我国铁路轨道交通绿色低碳发展现状与策略.pdf

2023年1 2 月第8 卷第4期西安交通工程学院学术研究Academic Research of Xian Traffic Engineering InstituteDec.2023Vol.8No.4我国铁路轨道交通绿色低碳发展现状与策略张恺，廖世勇(西安交通工程学院陕西西安7 1 0 3 0 0)摘要：本文对我国铁路轨道交通近年来绿色低碳发展的进展和成就进行了综述，并在总结成绩的基础上，阐释了我国“全过程绿色铁路理念内涵，然后基于我国铁路的发展方略分析，从战略定位、管理创新与技术突破等维度，将我国轨道交通绿色低碳发展方法和理论总结为2 4字：政策引导、绿色建造、绿色运营、绿色管养、聚力攻坚、绿智融合。关键词：轨道交通；绿色低碳发展；全过程绿色；发展理念；绿智融合中图分类号：U291.5文献标识码：AGreen and Low-carbon Development Status and Strategy of RailwayRail Transit in ChinaZHANG Kai,LIAO Shiyong(Xian Traffic Engineering Institute,Xian Shaanxi 710300,China)Abstract:This paper provides an overview of the progress and achievements of green and low-carbon development in Chinasrailway and rail transit in recent years.Based on the summary of achievements,the connotation of concept of whole process greenrailway in China is explained.Then,based on the analysis of Chinas railway development strategy,the green and low-carbondevelopment methods and theories of Chinas railway and rail transit are summarized into 24 words:policy guidance,greenconstruction,green operation,green management and maintenance,gathering strength and tackling difficulties,and green wisdomintegration from the dimensions of strategic positioning,management innovation,and technological breakthroughs.Keywords:rail transit;green and low-carbon development;whole process green;development concept;integration of green andintelligence引言交通运输在社会生活中承载着资源（包括人和物资等）的转移和配置，是社会运转的基石 。社会资源的转移和交通基础建设要消耗能源，并排放CO2以及HC、C O、NO x、S O 2 等有害气体。随着社会发展，交通运输成为了最主要的能源消费和污染气体排放行业。在“能源与环境 成为攸关人类社会发展的问题背景下，发展绿色低碳交通成了世界各国政府都必须解决的时代课题 2,3 。铁路轨道交通在速度、安全以及能耗和效率等方面，相对公路、水运、航空和管道等，具有一定优势，因而成为了各国优先发展的交通方式。我国政府一直将轨道交通视为国民经济中的基础性、战略性产业，着力发展。截止2 0 2 2 年，已经建成运营总里程达1 5.5 万公里的轨道路网，高速铁路总长更是享誉全球第一 4。轨道交通虽然具有相对的低能耗优势，但由于承运总量大、运行繁忙，我国轨道交通总耗能及污染气体排放也已不是一个小数作者简介：张恺（1 9 8 5-），男，讲师，硕士，研究方向：物流管理、运输经济。廖世勇（1 9 7 3-），男，教授，博士，研究方向：新能源理论及技术，运输安全理论及技术。字。2 0 2 0 年以来，我国铁路运输年耗电量已达1 40亿度左右，折算成标准煤高达1 6 0 0 万吨，开行化学需氧量约为1 5 0 0 吨/年，年排放SO2高达1 5 0 0 吨。更重要的是，由于我国幅员辽阔，经济发展仍处于快速增长期，铁路在建任务及规划也相当宏伟。仅2021年，铁路建设物化阶段就产生CO2排放近40 0 0万吨 5 。在“碳达峰、碳中和 国家战略背景下，我国轨道交通建设者基于“全过程绿色 铁路的发展理念，从战略定位、管理创新与技术突破等维度，提出了以“政策引导、绿色建造、绿色运营、绿色管养、聚力攻坚、绿智融合”为特征的中国轨道交通绿色低碳发展方法和理论体系，为世界轨道交通绿色低碳发展提供了中国样本 6 。1铁路轨道交通绿色低碳发展成就绿色低碳发展，包含绿色发展和低碳发展两层含义。“绿色”除用为颜色术语外，常指代环保，绿12我国铁路轨道交通绿色低碳发展现状与策略色发展要求发展要注重生态文明，有环境友好性。14.6绿色发展概念的出现，最早可追溯于上世纪6 0、7 013.913.1年代，但其被大众识记，是始于1 9 8 9 年英国环境12.712.412.0专家皮尔斯提出的“绿色经济”一词 7 。“低碳发展”特指低CO2排放的发展，其是本世纪才被频繁应用的新词。英国在其2 0 0 3 年能源白皮书中首次提出“低碳经济 8 ，算是低碳发展概念的最早起源。绿色发展和低碳发展概念的提出有先有后，但两者都是可持续发展的关键要点，核心均为发展中要节能减排，要减少对环境的损害。相对而言，低碳发展侧重于关注降低碳（CO2）排放”，偏向于节能范畴。我国视绿色低碳为人类命运共同体建设的必然之路，在全球可持续发展进程中担当起了负责任大国的义务。交通是国家的工业基础和命脉，铁路作为骨干交通方式，毫无疑问地成为了我国绿色低碳发展路线的践行者 9 。早在2 0 0 5 年，我国就建成了首条绿色铁路-胶新线，为全球铁路绿色低碳发展树立了典范。近年来随着“低碳”进入国民生活，中国铁路更是驶入绿色低碳快车道。如前所述，相比其他运输方式，铁路轨道交通具备相对高效、安全等绿色低碳特性，因此中国铁路轨道交通的绿色低碳发展，应该包括两个方面：16.010.02016年2 0 1 7 年2 0 1 8 年2 0 1 9 年2 0 2 0 年2 0 2 1 年2 0 2 2 年图1 我国铁路营运里程数中国铁路轨道交通绿色低碳发展亮点可总结为如下几点：1)逐年降低的能耗水平。铁路运输总能耗和单位运输综合能耗分别反映了铁路运输活跃度和效能。图3 比较了近年来我国铁路运输领域这两个指标的变化情况。结果清晰显示，2 0 1 6 年-2 0 1 9 年，我国铁路运输总能耗呈明显的增加，但单位运输量综合能耗下降幅度十分明显。而2 0 2 0 和2 0 2 1 年，由于疫情原因，铁路运输总能耗有一定幅度降低，说明运载不够足额，因而平均综合能耗有一定增加，但仍然维持较低的总体水平，侧面说明了我国轨道交通行业技术水平的逐年提升 1 1 。715.01640.010.0(L)1600.01560.0710.015.58.06.04.02.00.0年份2.012000.0100.0800.06000.0000.2000.00.02010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017.2018 2019 2020 2021 2022图2 城市轨道交通运营里程5.00.0735.030.025.020.0815010.05.00.0年份4.0一是大力发展铁路轨道交通，相对弱化其它交通方1520.0201620172018201920202021式的份额，从而提升交通行业的绿色低碳整体水年份平；其二是铁路轨道交通自身的绿色低碳发展。(a)总能耗图3 我国铁路运输总能耗及单位运输量能耗图1 所示为2 0 1 6 年以来，我国铁路营运里程变化及增速。从图中可以看出，我国铁路投资是增速不减，铁路营运里程基本有约年均3%的增速。截止2 0 2 2 年，全国铁路营业里程1 5.5 万公里，其中高铁营业里程4.2 万公里。铁路复线率为5 9.6%，电化率为7 3.8%。城市轨道交通行业的辉煌进步更能体现我国铁路轨道的成就。图2 所示为近1 0 年我国城市轨道交通运营里程及增速情况。统计显示，我国城轨地铁年均开通里程增速都在1 5%以上。截止2 0 2 3 年6 月，全国共有5 4个城市开通城市轨道交通线路2 9 5 条，运营里程达9 7 2 8.3 公里 1 0 ，我国毫无争议地成为全球地铁超级大国。随着我国铁路路网和运载规模越来越大，提升轨道交通自身的绿色低碳水平就显得特别有意义。我国铁路轨道交通建设者在相关技术和管理策略上锐意进取，取得的成就更是不胜枚举。13-5.03.6-6.020222)不断优化的用能结构。我国地铁、高铁都是电力牵引，但对于大铁路，除电力外，能源消耗类型还有燃油、燃煤以及液化石油气、天然气、外购热力等。图4所示为近年来我国大铁路能耗结构的变化情况，数据显示：我国铁路能源种类以电力、柴油和燃煤为主。2 0 1 3 2 0 2 2 年，由于既有线电气化改造以及新电气化线路开通，电力机车数量和承担的工作量明显提升，牵引用电量不断上升，电力消耗占总能耗的比例从3 7.5%上升至7 4.6%。由于内燃机车逐步被电力机车替代，油类消耗占比从35.3%下降至1 3.8%。受“三供一业”移交、大气污染严格治理、燃煤设施设备技术改造、集中供暖等影响，燃煤消耗占比从2 3.3%下降至0.9%，用能结构得到大幅优化 1 2 。在铁路供能电能的同时，铁路非牵引能耗，如暖通空调、照明、信号、通信及给排水等相关设备能耗的比例逐年下降，使得牵引能耗2016201720182019202020212022年份(b)单位运输综合能耗10.0我国铁路轨道交通绿色低碳发展现状与策略比例显著提升，能源使用效率有所提高。10080604020020132014201520162017燃煤（%）油（%）电力（%）图4近年来我国铁路能耗结构变化情况3)显著降低的污染排放。铁路工业的污染排放主要包括水污染和大气排放。随着细密过滤、厌氧净化等废水处理技术在铁路工业中的推广应用，铁路废水排放有了显著减少。随着“大气十条”等环保政策的严格执行、“三供一业的稳步推进、对供暖设备的节能技术改造、集中供暖等措施实施，使得废气排放总量、烟尘以及SO2排放量逐年降低。图5统计了近年来我国铁路SO2排放量数据 1 3 。从图中可以看出，由于我国铁路机车动力用能变革，我国铁路运营排放的SO2逐年显著降低，基本保持年近40%的降低趋势。除上以外，我国铁路还在噪声治理、路线施工固废排放等方面也取得长足进步，在此不一一列举。2.420(L)1.61：20.80.40.02018201720182019202020212022年份图5 近年来我国铁路二氧化硫排放量及降速2我国铁路绿色低碳发展方略我国铁路绿色低碳发展在能耗与污染排放方面取得的实实在在成就，其根本原因在于我国铁路建设和从业者始终秉承的“全过程绿色”的发展理念，将绿色低碳理论深植于行业运作的整个环节（图6）1 4，包括铁路路线/场站建设、维护，列车开行、报废等进程。总结我国铁路的发展经历，可以从战略定位、管理创新、技术攻坚等三个维度理解我国的全过程绿色铁路的发展方略。绿色建设绿色运营剪程袋图6 我国全过程绿色铁路发展理念2.1基于“政策引导”的战略定位建设“安全、便捷、高效、绿色、智能、经济”的现代化铁路是我国铁路发展的目标要求，为将“绿色的战略定位融入现代铁路发展的全过程，我国政府从法律法规高度以“政策引导”模式，从路网20182019202020212022建设、装备制造、运输服务等层面予以战略定位。其他（%）1)路网建设鉴于轨道运输的相对绿色低碳属性，加快铁路路网建设就是发展低碳交通。近年来，我国政府发布了许多政策文件。最新的文件包括：2021年全国人大颁布的中华人民共和国国民经济和社会发展的第十四个五年规划和2 0 3 5 远景目标纲要，2 0 2 2 年1 月国务院颁布的“十四五 现代综合交通运输体系，以及2 0 2 2 年1 2 月，中共中央、国务院发布的扩大内需战略规划纲要（2 0 2 2一2 0 3 5 年）。表1 所示为近3 年来国家发布的关于铁路路网建设的主要政策性文件，以及文件对加强铁路路网建设的具体规划内容。为了响应国家号召，各省市也有所行动，纷纷制定相应的发展政策。表1 近3 年我国相关铁路路网建设的文件发布部门、政策名称时间7-30.0国务院，关于新时代支持-35.0圈渝等高铁主通道，并划建设相关区域2021年2革命老区振兴发连接线，加大普速货运铁路路网投资建月40.0-45.0-50.0可持续发展规划绿色管养秀技煲相关内容加快建设京港(台）、包（银)海、沿江、展的意见设和改造升级力度。全国人大，国民经济和社会加快城际铁路、市域(郊)铁路建设，有2021.年3发展第十四个五序推进城市轨道交通发展，提高交通通月年规划和2 0 3 5达深度，推动区域性铁路建设。年远景目标国务院办关于进一步做好全面开放铁路建设运营市场，深化铁路公厅，2 0 2 1铁路规划建设工投融资体制改革，分类分步推进铁路企年3 月作意见的通知国家铁路“十四五 铁路科局，2 0 2 1路设计施工技术，研究综合提升艰险山技创新规划年1 2 月国务院，“十四五 现代综加强资源富集区、人口相对密集脱贫地2022年1合交通运输体系区的开发性铁路和支线铁路建设。月发展规划国务院，关于印发扎实稳支持中国国家铁路集团有限公司发行2022年5住经济一揽子政3000亿元铁路建设债券。月策措施的通知中共中央、扩大内需战略规加快国家铁路网建设，“八纵八横”高国务院，划纲要2022年1 2（2 0 2 2-2 0 3 5 年）月生态环境部、中央文“十四五 噪声污明办等，造和货运铁路外迁，新建铁路项目应尽染防治行动计划2023年1量绕避噪声敏感建筑物集中区域。月14业股份制改造和优质资产上市。推进复杂特殊结构桥梁及桥上无缝线区铁路建设水平。速铁路主通道有序推进，加快普速铁路建设和既有铁路改造升级。统筹推进穿越中心城区的既有铁路改我国铁路轨道交通绿色低碳发展现状与策略2)装备制造和运输服务加强铁路路网建设能提升整个交通大系统低碳高效发展水平，但就铁路轨道交通行业内部而言，仍存在绿色发展的空间，仍需要进行低碳变革。自2 0 1 5 年以来，国务院、发改委等多部门都陆续印发了关于规范铁路机车、车辆制造、轨道建设以及运输服务等方面的政策。从政策引领角度支持铁路轨道交通行业的技术进步和服务创新，以实现轨道交通行业的低碳变革。表2 列举了国家铁路局发布的“十四五 铁路科技和服务创新的规划内容，其中有明确的绿色低碳方面的创新目标要求。基于政策引导，近年来，我国铁路轨道交通装备水平和服务质量有显著提升。机车车辆更新换代频率快，效率高、低能耗的和谐型电力机车数量、占比均逐年提高，不仅激活了铁路绿色低碳发展的“一池春水”，而且有效提高了铁路运输组织能力、管企治企水平；机车运用安全得到有效保障，老旧机车被淘汰速度加快，全国机车配置结构不断优化，故障率大大降低；国铁企业治理能力持续提升，铁路客货运能愈发强劲。表2“十四五”铁路科技、服务创新规划目标方主要内容向复兴号中国标准动车组谱系化更加完善，时速40 0 公里级高技术装速轮轨客运列车、3 万吨级重载列车、高速轮轨货运列车等备装备研制实现重大突破。铁路高效、快速、精细化运维水平明显提高，掌握高速铁路运输服更小追踪间隔技术并推广应用，旅客联程运输网络构建与协务同运验组织技术实现突破，客货运服务技术进一步提升。智能铁智能铁路成套技术体系不断完善，北斗卫星导航、第五代移动通信技术(5 G)、人工智能，大数据等信息技术在铁路实现路更广泛、成体系应用，各种交通方式信息共享水平明显增强。风险预测预警与防控的一体化主动安全防控技术体系基本形安全保成，应对各类重大风险能力显著提高，铁路本质安全水平、障设施设备运维养护能力、应急处置及救援技术水平全面提升。铁路能源供给技术取得显著进展，高能效和智能化的牵引供绿色低电核心装备技术达到世界一流水平，能源系统综合损耗逐年碳降低，生态环保修复和污染综合防治关键技术得到普遍应用。企业主体、市场导向、产学研用深度融合的技术创新体系更创新体为健全，科技创新体制机制更加完善，综合评价指标体系基系本形成，铁路技术标准体系自主完备、世界领先，建成5 0个以上铁路科技创新基地，人才队伍建设成效显著。复兴号中国标准动车组谱系化更加完善，时速40 0 公里级高技术装速轮轨客运列车、3 万吨级重载列车，高速轮轨货运列车等备装备研制实现重大突破。工程建掌握复杂地质3 0 公里以上长大隧道建设技术，突破岩爆与大变形隧道设计施工、深切峡谷特大跨度桥梁建造等一系列技造术难题。2.2面向“修运维”的管理创新中国铁路建设者们将国家对铁路的绿色发展定位融于铁路线路修建、管养和线路运营过程，具体做法可总结为面向“修”、“运”、“维”的管理创新15。1)绿色建造无论从投资力度，还是建设周期，任何一条铁路路线以及场站的建设都是关乎国计民生的重大工程。如果规划及施工考虑不周，会对环境产生较大影响。绿色规划是铁路线路及场站的绿色建设的基础。在线路走向及场站设置点的考虑上，践行绿色发展理念和生态环保选线选址理念，强化生态环保设计，充分考虑铁路沿线区域内涉及的生态系统类型、结构等因素影响，依法绕避生态敏感区、脆弱区等重要生态功能区。工程设计尽可能拟合原地形地貌，采取有效的工程措施，减少对生态环境影响，注重生态功能修复建设，加强工程项目对沿线生态环境影响的科学评估和方案措施的科学论证，从源头上规避生态环境风险。施工中强化铁路建设项目环保过程监管，严格同时设计、同时施工、同时投产的三同时制度，从源头上抓好环保措施的落实情况，严格落实环评、水保、能评及相关规定。强化建设期环境管理和监督检查，加大铁路施工期生态环境监理和监控力度。严格按照环评、水土保持方案及其批复意见落实各项生态保护和水土保持措施，严守生态保护红线、永久基本农田、城镇开发边界三条控制线，保证生态修复、地质环境治理恢复和土地复垦的严格实施，着力提升铁路工程项目沿线生态环境质量，切实做到“来时青山绿水，走时绿水青山”。修建过程中，还特别加强沿线环境整治和打造绿色廊道。积极与地方政府有关部门协调配合，依法开展铁路沿线环境整治，特别是强化铁路沿线和站段周边的生态保护、场地绿化、环境修复等工作，提高铁路用地范围内的生态环境质量，实现与铁路周边生态环境及景观的协调和谐。积极推进铁路沿线绿化工作，打造绵延万里的铁路绿色廊道和生态美丽的铁路线。2)绿色运营交通运输产出人或物的位移，需要耗能。降低铁路轨道交通的运营能耗显然对轨道交通低碳变革有直接支撑。铁路轨道交通低碳运营主要作法有：开展结构性节能减排，主要作法包括：基于网络化运营管理机制，实现运能和运量的精准匹配，形成节能高效的运营组织模式，提升出行效率及能源利用效率；构建以铁路为骨干的绿色低碳经济货运网络体系，深化货运增量行动，推动大宗货物和中长途货物运输向铁路转移，引导适宜15我国铁路轨道交通绿色低碳发展现状与策略货源通过铁路运输，促进运输结构深度调整，降低社会物流成本；实施多车协同节能运行控制等，提高列车再生制动能量利用效率，达到减小牵引能耗的效果；引入绿色清洁能源，加强太阳能、风能、氢燃料、天然气等新能源动力列车领域研究，打造铁路绿色高效载运装备等。推进技术性节能减排具体为：扩大新型低能耗技术装备应用，推广内电混合动力调车机车，研发再生制动电能，降低机车牵引用能；推进客车变频空调应用，提高客车空调能效水平；优化设计采用合理的牵引变压器容量，实施动态无功能补偿改造，降低系统用电损耗；加强铁路建筑节能技术的研发应用，推广使用绿色高效的照明设备、暖通空调等设备。开发应用能源智能管控系统，实现对耗能设备的智能优化控制，构建节能环保型铁路客运站等。强化管理性节能减排，大力发展大宗直达、多式联运等先进运输组织方式，降低车辆空驶率；大力推进综合维修基地(工区)建设，通过集中建设统一管理，实现资源优化配置和减低能源消耗；加强数字信息管理应用，提高能耗和污染物数据的自动计量采集水平，进一步提升节能环境监测的规范化、自动化和信息化能力；健全节能技术标准体系、统计考核评价体系，逐步形成适应铁路绿色环保发展的目标责任管理及评价考核体系等 1 6 。3)绿色管养铁路轨道交通管养包括机车、线路以及场站等方面的维护保养工作。绿色管养的主要内容包括且不限于：建立完善的绿色环保铁路管理体系，强化节能、环保监察，加强环保、水保、能评评审，强化事中事后监管；探索新方法新技术，实现线路的智能管养，提升管养工作的信息化水平；加强平台建设，宣传铁路节能环保的发展，讲好中国铁路绿色比较优势和节能环保故事；建立绿色绩效评价体系，提升绿色管养的科学性等。2.3聚焦“绿智”的技术突破核心技术的突破是中国铁路从跟跑到引领的主因，更是支撑我国铁路修运维管理创新的根基。中国铁路建设者们坚定不移走自主创新之路，“聚力攻坚”，构建完成了涵盖轨道工程建造、列车装备制造、运营管理三大领域的成套技术体系，初步形成了“绿智融合 的中国轨道交通优势 1 7 。主要的绿色低碳技术可总结为以下两个个方面：1)技术集成创新，引领装备绿色转型?在既有成熟绿色低碳技术的基础上进行技术集成，开展集16成创新，形成绿色低碳成套解决方案。如基于双向变流技术的节能柔性牵引供电系统；基于智能化直流照明、通风空调、电扶梯的绿色车站；基于分布式光伏、新一代储能、直流配电系统、柔性牵引供电系统的光-储-直-柔”一体化供电网络；采用永磁牵引技术、轻量化材料的绿色车辆；制动能回收与利用等技术 1 8 。技术突破或集成创新，加速了铁路轨道交通装备的绿色升级或转型，为轨道交通低碳绿色运营奠定了基础。2)数字赋能交通，推动运营逐绿而行智能理论以及数字技术进入交通运营领域，推动铁路轨道交通向智慧化延伸，铁路轨道交通智能调度、网络化运营，提高交通的运营效率和安全性，也间接地提升了轨道运营的低碳绿色水平。3结论经过近年的发展，我国铁路轨道交通的低碳绿色运营水平有了很大提升。但是，我们也要清醒地看到，目前，我国铁路在发挥绿色比较优势、基础数据计量、污染治理能力等方面仍然存在不足。如，近些年铁路客货运市场份额逐年提升，绿色外部效应逐步显现，但是与世界先进水平仍存一定差距；绿色发展理念需要进一步强化，尚有部分在建设项目实施过程中环境保护及水土保持施工期措施落实不到位，环保监督检查和技术监测水平尚显薄弱，因铁路环保、征拆而引发上访等社会问题时有发生；装备研发还需努力，早日实现我国机车装备的技术水平的整体跃升。在“双碳”背景下，我国铁路将继续推进改革和创新，将全过程绿色理念，深植于低碳铁路轨道交通的发展历程，绿智融合，建设更智能、更低碳的中国铁路，为世界绿色低碳交通建设提供支持，为我国经济的发展提供动能。参考文献1Lindsey R,Santos G.Addressing transportation and envir-onmental externalities with economics:Are policy makers 1-istening?J.Research in Transportation Economics,2020,82:100872.2Yang Z,Peng J,Wu L,Ma C,Zou C,Wei N,Zhang Y,LiuY,Andre M,Li D,Mao H.Speed-guided intelligent transportat-ion system helps achieve low-carbon and green traffic:Evi-dence from real-world measurementsJj.Journal of CleanerProduction,2020,268:122230.3中华人民共和国交通运输部,交通运输部.绿色循环低碳（下转第2 6 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