低碳目标下轨道交通的能源消耗与减排路径研究

引言：

全球气候变化加剧与中国“双碳”目标推动，助力交通领域加速绿色升级，轨道交通依托大运量、低能耗优势，成为交通行业减排的核心依托。至 2024 年底，全国城轨的运营里程超出了1.09 万公里的规模，年客运量冲破 322 亿人次，较为庞大的运营规模，也造就了庞大的能耗底数，其碳排放占整个交通业的 4.39% 。《绿色城轨发展行动方案》明确2025 年综合能耗强度降低 10% 以上，为行业发展标定走向。现阶段超大城市网络的扩展和能耗管控矛盾突显，既有线路开展改造的动力欠缺，本文采用实际案例，分析能耗特性，制定减排途径，旨在为行业的低碳转型给予精准指引。

一、轨道交通能源消耗现状与特征

（一）核心子系统能耗占比与影响因素

轨道交通系统的能耗展现出鲜明的结构特质，各子系统占比的不同为减排提供靶向指引。牵引能耗作为核心，占据总能耗的 60%-70% ，主要用于列车开启、加速过程及爬坡，其消耗与列车的重量、运行速度、线路坡度直接相关，线路设计与车辆选型成为能耗控制的关键点[1]。供电系统作为能源传输的中心枢纽，能耗的占比在 15%-20% ，涉及变电所能耗、线路损耗等内容，效率直接影响整体能源的利用水平。

（二）不同轨道交通制式的能耗差异

车站运营能耗约占总能耗 20% ，其中空调系统能耗最突出，在大型枢纽中占公共区域能耗 40%- 60% ，通风、照明和自动扶梯各占 10%-15%₉ 。值得注意的是，不同制式能耗表现不同，地铁系统因大运量集约化特征，单位客流能耗显著低于单轨、有轨电车等其他制式，体现出运力规模与能耗效率的正相关关系[2]。

（三）区域运营能耗的实践差异

从区域实际实践案例看，部分城市采用技术改造的方式实现能耗下降，如天津轨道交通实施持续改造，牵引能耗相较于几年前降低超 16% ，说明技术优化的可行性。但北京、上海等超大城市，鉴于线路网络复杂无序、高峰时段运营压力大，能耗强度依旧比行业平均水平高，揭示出运营规模扩大与能耗管控的矛盾，需凭借精细化管理实现平衡[3]。

二、低碳减排关键技术路径与实践案

（一）车辆与牵引系统技术创新

车辆的减重与牵引技术的升级是减排核心要点，材料革新和动力优化成效突出。在车辆轻量化方面，车体与转向架采用碳纤维复合材料，实现明显减重，切实降低运行时的能耗，其一体化设计冲破了承载与功能适配的瓶颈难题，为既有车辆改造提供可行方案。

牵引系统方面，永磁同步电机较传统异步电机效率提升明显，配合铁路功率调节器的协调控制技术，大幅提高再生制动能量回收率。这种“牵引-制动”能量闭环管理模式，在多地地铁工程中验证了规模化应用的节电与减排潜力，成为技术减排的关键抓手。

（二）能源结构转型与基础设施优化

可再生能源替代与智能设施改造为车站减排提供重要支撑。“光伏+储能”“光伏+空气源热泵”等模式在枢纽站点与车辆段的应用，实现清洁能源就地消纳，兼具环境效益与经济性，部分项目展现出较短的投资回收周期。此外，智能环控系统凭借联动控制与变频改造，极大降低空调的能源消耗；实

施LED 照明推广事项与高效供电设备升级，分别降低照明与供电的损耗。北京轨道交通借助多种技术组合开展改造，提高营运车辆的节能水准，生成基础设施优化的示范实例。

（三）运营调度智能化与管理优化

智能化调度与精细化管理有效降低动态能耗。基于 ATO 系统的节能运行策略，通过优化列车运行曲线、利用节能坡与惰行工况，减少无效加减速，降低能源消耗，“节能计划运行图”在超大城市轨道交通中应用，有效实现能耗精准管控。此外，信号系统与供电分区协同控制将再生制动能量回收最大化。同时，采用调整行车间隔、优化编组提升满载率，降低单个客流的能耗，成都、合肥等城市较高的正点率为能耗稳定打下基础，深圳地铁数字化调度展现出智能化管理的经济成效。

三、轨道交通减排面临的核心挑战

尽管轨道交通减排技术在应用方面已取得可观进展，但行业依旧需应对一系列实际难题。技术成本连同改造难度形成首要阻碍，诸如碳纤维车体、高效储能系统等先进技术，初始阶段投入的费用较高，众多城市尤其是既有的线路改造项目，被资金压力制约积极性不足。

即使节能改造具备经济上的可操作性，然而其投资完成后的回收周期长，需对跨年度资金统筹规划，一些城市短期资金调度的能力有限，进一步妨碍了进程开展。此外，电网协同欠佳对减排成效有影响，目前绿电占比比较低，电网碳排放水平未能充分契合轨道交通深度减排的要求，能源供给侧的转型滞后于交通减排的实际要求。

四、“技术-政策-市场”三位一体的减排推进策略

针对上述挑战，需构建“技术-政策-市场”协同发力的减排机制。技术层面，优先推广碳纤维轻量化、再生制动能量回收等成熟技术，制定分阶段改造计划，参考天津车辆段改造快速回本经验，优先在枢纽站点、高能耗线路试点，以点带面提升成效。

政策层面，建议将绿证交易纳入节能考核中，明晰抵扣规则，同时对示范项目精准给予财政方面的补贴，降低初期投入的门槛。市场层面，构建统一的碳减排核算规范，促进合规减排量进入区域碳市场开展交易，依靠市场化激励举措激发企业转型的内生动力。

五、结语

轨道交通实施低碳转型对交通领域实现“双碳”目标有战略意义。研究表明，技术、运营、能源协同发力可高效达成减排成效，车辆轻量化、再生制动等技术将能耗降低到 7% 以上，智能调度将能耗降低了 15% ，“光伏+储能”模式的减排效果十分明显。深圳、天津等地实践证实，减排既产生环境效益又具有经济效益，如天津车辆段改造两年回本。未来需聚焦“光储直柔”集成、全生命周期碳核算、数字孪生管控等领域，促进行业在 2030 年前实现能耗强度下降 15% 以上，构建城市低碳发展的标杆。

参考文献：

[1]姚飏.城市轨道交通系统的能源效率优化与绿色科技创新路径[J].电脑采购,2025(4):88-90.

[2]李天淋.北京市轨道交通牵引碳排放影响因素及减排策略研究[D].北京:北京交通大学,2022.

[3]吴启贤,谢新艳,陈赟,等.基于偏最小二乘法结构方程模型的城市轨道交通工程碳排放影响因素分析[J].环境工程,2023,41(10):133-140.