为解决日益紧张的城市交通问题，国家和各地方政府大力发展城市轨道交通，倡导绿色、低碳交通，以实现降低能耗、减少碳排放的目标。城市轨道交通系统主要包含车站、运营车辆、车辆段设备和维护车辆等几大部分。下面分析一下目前我国城市轨道交通系统的碳排放和能耗现状。
1.按照系统主要功能部件分析
供电系统的节能问题不是孤立的，它贯彻在设计、建设、运营的各个环节，简述如下：
（1）主变电所的设置 合理设置主变电所，最好选在两条线交汇点并尽量靠近线路，既能实现资源共享，又能达到节能的效果。同时，结合城轨线网规划及供电网络规划应尽量减少主变电所数量，减少主变电所设备损耗。
（2）主变压器容量的确定 主变电所一般设两台主变压器，需要合理确定主变压器的容量，其负载率应为70%，使主变压器高效运行，降低损耗，取得节能效果。
（3）中压网络电压等级选择 根据用电负荷及供电距离，需要合理确定中压网络电压等级。中压网络的电压等级越高，线路损耗越小，但电压等级的提高会使设备造价增加，工程建设投资加大。目前国内城市轨道交通中压网络有10kV和35kV两种。但是应用在现代有轨电车领域的中压网络普遍采用10kV。
（4）系统电缆选择 合理确定系统电缆截面，减少中压网络的线路损耗，也可达到节能的效果。按经济电流选择电缆截面，会减少35%～42%的线路损耗。结合中压电缆使用寿命和近、远期之间的项目周期，按照远期负荷进行计算与选择，这样也可减少全生命周期电缆的二次投资问题。
（5）牵引变电所的设置及容量确定 合理设置牵引变电所，也可达到节能的目的。在牵引变电所设计时，应尽量保持牵引变电所两套牵引整流机组的负载平衡。选择牵引变电所、接触网的合理运行方式，正常运行情况下，采用双机组运行、双边供电方式，可以减少牵引网的附加损耗。合理确定牵引变压器容量，其负载率为95%左右，使牵引变压器高效运行，并降低空载损耗。
（6）牵引网的设置 尽量采用双边供电或大双边供电，以减少牵引网损耗。合理选择牵引网系统的电压等级，可以减少牵引网系统损耗（即选择高等级电压制式）。合理选择牵引网材质和截面，对降低接触网的损耗也有较好的发展。
（7）无功补偿和防止过补偿 供电系统设计中，需要考虑低压无功补偿，同时，也需要注意在电源端出现无功过补偿的问题出现。
2.重点节能实施范围
结合实际工程应用，列举了以下几项重点节能实施范围。
（1）列车再生制动能量 现代有轨电车系统，作为城市基础设施中的用电大户，其列车牵引用电占其中很大一部分，列车牵引用电又分为列车驱动与列车制动两部分能耗。把列车再生制动电能充分利用起来会大大节省电能。
当车流密度较大时，列车进站再生制动时的能量可以被其他运行车辆（尤其是加速行驶车辆）吸收；当车流密度较小时，列车再生能量难以被运行车辆吸收，则需要通过技术形式转化储存，这在目前的技术条件下，还有一定的提升空间。详细的可利用能量为：
假设车辆的运行阻力为Fw，制动初速度为v，列车总质量为m，则产生的制动能量计算公式如下：
E=mv2/2-FwS （5-1）
式中 E——产生的制动能量；
S——车辆的制动距离。
车辆制动时初速度越大所产生的制动能量也越大。在实际运营期间，也需要结合优化的调度管理来提升回馈制动能量的利用率。
（2）线路 尽管在列车不同的限速条件下运行，却都表现出大致相同的节能规律。经仿真计算分析可知：(www.xing528.com)
1）当曲线半径达到500m以上时，列车能耗接近相同距离的无曲线运行能耗。
2）当曲线半径低于300m时，有较为明显的能量耗费，尤其在半径100m处，经计算得各限速条件下的能耗分别比无曲线运行能耗增加34%（限速40km/h）、18%（限速50km/h）、12%（限速60km/h）。
同样可以分析，在不同站间距（1km、2km、3km）设置节能坡（200m坡道长、40‰坡度）后。为了节省能耗，同时又要满足区间运行时间的限制，需要提高列车的运行限速。以不设置节能坡并接50km/h限速运行为基础，考虑设置节能坡时，当站间距为1km时应将限速提高至60km/h，而站间距为2～3km时，应将限速提高至55km/h。才能在满足区间运行时间的条件下减小列车的能耗。
可见，在以无节能坡50km/h运行的基础上，在列车操纵方式不变的情况下，设置节能坡后一般将限速提高至55km/h和60km/h的时候能得到较为理想的节能和运行综合效果。
因此，可以通过采用大曲线半径、设置节能坡等措施来节省牵引耗电。
（3）车辆及车辆段设备 根据上海、广州等中型城市地铁最新的能耗统计，地铁运营车辆的能耗大约占总能耗的40%，主要是地铁车辆的牵引系统、辅助系统和控制及照明系统所消耗的能耗。
1）牵引系统能耗：是指从直流电网（DC1500V或DC750V）获取的驱动车辆运行的能耗，一般占车辆总能耗的60%～70%。
2）辅助系统能耗：是指车辆空调通风、设备风机、空气压缩机等辅助设备所消耗的能耗，一般占车辆总能耗的25%～30%。
3）控制及照明系统能耗：控制设备及照明采用DC110V，其所消耗的能耗一般约占车辆总能耗的5%。
为了降低运营车辆的能耗，我们可以通过轻量化车体，采用变频变压控制（VVVF）的交流电动机调速方式，辅助电源系统采用静止逆变器和优化的车辆制动系统等措施来提升能源利用率，从而可以有效地节约能源。
车辆段设备及维护车辆包含检修维护设备（洗车机、架车机、天车等）和库内调车及线路供电检修车辆（国内全部是内燃机车），虽然能耗约占总能耗的5%，但其直接排放却十分惊人。
以1台441kW（600马力）的地铁工程维护车辆为例，每年消耗燃油60t，等效排放CO2约160t。目前国内各地铁公司共有各种大小的工程车数百台，每年的废气和碳排放的总量也十分可观。因此如何降低运营车辆的能耗是城市轨道交通车辆制造企业及城市轨道交通运营公司共同关注的课题。
（4）车站 城市轨道交通系统一般每隔1～1.5km设置一座车站，车站可以设置在地下、地面和高架上。受我国城市土地资源的匮乏和既有道路和房屋难以拆迁的限制，绝大多数城市轨道交通车站修筑在地下。
地下车站的直接排放主要是进出乘客呼吸的CO2，间接排放的是空调通风、自动扶梯和照明所消耗的电能，尤其是后者所等效排放的CO2数量十分巨大，远远超过前者。根据上海、广州等中型城市地铁最新的能耗统计，车站所消耗的能耗约占地铁总能耗的55%，已远远超过运营车辆的能耗。因此，如何降低地铁车站的能耗已成为一个刻不容缓的问题。
以一个日均10万人出入的地下车站为例，每人在其中按停留15min计，仅排放约3t的CO2，但车站设备每日消耗电能可能高达2万kW·h，等效于排放了16t的CO2，换算为年排放约6000t的CO2。
目前，国内最大地铁车站是上海地铁的人民广场站，因其可换乘1号线、2号线、8号线，日均客流达80万人次，各线换乘客流约40万人次，每日电能消耗超过10万kW·h，换算为年排放约3万吨的CO2。
有效降低车站能耗的低碳技术有：采用自动感应电梯和具备再生反馈的电梯逆变器；采用变频调速的通风系统和屏蔽门，并根据人流和CO2浓度自动调节新风和制冷量；采用LED高效节能照明等。如何降低车站的能耗是城市轨道交通运营公司十分关注的课题，本章受篇幅所限对此不作阐述。
（5）通风空调系统 设计过程中应尽量采用自然通风，并能够根据环境的变化自动起动或停止设备，减少不必要的能耗。采用有效的风管、冷媒管等保温措施，减少冷量运输能耗。采用变频节能空调替代定速空调，有利于列车运行用电的整体节能。采用变频节能空调后，全面可实现节能30%以上。
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