鐵路節能效應對策研究范文

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摘要：交通運輸業是我國的主要能源消耗行業之一，鐵路在交通運輸業具有節能降耗的比較優勢，為我國綠色交通發展提供有力支撐。從能源消費結構和能效水平2個方面，闡述鐵路能源消耗現狀，分析牽引動力結構調整和采暖方式變化2個節能指標的變化原因。在定量計算鐵路外部節能效應的基礎上，提出提高鐵路市場份額、提升牽引能效水平、強化能源管理體系建設和降低供暖系統能耗等鐵路節能效應對策，有利于推動綠色交通的可持續發展。

關鍵詞：綠色交通發展；能效水平；能源消費結構；比較優勢

交通運輸業是我國的主要能源消耗行業之一，發展程度受到資源和環境承載力的制約。2011年，我國交通運輸業的能耗總量占全社會能源消費總量的比例為7.4%，2016年達到9.1%，上升幅度為40%。鐵路作為節能型交通方式，充分發揮鐵路在交通運輸業節能降耗的比較優勢，有利于推動綠色交通的可持續發展[1]。

1鐵路能源消耗現狀分析

1.1能源消費結構能源消費結構是指一定時期內，用能單位所消費的每種能源的數量及其占能源消費總量的比重，主要反映各種化石類能源消耗情況，是分析鐵路能耗現狀的一項重要指標。相對于能效指標，能源消費結構更加傾向于反映鐵路能源消費質量和可持續發展能力[2]。目前燃油(汽油、柴油、原油等)和燃煤等化石類能源的消耗是二氧化硫、氮氧化物和煙塵的主要來源，對大氣環境產生不利影響。同時，燃油和燃煤的使用成本一直居高，鐵路運輸企業的經濟效益提升也受到制約。因此，提高電能、天然氣及太陽能等清潔能源和可再生能源的消耗比例，可以有效降低鐵路的環保壓力，減少能源成本支出。近年來，鐵路的燃油和燃煤占總能耗的比例持續降低，2011年燃煤和燃油占比為60%以上，2016年降至40%左右，其中機車用油量下降幅度超過了40%；電力能源占比逐步提高，2011年電力占比僅為30%左右，到2016年已經超過了50%[3]，其中機車用電量占比上升幅度為40%左右。鐵路已經形成了以電力為主的能源消費結構，說明近些年能源消費結構得到了顯著優化。目前交通運輸業的能源消費結構與鐵路存在很大的差異。2016年交通運輸、倉儲和郵政業的燃油占比達到了78%，遠高于鐵路；相反電力比例僅為4%，遠低于鐵路。由此可見，鐵路能源消費結構要明顯優于交通運輸業的整體水平。由于運輸工具技術水平的制約，其他運輸方式的能源消費結構在近些年并沒有發生變化。一直以來，民航都是以航油占絕對比例的能源能消費結構。水運與民航以汽油和柴油為最主要能源。公路的能耗結構有一定改善，近些年電動汽車和“油改氣”汽車數量的增加，“以電代油”和“以氣代油”使得電力和天然氣的比重有所升高，但從總體看，電力和天然氣的比重仍然較低，柴油和汽油為主導的能源消費結構仍未改變。然而，相對于其他運輸方式，鐵路在能源消費結構方面具有十分顯著的比較優勢，其燃油量的降低從某種程度上緩解了交通運輸業的用油緊張局面，對交通運輸業能源消費結構的改善起到一定的促進作用。

1.2能效水平能效水平是指用能單位生產單位產品所消耗的能源折合標準煤的數量，主要反映能源消耗總量與產品產出量的關系，是衡量鐵路能源利用效率的重要指標。目前鐵路能源消耗統計內容包括機車牽引能耗(動車組、電力機車和內燃機車)、運輸生產經營性作業能耗(機務、車務、車輛、供電等站段能耗)，以及輔營用能(公寓、住宅等生活能耗)。其中，超過60%的能耗被應用在機車牽引環節上[3]。機車用能對鐵路整體能源利用狀況有著十分重要的影響，因而分析鐵路能效水平需從2方面開展。一是從重點用能環節出發，采用機車單位牽引工作量能耗分析牽引能效水平；二是從鐵路整體用能角度出發，采用單位運輸工作綜合能耗分析，包括機車牽引和生產生活在內的整體能源利用效率。2017年，機車單位牽引工作量綜合能耗指標整體上呈降低趨勢，下降幅度達到17%左右。在機車能效水平顯著提升的有利條件下，同期的單位運輸工作量綜合能耗指標(以下簡稱“單耗指標”)整體呈下降趨勢，從2011年的4.76噸標準煤/百萬換算噸公里降至2017年的4.34噸標準煤/百萬換算噸公里，下降幅度為13.4%，說明目前鐵路整體能源利用效率得到了顯著提升。2011—2016年間，鐵路一直用占交通運輸業的4%~6%的能耗完成了15%~20%的換算周轉量，說明鐵路整體能效水平僅為交通運輸業平均水平的1/4~1/3左右。相對于其他運輸方式，目前鐵路能耗統計范圍內還包括辦社會職能的輔營用能。為保證指標數據的可比性，鐵路能效指標采用單位運輸工作量主營綜合能耗指標。2011—2017年間，鐵路能效水平略高于水運指標，遠低于公路和民航，僅為公路的1/3~2/5和民航的1/10左右。鐵路能效水平明顯優于交通運輸業的平均水平，鐵路具有十分顯著的比較優勢。加快鐵路發展，提高鐵路在運輸市場中的份額，對提升交通行業整體能效水平有著十分重要的意義。

2鐵路節能效應對策分析

2.1節能指標分析

能源消費結構持續優化和能源利用效率提升是近年來鐵路能源消耗的2個主要特征，這表明鐵路能源利用情況趨于向好。對這一利好現象出現原因的分析，不僅要從機車牽引這一主要用能環節上入手，更要對非牽引領域的用能情況進行研究。牽引結構和采暖方式的優化正是鐵路在牽引和非牽引領域中最顯著的改變，也是鐵路節能指標變化的重要原因。

2.1.1牽引動力結構鐵路牽引環節能源利用狀況與動力結構密切相關，牽引機車類型的改變很大程度上影響著牽引能效水平和能源結構。自從2005年鐵路淘汰蒸汽機車后，燃煤不再被應用在牽引環節，鐵路牽引環節所消耗的能源僅為電力和柴油。一直以來鐵路從未停止對牽引結構的優化工作，電氣化改造工程一直都是鐵路的重要工作內容。2011—2017年，鐵路電氣化率從49.4%上升至68.2%。電力機車逐步替代內燃機車，占比從2011年的46.45%上升至2017年的59.5%，機車用電量占牽引能耗總量比重已達到65%以上，充分發揮了電氣化鐵路在“以電代油”獨特優勢[4]，鐵路牽引領域能源結構已經由以前的燃油為主能源結構轉變成以電力為主的牽引能源結構，因而牽引動力結構的改變很大程度促進了鐵路整體能源消費結構的優化。同時，電力機車的終端能源利用效率則達30%~32%，內燃機車的終端能源效率為25%~26%[5]，電力機車能效水平明顯高于內燃機車，電力機車的單位總重噸公里牽引能耗僅為內燃機車的1/3左右[6]，牽引動力結構的優化直接促進了牽引環節和鐵路整體能效水平的提升。

2.1.2采暖方式變化自淘汰蒸汽機車后，燃煤鍋爐作為鐵路最為主要采暖方式，消耗了目前所有的煤炭(包括原煤、褐煤、洗精煤及焦煤等)，因而鐵路采暖方式的改變會對燃煤消耗量起到最為直接的影響。國務院于2013年了《國務院關于印發大氣污染防治行動計劃的通知》(國發[2013]37號)，要求“全面整治燃煤小鍋爐”，加快推進集中供熱、“煤改氣”“煤改電”工程建設。鑒于不斷增大的環保壓力，近些年各鐵路局集團公司均加大了燃煤鍋爐的淘汰力度，太陽能技術、空氣源熱泵、接引市政熱力管網及鍋爐并網等更為清潔高效的采暖方式正逐步替代既有燃煤鍋爐。清潔能源、新能源和可再生能源技術設備的應用，使得燃煤被電能、太陽能、燃氣及市政熱力等能源替代，其消耗量出現了大幅度下降，2011—2017年間的降低幅度超過了50%，對鐵路整體能源結構的優化起到了很大的積極作用。同時，太陽能技術、空氣源熱泵、接引市政熱力管網及鍋爐并網等采暖方式效率要明顯高于既有燃煤鍋爐，其中空氣源熱泵比較燃煤鍋爐的節能率將近80%[7]。因此，在更為高效的采暖方式應用的影響下，鐵路采暖能耗量逐年降低，對整體能效水平的提升起到一定的促進作用。

2.2外部節能效應分析

交通方式對交通運輸業節能降耗能否起到積極作用主要取決于2個方面：一是具備促進交通運輸業節能降耗的基本條件和能力，即在節能降耗方面是否明顯優于其他運輸方式，是否擁有突出的節能優勢等；二是所產生的外部節能效應，主要指某種交通方式因運輸市場份額的變化所產生的節能效應，其中市場份額是影響外部節能效應的最重要的因素，運輸市場份額越高，代表著越多的客、貨運量轉移至更為節能高效的交通方式上來，這樣才能充分發揮其比較優勢，為交通運輸業產生更多的節能量；相反，如果沒有較高的市場份額的支撐，無論這種交通方式具有多么顯著的比較優勢，推動整體交通運輸業的節能降耗也是無從談起。目前，鐵路能源消費結構和能效水平均要明顯優于其他運輸方式，鐵路的節能降耗核心地位正在逐步凸顯，說明鐵路已經具備了交通運輸業節能降耗的基本能力和條件。鐵路和公路都屬于地面交通方式，具有強大運輸能力，兼具客貨運輸功能，均屬于通用性較好的網絡型交通基礎設施。相對于航空和水運，鐵路和公路之間的旅客和貨物的相互替代性更高，并且二者在交通運輸業占據十分重要的作用，共承擔了70%以上的客運周轉量和45%以上的貨運周轉量。因此，在計算鐵路外部節能效應中認為鐵路減少的工作量均被公路所替代，而鐵路增加的工作量只來自于公路。定量計算鐵路的外部節能效應的前提是準確計算公路向鐵路轉移的換算周轉量。假設Zi為第i年鐵路占全社會周轉量比例，Qi為第i年全社會換算周轉量，如果保持與上一年周轉量比例不變，理論上第i年的鐵路承擔的換算周轉量為QiZi-1，實際上的第i年鐵路承擔的換算周轉量應為QiZi，所以第i年由于鐵路替代公路所增加換算周轉量即為QiZi-QiZi-1。工作量的變化會在一定程度上對公路和鐵路能效水平有所影響，為保證計算結果的準確性，第i年鐵路仍以上一年的單耗指標完成從公路轉移過來的換算周轉量QiZi-QiZi-1，其能耗量為(QiZi-QiZi-1)Ti-1。如果這部分換算周轉量未向鐵路轉移，而仍由公路運輸，其能耗量即為(QiZi-QiZi-1)Gi-1，第i年鐵路替代公路所產生的節能量的計算公式[8]為ΔJi=(QiZi-QiZi-1)Ti-1-(QiZi-QiZi-1)Gi-1ΔJi正值為節能，負值反之。2011—2017年鐵路對公路的結構替代節能效應計算結果如表1所示。2011—2017年，鐵路占全社會客運周轉量的比重整體提高了9.8%，貨運周轉量比重下降6.3%，鐵路換算周轉量的比重整體下降了4.3%，在交通運輸業中的市場份額有所降低，使得單耗指標更高的公路替代了鐵路部分工作量，鐵路未產生外部節能效應，相反使得能耗總量增加了1398.17萬噸標準煤，在交通運輸業節能降耗中并未起到積極作用。

2.3對策分析

鐵路應從發揮自身比較優勢和進一步擴大比較優勢2個層面開展節能工作，一方面提升鐵路的市場份額，扭轉目前不利局面；另一方面持續提高自身的能效水平，進一步優化能源結構，擴大鐵路的節能比較優勢。（1）提高鐵路市場份額。優化鐵路規劃布局，擴大鐵路網覆蓋面，積極發展鐵路快運產品，提高運輸供給質量；積極爭取相關政策支持，發揮鐵路在大宗貨物中遠距離運輸的骨干作用，將更多的客貨運量從其他交通方式向鐵路上轉移，提高鐵路的市場份額。（2）提升牽引能效水平。繼續推進既有鐵路電氣化改造，提高電氣化率，優化牽引動力結構；實施合理的貨物運輸組織方案，優化空車和重車比例，根據客流特點優化旅客列車開行方案和編組方案，提高運輸效率；加強對再生制動反饋電能的研發和利用，提高再生制動電能儲存技術水平，提高機車乘務員節能優化操縱水平，提高機車能效水平。（3）強化能源管理體系建設。健全鐵路能源計量管理規章制度，規范和指導鐵路能源計量工作；加強新建、改建項目能源計量器具配備相關設計審查，確保能源計量器具設計符合國家標準要求和節能管理需要；加強既有能源計量器具管理，建立能源計量器具臺賬，逐步淘汰技術落后的能源計量器具，推進能源計量器具智能化升級改造[9]。（4）降低供暖系統能耗。加強對年代久遠、沒有加裝保溫措施的既有建筑圍護結構的節能改造，提高其保溫性能；采用太陽能技術和空氣源熱泵技術等節能高效的采暖技術替代既有采暖鍋爐。

3結束語

鐵路在能源消費結構和能效水平方面具有十分顯著的比較優勢，但由于市場份額的下降，其節能優勢沒有得到充分發揮，這已經成為鐵路未來發展所面臨的一個重要問題。隨著國家綠色發展理念不斷深化和綠色交通發展的持續推進，鐵路作為綠色節能型的交通運輸方式，未來不僅要機車牽引、能源管理體系和供暖系統等方面入手，進一步提高節能工作水平，擴大自身的節能比較優勢，更重要的是通過采取優化規劃布局、提高運輸服務質量和爭取政策支撐等措施增加鐵路的客貨運量，提高鐵路在交通運輸業中市場份額，推動交通運輸業的節能降耗工作，進而為我國綠色交通發展提供有力支撐。

作者：滿朝翰 單位：中國鐵道科學研究院集團有限公司