中國城市軌道交通綠色城軌發展行動方案“六大行動”解讀之二：節能降碳增效行動

文：田琳丨上海申通地鐵集團有限公司技術中心副總經理、上海申通地鐵創新研究院副院長

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

“節能降碳增效行動”是中國城市軌道交通協會近日發布的《中國城市軌道交通綠色城軌發展行動方案》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，結合上海地鐵自身實踐及工作經驗對“節能降碳增效行動”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文明思想，落實黨中央、國務院有關碳達峰碳中和工作的指導意見和行動方案等戰略部署，以綠色轉型為主線，清潔能源為方向，節能降碳為重點，智慧賦能，創新驅動，開展六大綠色城軌行動，實現碳達峰碳中和目標，建成綠色城軌，促進城軌交通可持續高質量發展，助推交通強國和美麗中國的建設。

在目標節點方面，節能降碳增效行動主要分為兩個階段：

一是2025年，全產業鏈節能標準體系初步建立；成熟節能技術和裝備逐步推廣應用，新一代綠色節能技術和裝備攻關研發；運營企業和裝備企業推行節能運營模式和管理模式，普遍實現創新優化，節能降碳效果顯著，能效利用率明顯提高；一批綠色節能技術和裝備，以及綠色車站、場段、線路、工廠等示范工程（項目）逐步建設，綠色標桿引領作用初步顯現；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，新一代節能技術和裝備研發和應用取得顯著成效；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，節能降碳增效行動主要分為五項措施：

一是制定節能標準，應用綠色標準節能；二是推廣節能技術，應用綠色技術節能；三是創新運營模式，應用綠色模式節能；四是創新管理模式，應用綠色管理節能；五是樹立標桿項目，應用綠色示范節能。

（一）標準引領、協同推進

標準決定質量。標準引領首先要構建完善的標準體系，覆蓋全專業、全系統、全周期，保障地鐵綠色低碳、節能減排工作的規范化和長效性。上海地鐵自“十一五”起便積極籌劃，制定系統的綠色低碳、節能減排戰略，率先提出“打造綠色地鐵、提升網絡品質”的目標，應用系統性、標準化的管理方法，研究建成了由機制、管理、技術組成的節能工作標準體系，以保障上海地鐵綠色低碳、節能減排工作的規范化和長效性。

在標準體系構建以后，要考慮對標國際最高水平，研編中國先進節能標準。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，能源及環境設計領先者）綠色認證地鐵車站，通過綠色設計和施工，達到了節電25%和節水50%的節能效果。在綠色設計方面，大中庭引入自然光，選擇了對高反射率、低透光率、低傳熱系數天窗玻璃做好隔熱；所有出入口等屋面采用淺色蓄能發光多功能涂料，降低熱島效應。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、混凝土等建設過程中廢棄物回收率達90%以上，低揮發及粘合劑，VOC優于國標；本地材料占70%。

在開展諸光路綠色建筑認證過程中，上海地鐵總結城市軌道交通建筑開展綠色標準認證的經驗，提出了研編更適用于軌道交通行業的綠色標準的想法。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標準化協會（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境質量要求 》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，在行業內如長沙地鐵、廣州地鐵等城軌交通企業也分別制訂了各自的綠色城軌標準，引領技術發展，貫徹綠色節能理念。

（二）技術節能、匹配運行

城市軌道交通是一個多專業、多系統、聯動發展的系統。因此，除了在技術上強調節能以外，還應重點講究“匹配運行”，最大程度發揮整體效應。上海地鐵從2005年至2020年的運營能耗數據統計趨勢見圖1。從趨勢看，單位作業量能耗指標持續下降，尤其十二五期間，下降明顯，主要是因為我們經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能技術改造工作，重點突破照明系統和通風空調系統等節能關鍵技術，采用“合同能源管理”和“直接采購”相結合的模式全面推進。從白熾燈到熒光燈，從LED到智能照明，超90%車站已應用節能型燈具；從定頻空調到變頻空調，從單一模式到智能調控，超80%地下站空調系統已采用節能控制；變頻電梯、節能型變壓器、可調式通風型站臺門、列車節能運行模式等一大批節能“四新”技術在上海地鐵得到廣泛推廣應用。

圖1 上海地鐵運營與能耗數據趨勢（2005年至2020年）

在綠色地鐵推進過程中，上海地鐵的節能技術改造重點針對牽引系統和動力照明系統兩個方面。一系列技術得到推廣應用。一是列車節能運行模式：從2011年在11號線試點評估測試（節能率約7%左右）后，陸續全路網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，此技術適合高架線路超30%線路。三是列車變頻空調：2009年在5號線17列車進行冷熱一體化變頻空調改造，綜合節能率達25%；四是車站照明：其改造經歷了2個階段，2009年，我們采用EMC的模式對1號線全線用節能型熒光燈替代普通T8燈管，節能率約50%；2010年，我們首次大規模引入LED對4號線車站進行節能改造，節能率高達64%，目前約80～90%線路車站均采用LED照明；五是通風空調：2009年在4號線上海體育館站、浦電路站分別進行了水系統模糊控制和風系統變頻改造，均取得不錯的節能效果，后續在既有線路100多座車站推廣應用。

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

圖2 打造“近零碳”車輛基地

（三）運營節能、精細管理

在運營節能方面，上海地鐵目前采用三種措施：

一是節能運行圖。2011年，通過在非高峰時段對上海地鐵11號線全線采用“節能運行圖”與“非節能運行圖”模式下的列車牽引能耗數據對比分析，“節能運行圖”與“非節能運行圖”相比，全線列車純牽引系統綜合節能率為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，結合線路平縱斷面參數、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 模式下的節能運行并可控，又盡量滿足同一供電臂內多列車牽引與反饋電能的均衡，直至全線列車的節能運行及運行調整要求等多項功能有機統一。

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

三是熱舒適度研究。理論計算發現：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；能耗模擬結果顯示：采用推薦運行溫度的車站系統能耗小于常規設計溫度的車站能耗，相比而言運營初期節能量達25%，運營中期節能量達24%，運營遠期節能量達23%；以2019年室外氣象數據為例，結合熱量平衡以及空氣換熱能效比對車站空調季節采用推薦運行溫度的節能量進行計算，相比于常規設計溫度節能量達到149.35×103千瓦每小時。

（四）組織保障、壓實責任

在“節能降碳增效行動”方面，除了標準、技術、運營以外，組織保障最為關鍵，要構建管理體系，壓實各方責任。主要措施包括：

一是組織領導、系統推進。建立完善的節能管理機構體系，確保組織領導，專職機構，職責明確、有序推薦。

二是規范管理行為。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。

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

五是制定專項規劃/年度計劃。制定建設項目和運營線路節能實施的詳細規劃和工作計劃，統籌規劃，有序開展。

此外，要研發線網級能耗監測管理系統平臺，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，初步建成了能耗監測平臺，并發布了建設指導意見，明確了計量設置要求和系統功能要求，指導新線建設；并構架了軌道交通能耗評價體系和指標；“十三五”期間，根據實際數據，不斷優化完善指標體系，修訂地標；“十四五”期間，按照數字化轉型要求，開展平臺功能優化和提升工作。

上海地鐵打造的新一代能耗監測系統平臺，覆蓋全路網20條線，508座車站，具備5大功能模塊，120個功能點，主要為在線監測、能耗統計、考核分析、預測診斷、運維等功能，以“同步監測、動態分析、智能診斷”為目標，讓上海地鐵能耗數據透明、趨勢可見，管理增效。

（五）示范引領、總結提升

上海地鐵充分發揮綠色城軌示范工程、先進技術的引領作用，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水技術、高效冷水機組、節水技術、智能照明等技術措施，均帶來效益可觀的能耗降低、成本節省及CO2減排量，取得了重要的節能減碳效果和社會與經濟效益。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制可推廣價值，不僅響應了國家節能減排，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、先進技術實施模式及成效