文： 黄筱璐，栾志刚，张超 丨 嘉兴市铁路与轨道交通投资集团有限责任公司
有轨电车具有节能环保、舒适安全、运营灵活、成本适宜的特点，能更好地助力城市交通领域实现双碳目标，践行绿色出行的理念。本文探讨了嘉兴市有轨电车在双碳目标下的绿色低碳化发展路径，分析了有轨电车的规划、设计、建设、运营等方面的绿色低碳措施，并提出了有轨电车绿色低碳发展总体目标，构建涵盖技术体系、政策机制、标准规范的有轨电车绿色低碳发展路径。
在“碳达峰、碳中和”目标推动下，有效减缓城市公共交通系统能源消耗与碳排放量是城市低碳交通发展的重点。新型有轨电车系统作为一种新型绿色的公共交通方式，以其运能相对较高、经济性好、绿色环保、节约能源、舒适性强等特点，已经成为国内各城市缓解交通问题和环境污染问题的理想选择。本文期望为有轨电车的绿色低碳转型提供有效的策略建议，从规划、设计、建设、运营全过程进行深入分析。
嘉兴市根据城市公共交通的发展模式和层次分析，在中心城区范围内规划建设有轨电车线网，形成7条线路，线路总长度109公里，线网总长度为98公里，形成“网格放射”网络形态。根据建设规划的内容，嘉兴有轨电车近期共建设3条线路，共划分为二期建设，故线路逐条根据分期建设范围开展项目研究。一期项目率先启动T1线一期及T2线一期（月河北站—环城南路站）两个项目的设计工作。
以嘉兴有轨电车为例，现代有轨电车绿色低碳发展规划，划定初期为2022年至2025年，近期为2026年~2032年，远期为2033年至2042年，并规定了各阶段绿色低碳发展目标（表1）。
在上述有轨电车线路发展趋势下，为顺利实现有轨电车运行能耗总量、碳排放总量的预测约束目标，遵循“目标约束、路线清晰、因地制宜”的构建原则，从初期、近期、远期三个时间段分解有轨电车绿色低碳发展总体目标，构建涵盖技术体系、政策机制、标准规范等，提出嘉兴市有轨电车绿色低碳发展总体路径。
（一） 初期有轨电车发展路径：提升有轨电车绿色低碳水平
1. 提升有轨电车绿色低碳设计水平
优化有轨电车规划设计方案能有效降低有轨电车运行能耗，通过有轨电车交通规划与沿线其他公共交通方式综合规划，选择合理的 接驳方式和接驳地点，加快绿色出行方式的推行。从基础设施设计提升 有轨电车能量综合利用效率，如优化牵引传动系统，进行车辆轻量化和减阻设计，优化辅助系统功耗分配；尽量减少大坡度运行路段，进行能量坡设计，站间距尽量不超过1.2公里。车辆基地建筑采用被动式设计技术充分利用自然条件，减少建筑运行能耗；对车辆基地建筑形态、空间结构、立面构造的合理设计能提升建筑节能效果，采用绿色低碳技术提高提升绿色建筑设计水平。在有轨电车施工过程中进行绿色施工能在最大程度上减少资源浪费。绿色施工注重控制废水、噪 音、粉尘等污染的产生，选用合理的围护结构并最大限度地回收建筑垃圾，提高资源利用率。高效率、低能耗的绿色施工技术在有轨电车建设初期阶段将成为其主要施工方式。
促进装配式发展。初期阶段试点发展具有节能环保、效率高、造价低等优势的装配式有轨电车路基、车站建筑及车辆基地建筑。预制拼装技术的应用能大大减少有轨电车工程建设对周围交通的影响。初期阶段可通过完善装配式有轨电车施工、检测等方面标准，建立装配式有轨电车试点项目，提升相关技术水平等措施促进装配式有轨电车的发展应用。
提升绿色建材使用率。钢材、水泥、玻璃、铝材等传统建筑材料，减少建材碳排放量是促进有轨电车全生命期减碳的重要途径。绿色建材具有低能耗、污染小、多功能等优势，绿色建材的原料多为建筑或农业废弃物，且生产过程节能环保，同时材料还具有安全耐用、低碳环保等特性。与传统水泥相比，以火山灰、钢铁渣等废弃物为生产原料的生态水泥可减少30%~40%的CO2排放，节能率达25%。2022年至2025年的初期阶段，在目前有轨电车绿色低碳设计理念的基础上总结经验和问题，提升绿色低碳设计水平；同时，提高绿色施工技术的质量与效率，论证技术应用可行性和经济性；推广装配式建造，促进绿色建材的应用。通过建立试点线路、降低相关技术应用成本，促进有轨电车全生命周期内的节能减碳。
2. 有轨电车车辆及建筑设备配置提升
使用新型绿色能源超级电容有轨电车车辆。结合超级电容的储能供电技术，利用超级电容优异的充放电性能，实现有轨电车、无轨电车全线无供电网运营和能量可循环利用运营。车辆基地建筑使用高效设备系统。新建车辆基地建筑应选取运行效率高的设备并及时进行检修维护，提高建筑能源利用率。车辆基地建筑及车站建筑推广LED智能照明系统。照明系统是公共建筑中的重点节能项目。LED灯具作为一种冷光源是目前最为常用的灯具之一，比荧光灯节能72%左右；LED智能照明系统比非智能系统节能69%。通过采用高效照明设备降低照明能耗。2022年至2025年的初期阶段，在目前已有的车辆基地建筑常用设备能效控制基础上，总结建筑设备选型、能效控制相关政策、措施和经验。推进LED智能照明系统的应用，开展新型照明技术及产品研究。
3. 推广复合能源供能系统与柔性用电技术
车辆基地建筑初期阶段试点复合能源供能系统的发展，如利用太阳能、风能、地热能、天然气等能源形式的复合能源系统实现建筑冷热电联供，并积极推进太阳能光伏、光热建筑，浅层地热能建筑与空气热能建筑的建设。车站建筑试点光伏、风电与车站建筑一体化建设，为车站建筑照明及信息显示提供可再生能源电力，提高有轨电车系统可再生能源利用率。初期试点建设柔性用电车站及车辆基地建筑，加快相关技术发展成熟。
（二）近期有轨电车发展路径：发展零能耗车站建筑，推动有轨电车云平台建设
1. 推进车辆及建筑设备系统运行能效提升
车辆系统采用合理车型，车体轻量化，客室采用LED照明及智能照明，空调采用变频及温度智能控制，试点应用永磁牵引技术，提高列车牵引效率，降低牵引能耗。牵引供电系统合理设置交直流网络、供电分区，选择非晶合金变压器，设置再生能量吸收装置及储能装置，提高再生电能利用效率。提升车辆基地建筑设备系统智能水平。智能化是近期阶段建筑设备系统的发展趋势，如利用集成传感器技术、无线网络体系结构、智能控制技术等方式实现建筑节能。建筑设备智能调控系统能实时监控并自动调整设备运行状态，并实现设备运行参数可视化，达到无人值守、系统智能运行的水平。
2. 试点建设零能耗车站建筑
车站建筑通过设置光伏或风力发电结合储能技术，试点建设零能耗车站建筑，有轨电车车站建筑照明及信息显示电耗均由可再生能源系统提供。到2032年可再生能源应用比例达到15%。
3. 推广绿色装配式建造
大力推广有轨电车路基、车站建筑及车辆基地建筑建设，在近期阶段随着装配式技术成熟，实现大力推广。
4. 推广新型高效能源管理模式
建立有轨电车碳足迹、碳审计、碳交易制度。结合积累的有轨电车能耗定额管理数据为碳定额基准值的确定、碳交易规则的制定提供了数据支撑。碳审计作为能源审计的一个分支能有效表征能源利用率。通过开展有轨电车约束碳审计工作，推动有轨电车碳交易实施。
5. 推动有轨电车智慧化发展
加快智慧有轨电车新技术、新模式的创新应用。积极采用物联传感技术和自动控制技术嫁接改造传统产品，加快提升车辆、车站设备的智能化水平，推进产品升级换代。搭建智慧出行咨询、智慧客流管理、智能安检（防）、智慧车站、智能环境动态调控等智慧管理系统，丰富“AI+5G+”等智慧轨交应用场景。加快有轨电车云建设，搭建智慧云平台，实现有轨电车从设计、建设到运营全环节的信息化业务全覆盖以及统一运维管理、安全管控。强化智慧有轨电车系统解决方案提供能力，推动有轨电车智能运行系统中台、智能化票务系统及乘客服务、客流监测预测与运能分配、精准调度及智能化应急处置方案、关键设备智能诊断和健康管理、运营环境安全保障等技术应用。
（三）远期有轨电车发展路径：推广零碳有轨电车建筑，完善有轨电车用能管理体系
1. 全面推广零碳车站建筑和车辆基地建筑
通过试点时期在设计理念引导、技术推动发展、政策标准体系建立方面工作的开展，结合已经形成的良好节能技术。2033年至2042年的远期优化阶段，绿色建材继续发展，建筑材料回收利用率大幅提高，建筑建造阶段的资源消耗显著下降。基于近期阶段对零能耗和产能车站建筑的探索，远期阶段有轨电车建筑逐步向产能方向转变。此阶段需结合当下新兴技术以进一步优化节能技术、产能措施、提高可再生能源利用，推进有轨建筑设计、能源利用与自然和谐统一，到2042年可再生能源利用率达到20%。
2. 规模化推广有轨电车智能控制系统应用
2033年至2042年的远期优化阶段有轨电车系统效率明显提升，成本大幅下降，车辆及节能高效设备的市场逐步扩大，设备能效管理体制机制、技术标准体系日臻完善，进一步加强对有轨电车智慧管理的支撑。该阶段有轨电车智慧云平台管理系统的准确性与智能性达到空前水平并普及使用，有轨电车运行管理水平进一步提高。
3. 有轨电车能耗管理制度成熟完善
远期优化阶段，绿色金融体系基本完善，交通领域的碳排放管理与碳交易制度逐步成熟。本阶段随着技术发展和有轨电车电力供应发展情况，适时调整碳排放管理政策，推进有轨电车碳排放进一步降低。建筑领域的碳交易市场成熟完善，有轨电车能耗与碳排放达到极低水平，有轨电车碳排放管理模式在该阶段将迈向新的台阶。
截至2022年2月6日，嘉兴有轨电车全天运营近19个小时，日均发行列车227列次，累计安全发送乘客106.06万人次，单日最高客流达3.20万人次。开通至今运行图兑现率99.54%，列车准点率99.01%。已开通运营的嘉兴市有轨电车一期工程示范段，不仅在多方面与嘉兴市经济社会发展相适应，其采用的超级电容车辆与传统有网受电式车辆相比，系统能够节能30%以上，车辆所用材料90%以上可循环利用，更加节能环保。由于有轨电车车站具有耗能系统和设备类型较多、数量较大的特点，从耗能系统的功能、用途和能源消耗的流向、分布、利用角度等方面分析，本次拟将现代有轨电能耗系统分为牵引能耗、动力照明能耗和车辆基地能耗三部分，车辆基地能耗在一年中呈现出明显的季节性变化，能耗最高的阶段出现在6月至8月，总能耗达到75万千瓦时以上（图1）。
图 1 有 轨 电车全年总能耗
其中动力照明能耗也明显高于其他月份，这部分能耗的增加可能与夏季空调制冷有关。同时，将牵引能耗月客流量进行比对，发现载客量是影响车辆牵引能耗的重要因素，客流量高峰期牵引能耗明显高于客流量低峰期的牵引能耗。
基于有轨电车绿色低碳发展现状和总体目标， 有轨电车行业应把自身优势和国家配套支持政策相结合，在制度建设、关键技术、创新技术上下功夫，将绿色低碳理念贯穿于规划、建设、运营全过程，覆盖有轨电车上下游全产业链的各个方面，围绕以下重点任务开展工作。
一是强化规划引领，发挥有轨电车低碳出行优势。 充分发挥绿色规划理念的引领作用，将绿色规划理念贯穿于有轨电车规划、制式选择和工程设计的全过程，将绿色低碳理念纳入有轨电车线网规划和项目规划，同步推进有轨电车交通的智慧化和绿色低碳规划。推动开展有轨电车绿色低碳专项设计方案及论证，从源头引导有轨电车按照绿色设计建造标准进行工程规划、设计，合理确定土建规模，深化有轨电车规划布局，推进TOD开发，提升有轨电车和城市建设的一体化协同，科学制定规划建设方案，推进由干线铁路、城际铁路、市域（郊）铁路、城市轨道交通（有轨电车）构成的多层次轨道交通体系规划框架，并建立“以有轨电车为骨干、常规公交为主体、其他公交方式为补充”的城市综合公共交通战略目标，为有轨电车创造良好的发展机遇，拓展有轨电车客流强度导向和客流吸引力提升的能力。提高有轨电车乘客服务智慧化建设，改善出行体验与碳普惠相结合，发挥有轨电车低碳出行优势，系统提升有轨电车出行竞争力。
二是应用新一代技术装备，加快有轨电车绿色升级。 在持续推广成熟绿色节能技术装备的基础上，推进有轨电车基础设施和装备的绿色升级，建立淘汰产品清单，推动基础设施与装备的绿色设计及评价。大力推动新一代绿色智能技术装备的研发应用，聚焦灵活编组和智能调度的新一代列车运行控制系统，运用永磁牵引技术、无网供电技术、超级电容 + 蓄电池供电技术、氢燃料电池供电技术结合轻量化材料的简统化车辆，基于双向变流技术的新一代柔性牵引供电系统、再生制动能量储馈吸收、直流照明供电、智能照明控制，基于新一代储能、光伏与有轨电车供电系统融合，构建“源、网、荷、储” 一体化的有轨电车能源互联网等技术及装备，提高能源利用效率。
三是绿色低碳施工。 有轨电车施工阶段贯彻落实绿色、低碳施工理念，采用先进的施工技术、合理的施工方案，有助于在保证有轨电车工程质量的前提下，提高施工效率、缩短工期、减少资源浪费，同时可降低因施工作业对城市环境和周边居民带来的影响。
四是构建智能能源体系，系统管理用能和排放。 健全有轨电车能源监测管理体系，完善有轨电车能耗统计监测和计量体系，加强二氧化碳排放统计核算能力建设。充分运用智慧有轨电车建设成果，基于云平台，构建有轨电车线网级智能能源管理平台，以数据融合为基础，实现能耗和排放数据的自动计量采集、超标准用能及排放的设备设施的自动识别，研究能耗——客流的耦合关系，建立能源系统动态管理模型，建立运营综合场景的能耗关联指标体系，提升有轨电车交通能耗计量和碳排放监测的智能能源管理的能力，提升城轨能源智能决策水平。
五是同步开发可再生能源，增加自身碳抵消资源。 引入太阳能等绿色可再生能源，充分利用车站及车辆场站的建筑条件，以自发自用为导向，因地制宜地全面推进、开发、利用光伏发电，推广光伏建筑一体化，研究光伏发电与有轨电车供电系统的结合，构建多元化清洁能源供应体系，增强有轨电车自身的消纳能力。在车辆基地推广使用地源热泵及空气源热泵系统，扩大氢能源在有轨电车工程车辆、维护作业车的应用，全面推进替代石化能源。充分利用新型电力系统建设的成果，加大绿电消费，增加有轨电车绿电增供比例。通过优化有轨电车交通的整体用能结构，推进有轨电车清洁能源化、绿色低碳化发展。
六是优化运营管理体系，提高运营能效。 优化有轨电车运营方式和组织模式，推进网络化柔性运营。构建网络化运营管理平台，推广高效运营组织模式，运能运量精准匹配，采取管理优化和既有设备设施改造并举的节能措施。优化运营组织模式，采用多交路行车组织方式，推广应用列车节能运行图，采取灵活编组、虚拟编组和夜间存车线停车的运行模式，提高运输效能。多措并举，提升列车再生能量利用率，提高能源利用效率，降低运营能耗。
七是建立健全碳排放报告和信息披露制度，实现能耗与碳排放精准管控。 健全有轨电车绿色低碳标准规范体系，面向有轨电车运行定量化的能耗指标和标准体系，制订完善有轨电车碳排放核查核算报告标准，建立统一规范的碳核算体系。做好数据质量把控，建立健全碳排放报告和信息披露制度，积极参与碳排放权市场交易，通过碳交易市场获取收益，促进有轨电车企业低碳技术革新和低碳转型。
