中國城市軌道交通綠色城軌發(fā)展行動方案“六大行動”解讀之二：節(jié)能降碳增效行動

文：田琳丨上海申通地鐵集團有限公司技術(shù)中心副總經(jīng)理、上海申通地鐵創(chuàng)新研究院副院長

近日，中國城市軌道交通協(xié)會發(fā)布《中國城市軌道交通綠色城軌發(fā)展行動方案》，并明確提出了“六大行動”，即綠色規(guī)劃先行行動、節(jié)能降碳增效行動、出行占比提升行動、綠色能源替代行動、綠色裝備制造行動、全面綠色轉(zhuǎn)型行動，本文主要結(jié)合工作實踐經(jīng)驗對“六大行動”之“節(jié)能降碳增效行動”的要點進行解讀。

“節(jié)能降碳增效行動”是中國城市軌道交通協(xié)會近日發(fā)布的《中國城市軌道交通綠色城軌發(fā)展行動方案》中提出的“六大行動”之一，筆者作為《綠色城軌行動方案》編制組成員之一，結(jié)合上海地鐵自身實踐及工作經(jīng)驗對“節(jié)能降碳增效行動”進行六個方面的重點解讀。

一、目標

以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，深入貫徹習近平生態(tài)文明思想，落實黨中央、國務(wù)院有關(guān)碳達峰碳中和工作的指導意見和行動方案等戰(zhàn)略部署，以綠色轉(zhuǎn)型為主線，清潔能源為方向，節(jié)能降碳為重點，智慧賦能，創(chuàng)新驅(qū)動，開展六大綠色城軌行動，實現(xiàn)碳達峰碳中和目標，建成綠色城軌，促進城軌交通可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展，助推交通強國和美麗中國的建設(shè)。

在目標節(jié)點方面，節(jié)能降碳增效行動主要分為兩個階段：

一是2025年，全產(chǎn)業(yè)鏈節(jié)能標準體系初步建立；成熟節(jié)能技術(shù)和裝備逐步推廣應(yīng)用，新一代綠色節(jié)能技術(shù)和裝備攻關(guān)研發(fā)；運營企業(yè)和裝備企業(yè)推行節(jié)能運營模式和管理模式，普遍實現(xiàn)創(chuàng)新優(yōu)化，節(jié)能降碳效果顯著，能效利用率明顯提高；一批綠色節(jié)能技術(shù)和裝備，以及綠色車站、場段、線路、工廠等示范工程（項目）逐步建設(shè)，綠色標桿引領(lǐng)作用初步顯現(xiàn)；較2020年綜合能耗強度下降≥10%，牽引能耗強度下降≥10%。

二是2030年，新一代節(jié)能技術(shù)和裝備研發(fā)和應(yīng)用取得顯著成效；較2020年城軌綜合能耗強度下降≥15%，牽引能耗強度下降≥15%。

二、措施

在措施方面，節(jié)能降碳增效行動主要分為五項措施：

一是制定節(jié)能標準，應(yīng)用綠色標準節(jié)能；二是推廣節(jié)能技術(shù)，應(yīng)用綠色技術(shù)節(jié)能；三是創(chuàng)新運營模式，應(yīng)用綠色模式節(jié)能；四是創(chuàng)新管理模式，應(yīng)用綠色管理節(jié)能；五是樹立標桿項目，應(yīng)用綠色示范節(jié)能。

（一）標準引領(lǐng)、協(xié)同推進

標準決定質(zhì)量。標準引領(lǐng)首先要構(gòu)建完善的標準體系，覆蓋全專業(yè)、全系統(tǒng)、全周期，保障地鐵綠色低碳、節(jié)能減排工作的規(guī)范化和長效性。上海地鐵自“十一五”起便積極籌劃，制定系統(tǒng)的綠色低碳、節(jié)能減排戰(zhàn)略，率先提出“打造綠色地鐵、提升網(wǎng)絡(luò)品質(zhì)”的目標，應(yīng)用系統(tǒng)性、標準化的管理方法，研究建成了由機制、管理、技術(shù)組成的節(jié)能工作標準體系，以保障上海地鐵綠色低碳、節(jié)能減排工作的規(guī)范化和長效性。

在標準體系構(gòu)建以后，要考慮對標國際最高水平，研編中國先進節(jié)能標準。例如，上海地鐵17號線諸光路站自2015年開建之初，貫徹綠色發(fā)展理念，引入綠色建筑認證，2018年獲得了認證證書，成為亞洲首座獲得LEED（Leadship in Energy and Environmental Design，能源及環(huán)境設(shè)計領(lǐng)先者）綠色認證地鐵車站，通過綠色設(shè)計和施工，達到了節(jié)電25%和節(jié)水50%的節(jié)能效果。在綠色設(shè)計方面，大中庭引入自然光，選擇了對高反射率、低透光率、低傳熱系數(shù)天窗玻璃做好隔熱；所有出入口等屋面采用淺色蓄能發(fā)光多功能涂料，降低熱島效應(yīng)。在綠色施工方面，10萬方渣土變廢為寶，用于修路、回填、修固地基等；鋼筋、混凝土等建設(shè)過程中廢棄物回收率達90%以上，低揮發(fā)及粘合劑，VOC優(yōu)于國標；本地材料占70%。

在開展諸光路綠色建筑認證過程中，上海地鐵總結(jié)城市軌道交通建筑開展綠色標準認證的經(jīng)驗，提出了研編更適用于軌道交通行業(yè)的綠色標準的想法。與美國綠色建筑委員會合作，以18號線開展LEED認證為契機，研編了《LEED BD+C Transit Stations》；與上海建科院合作，以14號線開展綠色認證為實踐為契機，研編了適用于軌道交通車站和車輛基地的中國工程建設(shè)標準化協(xié)會（CECS）《綠色城市軌道交通建筑評價標準》。除了這些綜合標準，上海還制訂了《城市軌道交通能源消耗指標和計算方法》《城市公共用水定額及其計算方法 第10部分：城市軌道交通》《城市軌道交通地下車站環(huán)境質(zhì)量要求 》等一系列地方性標準，有力支撐了綠色地鐵的標準化提升。此外，在行業(yè)內(nèi)如長沙地鐵、廣州地鐵等城軌交通企業(yè)也分別制訂了各自的綠色城軌標準，引領(lǐng)技術(shù)發(fā)展，貫徹綠色節(jié)能理念。

（二）技術(shù)節(jié)能、匹配運行

城市軌道交通是一個多專業(yè)、多系統(tǒng)、聯(lián)動發(fā)展的系統(tǒng)。因此，除了在技術(shù)上強調(diào)節(jié)能以外，還應(yīng)重點講究“匹配運行”，最大程度發(fā)揮整體效應(yīng)。上海地鐵從2005年至2020年的運營能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計趨勢見圖1。從趨勢看，單位作業(yè)量能耗指標持續(xù)下降，尤其十二五期間，下降明顯，主要是因為我們經(jīng)過十一五的籌劃準備研究試點后，對既有運營線路開展了大量節(jié)能技術(shù)改造工作，重點突破照明系統(tǒng)和通風空調(diào)系統(tǒng)等節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)，采用“合同能源管理”和“直接采購”相結(jié)合的模式全面推進。從白熾燈到熒光燈，從LED到智能照明，超90%車站已應(yīng)用節(jié)能型燈具；從定頻空調(diào)到變頻空調(diào)，從單一模式到智能調(diào)控，超80%地下站空調(diào)系統(tǒng)已采用節(jié)能控制；變頻電梯、節(jié)能型變壓器、可調(diào)式通風型站臺門、列車節(jié)能運行模式等一大批節(jié)能“四新”技術(shù)在上海地鐵得到廣泛推廣應(yīng)用。

圖1 上海地鐵運營與能耗數(shù)據(jù)趨勢（2005年至2020年）

在綠色地鐵推進過程中，上海地鐵的節(jié)能技術(shù)改造重點針對牽引系統(tǒng)和動力照明系統(tǒng)兩個方面。一系列技術(shù)得到推廣應(yīng)用。一是列車節(jié)能運行模式：從2011年在11號線試點評估測試（節(jié)能率約7%左右）后，陸續(xù)全路網(wǎng)非高峰時段全部啟用。二是列車照明：2009年在9號線列車試點改造后，大規(guī)模推廣到全部線路；2013年，開始在4號線28列智能光控改造，此技術(shù)適合高架線路超30%線路。三是列車變頻空調(diào)：2009年在5號線17列車進行冷熱一體化變頻空調(diào)改造，綜合節(jié)能率達25%；四是車站照明：其改造經(jīng)歷了2個階段，2009年，我們采用EMC的模式對1號線全線用節(jié)能型熒光燈替代普通T8燈管，節(jié)能率約50%；2010年，我們首次大規(guī)模引入LED對4號線車站進行節(jié)能改造，節(jié)能率高達64%，目前約80～90%線路車站均采用LED照明；五是通風空調(diào)：2009年在4號線上海體育館站、浦電路站分別進行了水系統(tǒng)模糊控制和風系統(tǒng)變頻改造，均取得不錯的節(jié)能效果，后續(xù)在既有線路100多座車站推廣應(yīng)用。

此外，上海地鐵在新能源方面已建成24MW的光伏工程，年發(fā)電量約2400萬度，還在推進如智能化高效環(huán)控系統(tǒng)、基于網(wǎng)源儲荷的綜合能源利用、打造“近零碳”車輛基地（圖2）等先進技術(shù)應(yīng)用，積極探索普適于我國軌道交通與能源融合的通用技術(shù)架構(gòu)和解決方案集。

圖2 打造“近零碳”車輛基地

（三）運營節(jié)能、精細管理

在運營節(jié)能方面，上海地鐵目前采用三種措施：

一是節(jié)能運行圖。2011年，通過在非高峰時段對上海地鐵11號線全線采用“節(jié)能運行圖”與“非節(jié)能運行圖”模式下的列車牽引能耗數(shù)據(jù)對比分析，“節(jié)能運行圖”與“非節(jié)能運行圖”相比，全線列車純牽引系統(tǒng)綜合節(jié)能率為7%～9%。因此，自2012年起，上海地鐵運營線路在運營非高峰時段均啟用了節(jié)能運行圖模式，這充分利用列車運行的加速、巡行、惰行及制動的四種狀態(tài)，結(jié)合線路平縱斷面參數(shù)、牽引供電范圍劃分、列車運行間隔、列車高速運行段的再生制動等，既達到單列列車在ATO 模式下的節(jié)能運行并可控，又盡量滿足同一供電臂內(nèi)多列車牽引與反饋電能的均衡，直至全線列車的節(jié)能運行及運行調(diào)整要求等多項功能有機統(tǒng)一。

二是靈活編組。以上海地鐵16號線為例，在不降低運營服務(wù)水平的情況下，高峰時段兩節(jié)列車快速聯(lián)掛起來，形成獨立運行的6節(jié)編組列車，滿足大客流需求；平峰時段將6編組節(jié)列車快速解編成兩列3節(jié)編組列車，提升平峰服務(wù)水平，降低列車走行里程和能耗。數(shù)據(jù)證明，靈活編組方案更加省車、省電，滿載率調(diào)控效果更顯著，且對乘客的出行影響最小。

三是熱舒適度研究。理論計算發(fā)現(xiàn)：當車站相對濕度在40%～70%時，站廳與室外保持2.6℃～2.9℃的溫差、站臺與站廳保持1.3℃～1.5℃的溫差就可滿足乘客的熱舒適性需求；能耗模擬結(jié)果顯示：采用推薦運行溫度的車站系統(tǒng)能耗小于常規(guī)設(shè)計溫度的車站能耗，相比而言運營初期節(jié)能量達25%，運營中期節(jié)能量達24%，運營遠期節(jié)能量達23%；以2019年室外氣象數(shù)據(jù)為例，結(jié)合熱量平衡以及空氣換熱能效比對車站空調(diào)季節(jié)采用推薦運行溫度的節(jié)能量進行計算，相比于常規(guī)設(shè)計溫度節(jié)能量達到149.35×103千瓦每小時。

（四）組織保障、壓實責任

在“節(jié)能降碳增效行動”方面，除了標準、技術(shù)、運營以外，組織保障最為關(guān)鍵，要構(gòu)建管理體系，壓實各方責任。主要措施包括：

一是組織領(lǐng)導、系統(tǒng)推進。建立完善的節(jié)能管理機構(gòu)體系，確保組織領(lǐng)導，專職機構(gòu)，職責明確、有序推薦。

二是規(guī)范管理行為。制定列車、車站、車輛基地等各類用能管理辦法。

三是科學合理評估用能。建立并不斷完善軌道交通能耗指標體系。

四是明確節(jié)能目標責任。集團公司與調(diào)度指揮中心、維保公司及各運營公司分別簽訂節(jié)能工作年度責任書，明確目標責任建立節(jié)能考評獎懲制度。

五是制定專項規(guī)劃/年度計劃。制定建設(shè)項目和運營線路節(jié)能實施的詳細規(guī)劃和工作計劃，統(tǒng)籌規(guī)劃，有序開展。

此外，要研發(fā)線網(wǎng)級能耗監(jiān)測管理系統(tǒng)平臺，智慧賦能高效管理。上海地鐵從2008年開始進行可行性研究，并在2座車站進行改造試點后，2010年，對既有線路進行了全面二級計量加裝改造；“十二五”期間，初步建成了能耗監(jiān)測平臺，并發(fā)布了建設(shè)指導意見，明確了計量設(shè)置要求和系統(tǒng)功能要求，指導新線建設(shè)；并構(gòu)架了軌道交通能耗評價體系和指標；“十三五”期間，根據(jù)實際數(shù)據(jù)，不斷優(yōu)化完善指標體系，修訂地標；“十四五”期間，按照數(shù)字化轉(zhuǎn)型要求，開展平臺功能優(yōu)化和提升工作。

上海地鐵打造的新一代能耗監(jiān)測系統(tǒng)平臺，覆蓋全路網(wǎng)20條線，508座車站，具備5大功能模塊，120個功能點，主要為在線監(jiān)測、能耗統(tǒng)計、考核分析、預(yù)測診斷、運維等功能，以“同步監(jiān)測、動態(tài)分析、智能診斷”為目標，讓上海地鐵能耗數(shù)據(jù)透明、趨勢可見，管理增效。

（五）示范引領(lǐng)、總結(jié)提升

上海地鐵充分發(fā)揮綠色城軌示范工程、先進技術(shù)的引領(lǐng)作用，推廣綠色城軌的實施模式及成效（圖3）。例如分別采用LEED和綠建標準認證的上海地鐵18號線和14號線，由于采用了冷卻塔節(jié)水技術(shù)、高效冷水機組、節(jié)水技術(shù)、智能照明等技術(shù)措施，均帶來效益可觀的能耗降低、成本節(jié)省及CO2減排量，取得了重要的節(jié)能減碳效果和社會與經(jīng)濟效益。從實踐效果來看一系列綠色示范工程顯示出了顯著的可復(fù)制可推廣價值，不僅響應(yīng)了國家節(jié)能減排，雙碳目標的號召，也降低了城市軌道交通運營成本，凸顯了“綠色軌道交通”的新理念。

圖3 上海地鐵綠色城軌示范工程、先進技術(shù)實施模式及成效