嘉興市有軌電車綠色低碳化發展路徑探究

文：黃筱璐，欒志剛，張超丨嘉興市鐵路與軌道交通投資集團有限責任公司

有軌電車具有節能環保、舒適安全、運營靈活、成本適宜的特點，能更好地助力城市交通領域實現雙碳目標，踐行綠色出行的理念。本文探討了嘉興市有軌電車在雙碳目標下的綠色低碳化發展路徑，分析了有軌電車的規劃、設計、建設、運營等方面的綠色低碳措施，并提出了有軌電車綠色低碳發展總體目標，構建涵蓋技術體系、政策機制、標準規范的有軌電車綠色低碳發展路徑。

在“碳達峰、碳中和”目標推動下，有效減緩城市公共交通系統能源消耗與碳排放量是城市低碳交通發展的重點。新型有軌電車系統作為一種新型綠色的公共交通方式，以其運能相對較高、經濟性好、綠色環保、節約能源、舒適性強等特點，已經成為國內各城市緩解交通問題和環境污染問題的理想選擇。本文期望為有軌電車的綠色低碳轉型提供有效的策略建議，從規劃、設計、建設、運營全過程進行深入分析。

嘉興市根據城市公共交通的發展模式和層次分析，在中心城區范圍內規劃建設有軌電車線網，形成7 條線路，線路總長度109 公里，線網總長度為98 公里，形成“網格放射”網絡形態。根據建設規劃的內容，嘉興有軌電車近期共建設3 條線路，共劃分為二期建設，故線路逐條根據分期建設范圍開展項目研究。一期項目率先啟動T1 線一期及T2 線一期（月河北站—環城南路站）兩個項目的設計工作。

一、有軌電車低碳目標與路徑

以嘉興有軌電車為例，現代有軌電車綠色低碳發展規劃，劃定初期為2022年至2025年，近期為2026年～2032年，遠期為2033年至2042年，并規定了各階段綠色低碳發展目標（表1）。

表1 初期、近期和遠期有軌電車綠色低碳發展目標

在上述有軌電車線路發展趨勢下，為順利實現有軌電車運行能耗總量、碳排放總量的預測約束目標，遵循“目標約束、路線清晰、因地制宜”的構建原則，從初期、近期、遠期三個時間段分解有軌電車綠色低碳發展總體目標，構建涵蓋技術體系、政策機制、標準規范等，提出嘉興市有軌電車綠色低碳發展總體路徑。

（一）初期有軌電車發展路徑：提升有軌電車綠色低碳水平

1.提升有軌電車綠色低碳設計水平

優化有軌電車規劃設計方案能有效降低有軌電車運行能耗，通過有軌電車交通規劃與沿線其他公共交通方式綜合規劃，選擇合理的接駁方式和接駁地點，加快綠色出行方式的推行。從基礎設施設計提升有軌電車能量綜合利用效率，如優化牽引傳動系統，進行車輛輕量化和減阻設計，優化輔助系統功耗分配；盡量減少大坡度運行路段，進行能量坡設計，站間距盡量不超過1.2 公里。車輛基地建筑采用被動式設計技術充分利用自然條件，減少建筑運行能耗；對車輛基地建筑形態、空間結構、立面構造的合理設計能提升建筑節能效果，采用綠色低碳技術提高提升綠色建筑設計水平。

在有軌電車施工過程中進行綠色施工能在最大程度上減少資源浪費。綠色施工注重控制廢水、噪音、粉塵等污染的產生，選用合理的圍護結構并最大限度地回收建筑垃圾，提高資源利用率。高效率、低能耗的綠色施工技術在有軌電車建設初期階段將成為其主要施工方式。

促進裝配式發展。初期階段試點發展具有節能環保、效率高、造價低等優勢的裝配式有軌電車路基、車站建筑及車輛基地建筑。預制拼裝技術的應用能大大減少有軌電車工程建設對周圍交通的影響。初期階段可通過完善裝配式有軌電車施工、檢測等方面標準，建立裝配式有軌電車試點項目，提升相關技術水平等措施促進裝配式有軌電車的發展應用。

提升綠色建材使用率。鋼材、水泥、玻璃、鋁材等傳統建筑材料，減少建材碳排放量是促進有軌電車全生命期減碳的重要途徑。綠色建材具有低能耗、污染小、多功能等優勢，綠色建材的原料多為建筑或農業廢棄物，且生產過程節能環保，同時材料還具有安全耐用、低碳環保等特性。與傳統水泥相比，以火山灰、鋼鐵渣等廢棄物為生產原料的生態水泥可減少30%～40%的CO2 排放，節能率達25%。

2022年至2025年的初期階段，在目前有軌電車綠色低碳設計理念的基礎上總結經驗和問題，提升綠色低碳設計水平；同時，提高綠色施工技術的質量與效率，論證技術應用可行性和經濟性；推廣裝配式建造，促進綠色建材的應用。通過建立試點線路、降低相關技術應用成本，促進有軌電車全生命周期內的節能減碳。

2.有軌電車車輛及建筑設備配置提升

使用新型綠色能源超級電容有軌電車車輛。結合超級電容的儲能供電技術，利用超級電容優異的充放電性能，實現有軌電車、無軌電車全線無供電網運營和能量可循環利用運營。

車輛基地建筑使用高效設備系統。新建車輛基地建筑應選取運行效率高的設備并及時進行檢修維護，提高建筑能源利用率。

車輛基地建筑及車站建筑推廣LED 智能照明系統。照明系統是公共建筑中的重點節能項目。LED 燈具作為一種冷光源是目前最為常用的燈具之一，比熒光燈節能72%左右；LED 智能照明系統比非智能系統節能69%。通過采用高效照明設備降低照明能耗。

2022年至2025年的初期階段，在目前已有的車輛基地建筑常用設備能效控制基礎上，總結建筑設備選型、能效控制相關政策、措施和經驗。推進LED 智能照明系統的應用，開展新型照明技術及產品研究。

3.推廣復合能源供能系統與柔性用電技術

車輛基地建筑初期階段試點復合能源供能系統的發展，如利用太陽能、風能、地熱能、天然氣等能源形式的復合能源系統實現建筑冷熱電聯供，并積極推進太陽能光伏、光熱建筑，淺層地熱能建筑與空氣熱能建筑的建設。車站建筑試點光伏、風電與車站建筑一體化建設，為車站建筑照明及信息顯示提供可再生能源電力，提高有軌電車系統可再生能源利用率。初期試點建設柔性用電車站及車輛基地建筑，加快相關技術發展成熟。

（二）近期有軌電車發展路徑：發展零能耗車站建筑，推動有軌電車云平臺建設

1.推進車輛及建筑設備系統運行能效提升

車輛系統采用合理車型，車體輕量化，客室采用LED 照明及智能照明，空調采用變頻及溫度智能控制，試點應用永磁牽引技術，提高列車牽引效率，降低牽引能耗。牽引供電系統合理設置交直流網絡、供電分區，選擇非晶合金變壓器，設置再生能量吸收裝置及儲能裝置，提高再生電能利用效率。

提升車輛基地建筑設備系統智能水平。智能化是近期階段建筑設備系統的發展趨勢，如利用集成傳感器技術、無線網絡體系結構、智能控制技術等方式實現建筑節能。建筑設備智能調控系統能實時監控并自動調整設備運行狀態，并實現設備運行參數可視化，達到無人值守、系統智能運行的水平。

2.試點建設零能耗車站建筑

車站建筑通過設置光伏或風力發電結合儲能技術，試點建設零能耗車站建筑，有軌電車車站建筑照明及信息顯示電耗均由可再生能源系統提供。到2032年可再生能源應用比例達到15%。

3.推廣綠色裝配式建造

大力推廣有軌電車路基、車站建筑及車輛基地建筑建設，在近期階段隨著裝配式技術成熟，實現大力推廣。

4.推廣新型高效能源管理模式

建立有軌電車碳足跡、碳審計、碳交易制度。結合積累的有軌電車能耗定額管理數據為碳定額基準值的確定、碳交易規則的制定提供了數據支撐。碳審計作為能源審計的一個分支能有效表征能源利用率。通過開展有軌電車約束碳審計工作，推動有軌電車碳交易實施。

5.推動有軌電車智慧化發展

加快智慧有軌電車新技術、新模式的創新應用。積極采用物聯傳感技術和自動控制技術嫁接改造傳統產品，加快提升車輛、車站設備的智能化水平，推進產品升級換代。搭建智慧出行咨詢、智慧客流管理、智能安檢（防）、智慧車站、智能環境動態調控等智慧管理系統，豐富“AI+5G+”等智慧軌交應用場景。加快有軌電車云建設，搭建智慧云平臺，實現有軌電車從設計、建設到運營全環節的信息化業務全覆蓋以及統一運維管理、安全管控。強化智慧有軌電車系統解決方案提供能力，推動有軌電車智能運行系統中臺、智能化票務系統及乘客服務、客流監測預測與運能分配、精準調度及智能化應急處置方案、關鍵設備智能診斷和健康管理、運營環境安全保障等技術應用。

（三）遠期有軌電車發展路徑：推廣零碳有軌電車建筑，完善有軌電車用能管理體系

1.全面推廣零碳車站建筑和車輛基地建筑

通過試點時期在設計理念引導、技術推動發展、政策標準體系建立方面工作的開展，結合已經形成的良好節能技術。2033年至2042年的遠期優化階段，綠色建材繼續發展，建筑材料回收利用率大幅提高，建筑建造階段的資源消耗顯著下降?；诮陔A段對零能耗和產能車站建筑的探索，遠期階段有軌電車建筑逐步向產能方向轉變。此階段需結合當下新興技術以進一步優化節能技術、產能措施、提高可再生能源利用，推進有軌建筑設計、能源利用與自然和諧統一，到2042年可再生能源利用率達到20%。

2.規?；茝V有軌電車智能控制系統應用

2033年至2042年的遠期優化階段有軌電車系統效率明顯提升，成本大幅下降，車輛及節能高效設備的市場逐步擴大，設備能效管理體制機制、技術標準體系日臻完善，進一步加強對有軌電車智慧管理的支撐。該階段有軌電車智慧云平臺管理系統的準確性與智能性達到空前水平并普及使用，有軌電車運行管理水平進一步提高。

3.有軌電車能耗管理制度成熟完善

遠期優化階段，綠色金融體系基本完善，交通領域的碳排放管理與碳交易制度逐步成熟。本階段隨著技術發展和有軌電車電力供應發展情況，適時調整碳排放管理政策，推進有軌電車碳排放進一步降低。建筑領域的碳交易市場成熟完善，有軌電車能耗與碳排放達到極低水平，有軌電車碳排放管理模式在該階段將邁向新的臺階。

二、嘉興市有軌電車用能水平

截至2022年2 月6 日，嘉興有軌電車全天運營近19 個小時，日均發行列車227 列次，累計安全發送乘客106.06 萬人次，單日最高客流達3.20萬人次。開通至今運行圖兌現率99.54%，列車準點率99.01%。

已開通運營的嘉興市有軌電車一期工程示范段，不僅在多方面與嘉興市經濟社會發展相適應，其采用的超級電容車輛與傳統有網受電式車輛相比，系統能夠節能30%以上，車輛所用材料90%以上可循環利用，更加節能環保。

由于有軌電車車站具有耗能系統和設備類型較多、數量較大的特點，從耗能系統的功能、用途和能源消耗的流向、分布、利用角度等方面分析，本次擬將現代有軌電能耗系統分為牽引能耗、動力照明能耗和車輛基地能耗三部分，車輛基地能耗在一年中呈現出明顯的季節性變化，能耗最高的階段出現在6 月至8 月，總能耗達到75 萬千瓦時以上（圖1）。其中動力照明能耗也明顯高于其他月份，這部分能耗的增加可能與夏季空調制冷有關。同時，將牽引能耗月客流量進行比對，發現載客量是影響車輛牽引能耗的重要因素，客流量高峰期牽引能耗明顯高于客流量低峰期的牽引能耗。

圖1 有軌電車全年總能耗

三、以雙碳為目標的有軌電車綠色低碳發展建議

基于有軌電車綠色低碳發展現狀和總體目標，有軌電車行業應把自身優勢和國家配套支持政策相結合，在制度建設、關鍵技術、創新技術上下功夫，將綠色低碳理念貫穿于規劃、建設、運營全過程，覆蓋有軌電車上下游全產業鏈的各個方面，圍繞以下重點任務開展工作。

一是強化規劃引領，發揮有軌電車低碳出行優勢。充分發揮綠色規劃理念的引領作用，將綠色規劃理念貫穿于有軌電車規劃、制式選擇和工程設計的全過程，將綠色低碳理念納入有軌電車線網規劃和項目規劃，同步推進有軌電車交通的智慧化和綠色低碳規劃。推動開展有軌電車綠色低碳專項設計方案及論證，從源頭引導有軌電車按照綠色設計建造標準進行工程規劃、設計，合理確定土建規模，深化有軌電車規劃布局，推進TOD 開發，提升有軌電車和城市建設的一體化協同，科學制定規劃建設方案，推進由干線鐵路、城際鐵路、市域（郊）鐵路、城市軌道交通（有軌電車）構成的多層次軌道交通體系規劃框架，并建立“以有軌電車為骨干、常規公交為主體、其他公交方式為補充”的城市綜合公共交通戰略目標，為有軌電車創造良好的發展機遇，拓展有軌電車客流強度導向和客流吸引力提升的能力。提高有軌電車乘客服務智慧化建設，改善出行體驗與碳普惠相結合，發揮有軌電車低碳出行優勢，系統提升有軌電車出行競爭力。

二是應用新一代技術裝備，加快有軌電車綠色升級。在持續推廣成熟綠色節能技術裝備的基礎上，推進有軌電車基礎設施和裝備的綠色升級，建立淘汰產品清單，推動基礎設施與裝備的綠色設計及評價。大力推動新一代綠色智能技術裝備的研發應用，聚焦靈活編組和智能調度的新一代列車運行控制系統，運用永磁牽引技術、無網供電技術、超級電容+蓄電池供電技術、氫燃料電池供電技術結合輕量化材料的簡統化車輛，基于雙向變流技術的新一代柔性牽引供電系統、再生制動能量儲饋吸收、直流照明供電、智能照明控制，基于新一代儲能、光伏與有軌電車供電系統融合，構建“源、網、荷、儲”一體化的有軌電車能源互聯網等技術及裝備，提高能源利用效率。

三是綠色低碳施工。有軌電車施工階段貫徹落實綠色、低碳施工理念，采用先進的施工技術、合理的施工方案，有助于在保證有軌電車工程質量的前提下，提高施工效率、縮短工期、減少資源浪費，同時可降低因施工作業對城市環境和周邊居民帶來的影響。

四是構建智能能源體系，系統管理用能和排放。健全有軌電車能源監測管理體系，完善有軌電車能耗統計監測和計量體系，加強二氧化碳排放統計核算能力建設。充分運用智慧有軌電車建設成果，基于云平臺，構建有軌電車線網級智能能源管理平臺，以數據融合為基礎，實現能耗和排放數據的自動計量采集、超標準用能及排放的設備設施的自動識別，研究能耗-客流的耦合關系，建立能源系統動態管理模型，建立運營綜合場景的能耗關聯指標體系，提升有軌電車交通能耗計量和碳排放監測的智能能源管理的能力，提升城軌能源智能決策水平。

五是同步開發可再生能源，增加自身碳抵消資源。引入太陽能等綠色可再生能源，充分利用車站及車輛場站的建筑條件，以自發自用為導向，因地制宜地全面推進、開發、利用光伏發電，推廣光伏建筑一體化，研究光伏發電與有軌電車供電系統的結合，構建多元化清潔能源供應體系，增強有軌電車自身的消納能力。在車輛基地推廣使用地源熱泵及空氣源熱泵系統，擴大氫能源在有軌電車工程車輛、維護作業車的應用，全面推進替代石化能源。充分利用新型電力系統建設的成果，加大綠電消費，增加有軌電車綠電增供比例。通過優化有軌電車交通的整體用能結構，推進有軌電車清潔能源化、綠色低碳化發展。

六是優化運營管理體系，提高運營能效。優化有軌電車運營方式和組織模式，推進網絡化柔性運營。構建網絡化運營管理平臺，推廣高效運營組織模式，運能運量精準匹配，采取管理優化和既有設備設施改造并舉的節能措施。優化運營組織模式，采用多交路行車組織方式，推廣應用列車節能運行圖，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，降低運營能耗。

七是建立健全碳排放報告和信息披露制度，實現能耗與碳排放精準管控。健全有軌電車綠色低碳標準規范體系，面向有軌電車運行定量化的能耗指標和標準體系，制訂完善有軌電車碳排放核查核算報告標準，建立統一規范的碳核算體系。做好數據質量把控，建立健全碳排放報告和信息披露制度，積極參與碳排放權市場交易，通過碳交易市場獲取收益，促進有軌電車企業低碳技術革新和低碳轉型。