功能、分區(qū)域的差異化、定量化的能耗指標(biāo)和法規(guī)體系。及時更新修訂現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，提升綠色標(biāo)準(zhǔn)的適應(yīng)性。抓緊制定一批能耗限額、產(chǎn)品設(shè)備能效標(biāo)準(zhǔn)，加快完善行業(yè)、企業(yè)、產(chǎn)品等碳排放核查核算報告標(biāo)準(zhǔn)，建立統(tǒng)一規(guī)范的碳核算體系，并完善低碳產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識制度。

5.7 積極運用政策工具，營造綠色低碳發(fā)展動力機(jī)制

積極發(fā)展綠色低碳金融產(chǎn)品，充分利用國家碳減排貨幣政策工具，為城軌交通提供穩(wěn)定的綠色金融支持，提高資金效益。做好數(shù)據(jù)質(zhì)量把控，建立健全碳排放報告和信息披露制度，積極參與碳排放權(quán)市場交易，通過碳交易市場獲取收益，促進(jìn)城軌企業(yè)低碳技術(shù)革新和低碳轉(zhuǎn)型。積極運用市場化節(jié)能減排機(jī)制，引入市場化節(jié)能方式，推進(jìn)合同能源管理模式，調(diào)動社會資本參與用能系統(tǒng)節(jié)能改造和運行維護(hù)。

6 結(jié)語

碳達(dá)峰、碳中和對城軌行業(yè)而言，既是挑戰(zhàn)也是機(jī)遇，更是城軌行業(yè)面臨的歷史性任務(wù)和重大戰(zhàn)略，關(guān)系到城軌交通規(guī)劃、建設(shè)、運營、維保等全生命周期和上下游全產(chǎn)業(yè)鏈的高效、綠色、高質(zhì)量可持續(xù)健康發(fā)展。

城軌交通應(yīng)著眼目前現(xiàn)狀和未來發(fā)展的全局，統(tǒng)籌謀劃、頂層設(shè)計，全面踐行綠色低碳發(fā)展理念，加快自身的綠色低碳轉(zhuǎn)型，結(jié)合城軌特征，做好雙碳目標(biāo)制定、技術(shù)引領(lǐng)、政策扶持等宏觀戰(zhàn)略部署，把節(jié)約資源放在首位，實行全面節(jié)約戰(zhàn)略，挖掘節(jié)能減排潛力，提高能效水平，倡導(dǎo)綠色低碳出行的生活方式。堅持自主創(chuàng)新，攻克城軌綠色低碳的關(guān)鍵核心技術(shù)，加強(qiáng)上下游產(chǎn)業(yè)協(xié)同，圍繞綠色低碳、節(jié)能降碳、節(jié)能增效的目標(biāo)，推廣行業(yè)先進(jìn)綠色低碳技術(shù)和經(jīng)驗，提升城軌節(jié)能減排潛力。進(jìn)一步推進(jìn)新一代智慧城軌技術(shù)與城軌綠色低碳業(yè)務(wù)深度融合，以智慧賦能城軌節(jié)能降碳戰(zhàn)略，共同推進(jìn)城軌行業(yè)“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)和綠色低碳發(fā)展，實現(xiàn)城軌盡早、率先達(dá)峰，為交通行業(yè)提前實現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”做出努力，為助力國家碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略的實施貢獻(xiàn)力量。