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中國還需大力發(fā)展高鐵嗎
2015-07-10 
        

        中國還需大力發(fā)展高鐵嗎——兼論高鐵的節(jié)能減排效應(yīng)

        未來數(shù)年中國鐵路發(fā)展仍然以高鐵為主體,預(yù)計在能源利用方式上將會出現(xiàn)一個根本性的轉(zhuǎn)變,從“油電并舉”轉(zhuǎn)向“以電為主”。

        □周新軍

        近年來高速鐵路在世界范圍內(nèi)迎來了新一輪建設(shè)高潮,不少國家紛紛加入到這一行業(yè)中來,其建設(shè)規(guī)模和速度已遠(yuǎn)超過上個世紀(jì)七八十年代的第一輪建設(shè)大潮。根據(jù)國際鐵路聯(lián)盟(UIC)2014年9月1日發(fā)布的統(tǒng)計報告,世界上運營、在建和規(guī)劃高鐵的國家和地區(qū)總共有22個,運營高鐵總里程22954公里??梢哉f,高速鐵路已成為當(dāng)今世界鐵路發(fā)展的主要方向。

        作為后起之秀,自2008年以來中國高鐵建設(shè)和發(fā)展取得了舉世矚目的成就。截至2014年底,中國已投入運營的高鐵里程達到了1.6萬公里,占世界高鐵總里程的一半以上。高鐵的發(fā)展得益于兩方面因素,一是速度優(yōu)勢,中國高鐵創(chuàng)造了486.1公里/小時的世界最高運營速度,遠(yuǎn)超目前300公里/小時的平均速度。二是節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢,高鐵在低碳環(huán)保領(lǐng)域也彰顯出了比較明顯的優(yōu)勢和發(fā)展?jié)摿Α?br />
        能耗較低,節(jié)能潛力大

        在以速度見長的交通運輸競爭年代,高鐵在與高速公路和民航的比較中,顯示出了明顯的節(jié)能優(yōu)勢。研究發(fā)現(xiàn),如果設(shè)定普通鐵路每人每公里的能耗為1.0,則高鐵為1.42,小汽車為8.5,飛機為7.44。高速度級的小汽車和飛機的單耗要大大高于高鐵,但高鐵的單耗仍要稍高于普通鐵路。隨著高鐵技術(shù)的不斷進步,這種情況也在逐漸開始變化。由于列車速度的改進和節(jié)能技術(shù)的提高,高鐵節(jié)能效果也得到不斷改進。UIC的研究表明,在同一條線路上高速列車需消耗的能量比普速列車要校

        中國高鐵投入運營以來,在實現(xiàn)運輸能力大幅提升的同時,取得了十分明顯的節(jié)能效益。據(jù)測算,CRH3型“和諧號”動車組列車每小時人均耗電僅15千瓦,從北京南站到天津站人均耗電7.5度,是陸路運輸方式中最節(jié)省能源的。京廣高鐵上CRH380A(L)以時速300km運行時,人均百公里能耗僅為3.64kWh,相當(dāng)于客運飛機的1/2、小轎車的1/8、大型客車的1/3。這表明,高鐵發(fā)展越快,對其他運輸方式的能耗替代效應(yīng)越明顯。

        另外,從非牽引能耗來看,高鐵新式的站房設(shè)計也取得了十分明顯的節(jié)能效果。比如,已建成并投入使用的北京南站、天津站均設(shè)計了超大面積的玻璃穹頂,在各層地面還做了透光處理,充分利用自然光照明,北京南站采用了太陽能光伏發(fā)電技術(shù),充分利用了太陽能。北京南站還采用了熱電冷三聯(lián)供和污水源熱泵技術(shù),可以實現(xiàn)能源的梯級利用,該系統(tǒng)產(chǎn)生的年發(fā)電量,能滿足站房49%的用電負(fù)荷。

        高鐵車站還采用地源熱泵提供中央空調(diào)冷熱媒水,通過地埋管與土壤進行熱量交換,夏季制冷冬季供熱,減少了城市熱島效應(yīng)。比如,滕州東站采用168口地源井作為室外地能換熱系統(tǒng),比同等功率的中央空調(diào)節(jié)省40%至50%的運行費用;上海虹橋站無柱雨棚的面積達7萬平方米,利用雨棚屋面鋪設(shè)了23885塊太陽能電池板,實現(xiàn)年均發(fā)電630萬度,年減排二氧化碳6600多噸,年節(jié)約標(biāo)煤2254噸。

        近年來,中國鐵路單位能耗下降趨勢非常明顯,從2006年的6.12下降至4.51噸標(biāo)煤/百萬換算噸公里。而自2011年來,盡管能耗總量下降幅度比較小,但在運輸工作量總體增大的情形下,能耗總量不升反降,說明鐵路能效提高比較快。

        改善和優(yōu)化鐵路整體能耗結(jié)構(gòu)

        高鐵由于全部實現(xiàn)了電力牽引,因此它的快速發(fā)展必然會帶來鐵路電氣化比重的快速提高。近幾年,中國鐵路電氣化率有了較大幅度的提升,2014年新增電氣化鐵路里程9000公里,累計達到了6.5萬公里,電氣化率進一步提升至58.3%。在這個過程中,高速鐵路的發(fā)展起到了關(guān)鍵性的提升作用。

        電氣化率的快速提升使得鐵路更多地使用電力,推動了“以電代油”工程發(fā)展,從而對鐵路石油消耗產(chǎn)生了明顯的擠出效應(yīng)。2008年-2012年,鐵路油耗占比從50%下降至40%,電耗從21%上升至35%,5年間變動幅度達到了10%以上。而這段時間也正是中國高鐵發(fā)展最快的時期,先有京津城際鐵路的開通運營,繼而有京滬高鐵、京廣高鐵等長大干線的開通運營,顯示出在迅速改善和優(yōu)化鐵路整體能耗結(jié)構(gòu)方面的顯著作用。其他運輸方式則很難做到這一點。

        減排效益明顯

        高速鐵路減排效益表現(xiàn)在三個方面:減排的環(huán)境效益、減排的經(jīng)濟效益和減排的社會效益。

        1.環(huán)境效益。鐵路被公認(rèn)為是一種綠色的交通工具,主要是因為具有大范圍地采用電力牽引的技術(shù)優(yōu)勢,而其他方式則很難做到。比如,小汽車和公共汽車,目前僅有極少部分使用電能,從未來較長時間發(fā)展趨勢來,也很難實現(xiàn)大量采用電能。飛機更不具備采用電能的可能性。因而鐵路在碳減排和其他污染物減排中具有比較優(yōu)勢。

        首先,由于鐵路比其他交通運輸方式節(jié)能,加上它在技術(shù)上能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍的電力牽引,因而其碳排放量要比其他交通運輸方式低。而在鐵路系統(tǒng)內(nèi)部,相對于普速鐵路,高鐵則可以實現(xiàn)全部使用電力作為牽引動力,因而它總體上又比普速鐵路碳排放量低。

        其次,高速動車組在行駛過程中無廢氣排出,并且基本上消除了粉塵、煤煙和其他廢氣污染,從而使得鐵路的環(huán)保優(yōu)勢更為明顯。另外,在高速交通運輸方式中,高鐵產(chǎn)生的噪聲污染也比較輕。日本的一項研究結(jié)果顯示,以航空運輸每千人每公里產(chǎn)生的噪聲為1來衡量,則小轎車為1,大轎車為0.2,高速鐵路僅為0.1。不僅如此,高速列車在其他污染物的排放方面也得到了極大改進。普速旅客列車采用非密閉式衛(wèi)生間,衛(wèi)生間內(nèi)污物直接排放至車外,既不衛(wèi)生也不環(huán)保。高速列車均采用密閉式集便裝置,衛(wèi)生間污物收集到集便裝置污物箱中,到車站或動車段所后,利用地面卸污裝置集中收集并處理,有效保護了鐵路沿線環(huán)境。

        總之,電力牽引的方式使得高鐵鐵路減排效益明顯。經(jīng)粗略計算,京滬高速鐵路采用電力機車牽引,與內(nèi)燃機車牽引對比,全線每年可減少大氣污染物排放量如下:煙塵588.7t/年;二氧化硫124.2t/年;二氧化碳74.3t/年;氮氧化物734.9t/年。以2014年為例,國家鐵路化學(xué)需氧量排放量1999噸,比上年減排108噸、降低5.1%。二氧化硫排放量3.17萬噸,比上年減排0.36萬噸、降低10.1%。這在一定程度上得益于高速列車的大量運用。

        2.經(jīng)濟效益。電氣化鐵路比例的提升,有利于更多地使用電力機車,提高能效。數(shù)據(jù)表明,電力機車比內(nèi)燃機車能效更高,經(jīng)濟效益更好。根據(jù)2013年《中國統(tǒng)計年鑒》數(shù)據(jù),2013年電力機車萬噸公里能耗為101.9千瓦時,合12.5千克標(biāo)煤。內(nèi)燃機車萬噸公里能耗為27.3千克柴油,合40.1千克標(biāo)煤。電力機車單耗僅為內(nèi)燃機車的31.2%,不到三分之一??梢?,使用電力機車的節(jié)能效果更好。

        節(jié)能的背后實際上是節(jié)錢。因此,從更深的層次來看,電氣化鐵路的經(jīng)濟效益會更好。借助以上數(shù)據(jù),可以直接計算出電力機車替代內(nèi)燃機車的的經(jīng)濟效益。如果按照目前的電價和油價來進行大致核算,電價按照工業(yè)用電每千瓦時為1元左右,柴油每升售價7.58元。電力機車萬噸公里需花費101.9元左右,內(nèi)燃機車則花費27.3x1.16x7.58=240元(1升=0.86公斤),電力機車能耗成本不到內(nèi)燃機車能耗成本的一半,使用電力機車比使用內(nèi)燃機車要劃算很多。進一步推算,使用電力機車的數(shù)量越多,節(jié)能所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益越好。高速鐵路由于全部使用動車組,因此,節(jié)能所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益要比普速非電氣化鐵路更為明顯。

        3.社會效益。高速鐵路節(jié)能減排的社會效益,是指由于高速鐵路對其他運輸方式的替代而產(chǎn)生的節(jié)能減排效益,這是一種外部效益,也是一種間接效益。

        從可持續(xù)發(fā)展角度看,未來交通運輸方式必然以重點發(fā)展節(jié)能低碳型交通方式為主,根據(jù)不同情況控制或適量發(fā)展能耗較大和污染較嚴(yán)重的交通運輸方式,這就產(chǎn)生了一個替代作用。以高鐵為例。在交通規(guī)模一定的條件下,如果發(fā)展了高鐵,就勢必會減緩或者壓縮其他交通運輸方式發(fā)展數(shù)量。而由于高鐵具有的節(jié)能減排優(yōu)勢,就會產(chǎn)生一定的替代效益。從定量關(guān)系看,以下等式成立:

        (1)節(jié)能量=所替代部分的交通運輸方式能耗-高鐵本身的能耗

        (2)減排量=所替代部分的交通運輸方式排放量-高鐵本身的碳排放量

        由于高鐵碳排放量更低,因此,相對于節(jié)能效果,碳排放效果更明顯一些。

        顯然,高速鐵路發(fā)展速度越快,規(guī)模越大,對其他交通運輸方式的替代量就越大,替代效應(yīng)就越明顯。由于在交通運輸能耗構(gòu)成中,鐵路占比較低。根據(jù)國際能源協(xié)會(IEA)的統(tǒng)計,鐵路能耗占交通能耗的比例如下:美國大約2.4%,日本大約2.3%,歐盟大約2.5%,中國大約8%左右。中國鐵路所占比例要高一些,但并不是說中國鐵路能耗要比其他國家高,只能說明其他國家公路和民航規(guī)模太大,因而能耗總量比較大。也就是說,從直接效果來看,鐵路節(jié)能減排對整個交通運輸減排量影響并不大。但從間接效果看,鐵路節(jié)能減排的影響比較明顯。這也從一個側(cè)面說明,評價高速鐵路節(jié)能減排,不僅要看本身的直接效應(yīng),更重要的是要看它所產(chǎn)生的間接社會效應(yīng),這樣,才能準(zhǔn)確地評估高速鐵路對全社會低碳減排以及可持續(xù)發(fā)展的重要意義。

        總結(jié)

        根據(jù)中國鐵路發(fā)展規(guī)模以及未來趨勢,基本可以判斷未來數(shù)年中國鐵路發(fā)展仍然以高鐵為主體,預(yù)計在能源利用方式上將會出現(xiàn)一個根本性的轉(zhuǎn)變:即從目前的“油電并舉”向“以電為主”轉(zhuǎn)變。原因是,隨著高鐵以及既有電氣化鐵路改造速度的加快,電氣化率會進一步上升,電力機車以及動車組的數(shù)量會出現(xiàn)較快增長,用電量會快速增加。同時,內(nèi)燃機車數(shù)量減少的趨勢會逐步加快,油耗在鐵路能耗結(jié)構(gòu)中所占比重會進一步下降。另外,隨著新能源利用在鐵路領(lǐng)域的不斷拓寬,光伏發(fā)電、太陽能發(fā)電以及風(fēng)電將會逐步替代煤電。鐵路行業(yè)在利用這些能源發(fā)電方面具有比較大的優(yōu)勢:一是鐵路在管理體制上自成體系,受其他因素影響比較少,發(fā)電和用電環(huán)節(jié)完全可以實現(xiàn)自供自消,不存在上網(wǎng)難的問題;二是鐵路用電具有規(guī)?;瘍?yōu)勢,用電量會比較大,因此很難出現(xiàn)窩電現(xiàn)象,自發(fā)電會取得比較好的效益。如果能充分利用新能源和可再生能源發(fā)電,高速鐵路則完全不產(chǎn)生碳排放,它的作用將會更加明顯。

        (作者為中國鐵道科學(xué)研究院節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所研究員)

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