城市轨道交通作为高载客量、集约化出行的骨干交通方式,其节能减排效果直接影响城市低碳转型进程。在能源成本持续上升与碳达峰目标双重驱动下,构建覆盖规划设计、装备制造、运营管理、政策协同的全生命周期节能体系已成为行业共识。以下从技术革新、多个方面系统梳理可落地的实践方案,为轨道交通绿色化发展提供参考框架。
一、列车运行系统节能技术深化
车体轻量化需协同结构力学性能与材料工艺,采用中空铝型材框架搭配碳纤维增强面板,在保证安全性的前提下降低车体质量；转向架系统引入主动悬挂技术动态调节轮轨接触状态,减少因轨道不平顺导致的额外摩擦损耗；牵引传动装置采用碳化硅变流器提升电能转换效率,结合多目标协同控制算法优化电机出力曲线；空调机组应用热管换热技术回收车厢排风能量,结合湿度优先控制策略降低除湿工况能耗。
二、供电网络能效提升
基于动态阻抗匹配原理改造牵引变电所,配置自适应滤波装置抑制谐波干扰,降低无功功率传输损耗；直流供电网增设双向储能装置,在列车制动时快速存储电能并在加速阶段释放,实现负荷削峰填谷；接触网导线采用铜包铝复合材料,平衡导电率与机械强度需求,区间照明实施色温可调LED光源矩阵,依据昼夜时段切换照明模式；车站环控系统应用磁悬浮冷水机组,通过无油润滑技术减少机械摩擦损失。
三、线路规划与土建工程协同节能
线路纵断面设计采用遗传算法优化坡道组合,最大限度利用列车惯性滑行减少牵引力输出；地下车站结构创新导光井设计,通过棱镜反射体系将自然光引入站厅层,减少日间照明依赖；盾构施工推广泥水平衡与土压平衡双模切换技术,根据地质条件动态调整推进参数降低能源消耗；高架区间顶棚集成光伏发电与雨水收集双功能模块,实现能源自补给与绿化灌溉协同。
四、智能化运营管控体系构建
列车群协同调度系统基于深度强化学习算法,实时计算多车速度与距离耦合关系,生成全局最优节能运行图；车厢载重监测数据联动空调送风量,实现分区域差异化温控；设备健康管理系统建立“振动—温度—电流”多参数融合诊断模型,提前识别风机、水泵等设备的能效劣化趋势；客流密度感知系统通过毫米波雷达与视频分析技术,动态调节闸机开放数量与安检通道通行速率；能源计量平台部署边缘计算节点,对分项能耗数据进行实时分类统计与异常预警。
五、多能互补能源结构转型
车辆基地屋面建设光伏建筑一体化项目,采用碲化镉薄膜电池适应异形表面安装需求；地面线路声屏障升级为光伏隔音复合结构,拓展新能源生产空间；车站冷气引入溶液除湿与蒸发冷却复合空调技术,利用夜间谷电制备低温相变储冷材料供日间使用；氢燃料电池工程车在车辆段内部试点应用,替代柴油动力设备实现作业零排放；退役电池梯次利用中心对动力电池进行健康状态评估,重组后用于车站应急电源或调峰储能装置。
六、精益化运维管理机制创新
建立能耗对标管理体系,按线路、车型、时段三个维度制定基准值并开展动态考核；设备预防性维护引入剩余使用寿命预测模型,避免过早更换造成的资源浪费；夜间施工采用移动式储能照明方舱,替代传统柴油发电照明模式；对商业空间能耗实施定额管理制度,超限部分按阶梯价格征收能源调节费；建立节能改造项目后评估机制,通过实际节能量验证技术措施的有效性。
七、政策激励与市场驱动双轨并行
制定轨道交通碳足迹核算标准,明确建设期建材运输与运营期电力消耗的碳排放计量规则；设立绿色技术应用补贴基金,对永磁牵引、智能照明等成熟技术给予设备更新支持；推行节能效益分享模式,鼓励第三方企业投资车站节能改造并按比例获取收益；完善绿色电力消纳机制,推动轨道交通与风电、光伏发电企业签订长期直购电协议；建立行业级能效监测平台,定期发布各城市线路单位周转量能耗排名。
八、公众参与生态圈培育
开发乘客碳账户系统,将地铁出行里程自动折算为减碳数值并兑换乘车优惠；在车厢PIS屏嵌入节能知识浮动字幕,利用碎片化时间传播环保理念；举办开放日活动展示列车节能技术,增强公众对绿色出行的价值认同；联合社区开展“地铁+骑行”接驳体验周；培养多模式低碳出行习惯,设立节能创意征集平台,将可行的乘客建议转化为设备改进方案；构建企业—学校—公益组织联动的志愿宣讲网络,扩大节能文化传播覆盖面。
九、跨产业协同创新平台建设
组建轨道交通节能产业联盟,整合车辆制造、电气设备、新材料研发等领域资源；开展关键技术联合攻关,建立产学研用示范基地,加速液态金属变压器、超导电缆等前沿技术的工程验证；搭建国际经验交流平台,引进模块化变电站、数字孪生运维等先进方案并进行本土化适配；推动行业标准与建筑、电力等相关领域规范衔接,消除技术融合壁垒。
十、结语
城市轨道交通领域节能降排措施研究是一项长期工作,需要持续投入人力、物力、财力等支持,并且要积极关注最新技术发展,及时引入来优化轨道交通相关环节,此外,管理理念、政策激励、公众参与、跨产业协同等方面也要推陈出新,才能助力城市轨道交通在节能降排方面获得更好成果。
(作者单位:大连交通大学电气工程学院)
一、列车运行系统节能技术深化
车体轻量化需协同结构力学性能与材料工艺,采用中空铝型材框架搭配碳纤维增强面板,在保证安全性的前提下降低车体质量；转向架系统引入主动悬挂技术动态调节轮轨接触状态,减少因轨道不平顺导致的额外摩擦损耗；牵引传动装置采用碳化硅变流器提升电能转换效率,结合多目标协同控制算法优化电机出力曲线；空调机组应用热管换热技术回收车厢排风能量,结合湿度优先控制策略降低除湿工况能耗。
二、供电网络能效提升
基于动态阻抗匹配原理改造牵引变电所,配置自适应滤波装置抑制谐波干扰,降低无功功率传输损耗；直流供电网增设双向储能装置,在列车制动时快速存储电能并在加速阶段释放,实现负荷削峰填谷；接触网导线采用铜包铝复合材料,平衡导电率与机械强度需求,区间照明实施色温可调LED光源矩阵,依据昼夜时段切换照明模式；车站环控系统应用磁悬浮冷水机组,通过无油润滑技术减少机械摩擦损失。
三、线路规划与土建工程协同节能
线路纵断面设计采用遗传算法优化坡道组合,最大限度利用列车惯性滑行减少牵引力输出；地下车站结构创新导光井设计,通过棱镜反射体系将自然光引入站厅层,减少日间照明依赖；盾构施工推广泥水平衡与土压平衡双模切换技术,根据地质条件动态调整推进参数降低能源消耗；高架区间顶棚集成光伏发电与雨水收集双功能模块,实现能源自补给与绿化灌溉协同。
四、智能化运营管控体系构建
列车群协同调度系统基于深度强化学习算法,实时计算多车速度与距离耦合关系,生成全局最优节能运行图；车厢载重监测数据联动空调送风量,实现分区域差异化温控；设备健康管理系统建立“振动—温度—电流”多参数融合诊断模型,提前识别风机、水泵等设备的能效劣化趋势；客流密度感知系统通过毫米波雷达与视频分析技术,动态调节闸机开放数量与安检通道通行速率；能源计量平台部署边缘计算节点,对分项能耗数据进行实时分类统计与异常预警。
五、多能互补能源结构转型
车辆基地屋面建设光伏建筑一体化项目,采用碲化镉薄膜电池适应异形表面安装需求；地面线路声屏障升级为光伏隔音复合结构,拓展新能源生产空间；车站冷气引入溶液除湿与蒸发冷却复合空调技术,利用夜间谷电制备低温相变储冷材料供日间使用；氢燃料电池工程车在车辆段内部试点应用,替代柴油动力设备实现作业零排放；退役电池梯次利用中心对动力电池进行健康状态评估,重组后用于车站应急电源或调峰储能装置。
六、精益化运维管理机制创新
建立能耗对标管理体系,按线路、车型、时段三个维度制定基准值并开展动态考核；设备预防性维护引入剩余使用寿命预测模型,避免过早更换造成的资源浪费；夜间施工采用移动式储能照明方舱,替代传统柴油发电照明模式；对商业空间能耗实施定额管理制度,超限部分按阶梯价格征收能源调节费；建立节能改造项目后评估机制,通过实际节能量验证技术措施的有效性。
七、政策激励与市场驱动双轨并行
制定轨道交通碳足迹核算标准,明确建设期建材运输与运营期电力消耗的碳排放计量规则；设立绿色技术应用补贴基金,对永磁牵引、智能照明等成熟技术给予设备更新支持；推行节能效益分享模式,鼓励第三方企业投资车站节能改造并按比例获取收益；完善绿色电力消纳机制,推动轨道交通与风电、光伏发电企业签订长期直购电协议；建立行业级能效监测平台,定期发布各城市线路单位周转量能耗排名。
八、公众参与生态圈培育
开发乘客碳账户系统,将地铁出行里程自动折算为减碳数值并兑换乘车优惠；在车厢PIS屏嵌入节能知识浮动字幕,利用碎片化时间传播环保理念；举办开放日活动展示列车节能技术,增强公众对绿色出行的价值认同；联合社区开展“地铁+骑行”接驳体验周；培养多模式低碳出行习惯,设立节能创意征集平台,将可行的乘客建议转化为设备改进方案；构建企业—学校—公益组织联动的志愿宣讲网络,扩大节能文化传播覆盖面。
九、跨产业协同创新平台建设
组建轨道交通节能产业联盟,整合车辆制造、电气设备、新材料研发等领域资源；开展关键技术联合攻关,建立产学研用示范基地,加速液态金属变压器、超导电缆等前沿技术的工程验证；搭建国际经验交流平台,引进模块化变电站、数字孪生运维等先进方案并进行本土化适配；推动行业标准与建筑、电力等相关领域规范衔接,消除技术融合壁垒。
十、结语
城市轨道交通领域节能降排措施研究是一项长期工作,需要持续投入人力、物力、财力等支持,并且要积极关注最新技术发展,及时引入来优化轨道交通相关环节,此外,管理理念、政策激励、公众参与、跨产业协同等方面也要推陈出新,才能助力城市轨道交通在节能降排方面获得更好成果。
(作者单位:大连交通大学电气工程学院)