西安地铁细柳车辆段实现“零碳”运营

细柳车辆段氢赋能零碳智慧能源中心屋顶安装的光伏板。(记者 雷伟东摄)

 7月22日,记者实地探访西安地铁首个轨道交通“零碳”车辆段——地铁15号线细柳车辆段。这里无需依赖外购市电维持运转,场站屋顶上连片的光伏板正在“追光”发电,深浅地热井在地下循环调温,氢能站将氢能转化为电和热……一套多能协同智慧能源系统,让这座车辆段实现供电、供暖、供冷自给自足,跑出西安轨道交通低碳转型的加速度。

 多能互补 车辆段实现能源自给自足

 作为地铁列车收班休整、检修保养的“专属之家”,车辆段一直是轨道交通系统的能耗大户。随着一系列节能降碳新技术落地应用,这一固有印象正在被改写。

 9时许,记者走进细柳车辆段看到,场区建筑布局、功能区划与常规地铁车辆段并无差别。直至步入氢赋能零碳智慧能源中心,调控大屏逐层铺展出发电、制热、储能的实时运行数据与能量流转路径,藏在建筑顶面与地表之下的“零碳密码”才终于揭开:运用库、联合检修库屋顶共布设1万余片太阳能光伏板;场区绿化带下方错落分布浅层与中深层地源热泵井;辅以氢能站、蓄水罐、储能电池等配套设施,为车辆段构建自给自足的绿色供能闭环。

 这套多能互补系统并非简单设备堆砌,而是依托地域资源优势完成技术创新设计。据西安交通大学自动化科学与工程学院教授吴江介绍,细柳车辆段立足关中平原得天独厚的地热资源,创新打造“浅层+中深层”复合地源热泵系统,搭配6.6兆瓦光伏发电系统、1.28兆瓦氢燃料电池与储能电池,形成集光伏、氢能、地热、储能于一体的多能协同供给体系。

 “地下就像一个巨大的‘恒温蓄水池’,冬暖夏凉。”吴江说,地源热泵系统无需抽取地下水,仅通过介质完成热量交换,相当于能量循环搬运装置:冬季将地层中的地热提取至场区,夏季把室内余热回灌地下。依托浅层、中深层两套地热井协同调配,再配合蓄水罐完成冷热储能,有效化解单一地热系统长期连续运行后效能下滑的难题。

 与此同时,氢能是整套系统里长期储能的核心载体。传统氢能装置大多仅利用发电产出的电能,反应产生的热量直接散失;而细柳车辆段的多能互补系统能够完整回收氢气氧化反应生成的电能与热能,实现能源充分利用。待到夜间光伏停止发电,储存的氢能便可通过氢能站转化为电能补足场站用电缺口,反应过程释放的余热还能回收供给场区冬季采暖,最大限度杜绝能源损耗。

 此外,普通光伏组件高温工况下,发电效率衰减显著。细柳车辆段采用的PVT光伏板自带集热背板,发电同时收集板面余热,板面降温后发电效率提升15%至20%,回收热能储存于浅层地热井,一举两得。

 产研协同 解锁轨道交通零碳新路径

 这份为西安地铁细柳车辆段量身定制的“零碳方案”,是西安交通大学管晓宏院士团队多年技术攻关的落地成果。

 该团队突破分布式多能源系统极致优化设计与运行技术,构建起融合热电联供以及氢、热、冷存储的创新系统结构,实现能量实时平衡与高效利用,大幅提高了系统能效并降低成本。研究成果破解了绿色能源利用中成本高、能效低、调控难等难题,为我国构建绿色、安全、高效、经济的能源体系提供了新路径。

 与此同时,跨专业一体化集成,也是细柳车辆段区别于传统节能改造的核心创新之一。记者在氢赋能零碳智慧能源中心看到,数字孪生系统全权掌管场站能源调配,打通五大能源系统互联互通通道。其中地热承担跨季节冷热储存、氢能负责昼夜长效储能、电化学储能完成毫秒级短时调峰;AI算法实时根据光照、气温、列车检修负荷自动切换供能优先级,无需人工干预即可维持细柳车辆段的高效运行。

 “以往地铁场站供电、暖通、储能分属不同单位设计,各系统独立运行,能源损耗严重。”吴江说,该项目从设备选型、管线排布到智能控制一体化优化,打通电力、暖通、氢能数据壁垒,依托物联网采集全场站上千组能耗数据,动态仿真模拟能源供需,持续优化运行策略,大幅降低场站长期用能成本。

 从设计到落地,细柳车辆段“零碳”项目分步投运、有序见效:2025年冬季,地源热泵机组率先投运,保障场区冬季供暖;2026年1月,光伏、氢能、储能系统全面并网;目前,整套系统调试全部完成,累计发电量达280万千瓦时。

 “细柳车辆段日均耗电约8000千瓦时,依托氢赋能零碳智慧能源系统自产绿电,场站的照明及动力用电完全自给,富余清洁电力还供给地铁15号线正线使用。”西安市轨道交通集团建设分公司项目管理一中心副主任金静说。

 细柳车辆段以光、氢、地热等多能互补的创新实践,把守护秦岭生态、推进交通低碳转型落到实处,为北方城市轨道交通场站“零碳”改造提供可复制、可推广的西安方案。未来,西安市轨道交通集团将牢牢把握“双碳”战略要求,持续在绿色装备升级、清洁能源应用、节能技术研发、智慧精细运营上发力突破,助力西安走好生态优先、绿色发展之路。 (记者 郭沛然)