铁路节能效应对策研究范文

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摘要：交通运输业是我国的主要能源消耗行业之一，铁路在交通运输业具有节能降耗的比较优势，为我国绿色交通发展提供有力支撑。从能源消费结构和能效水平2个方面，阐述铁路能源消耗现状，分析牵引动力结构调整和采暖方式变化2个节能指标的变化原因。在定量计算铁路外部节能效应的基础上，提出提高铁路市场份额、提升牵引能效水平、强化能源管理体系建设和降低供暖系统能耗等铁路节能效应对策，有利于推动绿色交通的可持续发展。

关键词：绿色交通发展；能效水平；能源消费结构；比较优势

交通运输业是我国的主要能源消耗行业之一，发展程度受到资源和环境承载力的制约。2011年，我国交通运输业的能耗总量占全社会能源消费总量的比例为7.4%，2016年达到9.1%，上升幅度为40%。铁路作为节能型交通方式，充分发挥铁路在交通运输业节能降耗的比较优势，有利于推动绿色交通的可持续发展[1]。

1铁路能源消耗现状分析

1.1能源消费结构能源消费结构是指一定时期内，用能单位所消费的每种能源的数量及其占能源消费总量的比重，主要反映各种化石类能源消耗情况，是分析铁路能耗现状的一项重要指标。相对于能效指标，能源消费结构更加倾向于反映铁路能源消费质量和可持续发展能力[2]。目前燃油(汽油、柴油、原油等)和燃煤等化石类能源的消耗是二氧化硫、氮氧化物和烟尘的主要来源，对大气环境产生不利影响。同时，燃油和燃煤的使用成本一直居高，铁路运输企业的经济效益提升也受到制约。因此，提高电能、天然气及太阳能等清洁能源和可再生能源的消耗比例，可以有效降低铁路的环保压力，减少能源成本支出。近年来，铁路的燃油和燃煤占总能耗的比例持续降低，2011年燃煤和燃油占比为60%以上，2016年降至40%左右，其中机车用油量下降幅度超过了40%；电力能源占比逐步提高，2011年电力占比仅为30%左右，到2016年已经超过了50%[3]，其中机车用电量占比上升幅度为40%左右。铁路已经形成了以电力为主的能源消费结构，说明近些年能源消费结构得到了显著优化。目前交通运输业的能源消费结构与铁路存在很大的差异。2016年交通运输、仓储和邮政业的燃油占比达到了78%，远高于铁路；相反电力比例仅为4%，远低于铁路。由此可见，铁路能源消费结构要明显优于交通运输业的整体水平。由于运输工具技术水平的制约，其他运输方式的能源消费结构在近些年并没有发生变化。一直以来，民航都是以航油占绝对比例的能源能消费结构。水运与民航以汽油和柴油为最主要能源。公路的能耗结构有一定改善，近些年电动汽车和“油改气”汽车数量的增加，“以电代油”和“以气代油”使得电力和天然气的比重有所升高，但从总体看，电力和天然气的比重仍然较低，柴油和汽油为主导的能源消费结构仍未改变。然而，相对于其他运输方式，铁路在能源消费结构方面具有十分显著的比较优势，其燃油量的降低从某种程度上缓解了交通运输业的用油紧张局面，对交通运输业能源消费结构的改善起到一定的促进作用。

1.2能效水平能效水平是指用能单位生产单位产品所消耗的能源折合标准煤的数量，主要反映能源消耗总量与产品产出量的关系，是衡量铁路能源利用效率的重要指标。目前铁路能源消耗统计内容包括机车牵引能耗(动车组、电力机车和内燃机车)、运输生产经营性作业能耗(机务、车务、车辆、供电等站段能耗)，以及辅营用能(公寓、住宅等生活能耗)。其中，超过60%的能耗被应用在机车牵引环节上[3]。机车用能对铁路整体能源利用状况有着十分重要的影响，因而分析铁路能效水平需从2方面开展。一是从重点用能环节出发，采用机车单位牵引工作量能耗分析牵引能效水平；二是从铁路整体用能角度出发，采用单位运输工作综合能耗分析，包括机车牵引和生产生活在内的整体能源利用效率。2017年，机车单位牵引工作量综合能耗指标整体上呈降低趋势，下降幅度达到17%左右。在机车能效水平显著提升的有利条件下，同期的单位运输工作量综合能耗指标(以下简称“单耗指标”)整体呈下降趋势，从2011年的4.76吨标准煤/百万换算吨公里降至2017年的4.34吨标准煤/百万换算吨公里，下降幅度为13.4%，说明目前铁路整体能源利用效率得到了显著提升。2011—2016年间，铁路一直用占交通运输业的4%~6%的能耗完成了15%~20%的换算周转量，说明铁路整体能效水平仅为交通运输业平均水平的1/4~1/3左右。相对于其他运输方式，目前铁路能耗统计范围内还包括办社会职能的辅营用能。为保证指标数据的可比性，铁路能效指标采用单位运输工作量主营综合能耗指标。2011—2017年间，铁路能效水平略高于水运指标，远低于公路和民航，仅为公路的1/3~2/5和民航的1/10左右。铁路能效水平明显优于交通运输业的平均水平，铁路具有十分显著的比较优势。加快铁路发展，提高铁路在运输市场中的份额，对提升交通行业整体能效水平有着十分重要的意义。

2铁路节能效应对策分析

2.1节能指标分析

能源消费结构持续优化和能源利用效率提升是近年来铁路能源消耗的2个主要特征，这表明铁路能源利用情况趋于向好。对这一利好现象出现原因的分析，不仅要从机车牵引这一主要用能环节上入手，更要对非牵引领域的用能情况进行研究。牵引结构和采暖方式的优化正是铁路在牵引和非牵引领域中最显著的改变，也是铁路节能指标变化的重要原因。

2.1.1牵引动力结构铁路牵引环节能源利用状况与动力结构密切相关，牵引机车类型的改变很大程度上影响着牵引能效水平和能源结构。自从2005年铁路淘汰蒸汽机车后，燃煤不再被应用在牵引环节，铁路牵引环节所消耗的能源仅为电力和柴油。一直以来铁路从未停止对牵引结构的优化工作，电气化改造工程一直都是铁路的重要工作内容。2011—2017年，铁路电气化率从49.4%上升至68.2%。电力机车逐步替代内燃机车，占比从2011年的46.45%上升至2017年的59.5%，机车用电量占牵引能耗总量比重已达到65%以上，充分发挥了电气化铁路在“以电代油”独特优势[4]，铁路牵引领域能源结构已经由以前的燃油为主能源结构转变成以电力为主的牵引能源结构，因而牵引动力结构的改变很大程度促进了铁路整体能源消费结构的优化。同时，电力机车的终端能源利用效率则达30%~32%，内燃机车的终端能源效率为25%~26%[5]，电力机车能效水平明显高于内燃机车，电力机车的单位总重吨公里牵引能耗仅为内燃机车的1/3左右[6]，牵引动力结构的优化直接促进了牵引环节和铁路整体能效水平的提升。

2.1.2采暖方式变化自淘汰蒸汽机车后，燃煤锅炉作为铁路最为主要采暖方式，消耗了目前所有的煤炭(包括原煤、褐煤、洗精煤及焦煤等)，因而铁路采暖方式的改变会对燃煤消耗量起到最为直接的影响。国务院于2013年了《国务院关于印发大气污染防治行动计划的通知》(国发[2013]37号)，要求“全面整治燃煤小锅炉”，加快推进集中供热、“煤改气”“煤改电”工程建设。鉴于不断增大的环保压力，近些年各铁路局集团公司均加大了燃煤锅炉的淘汰力度，太阳能技术、空气源热泵、接引市政热力管网及锅炉并网等更为清洁高效的采暖方式正逐步替代既有燃煤锅炉。清洁能源、新能源和可再生能源技术设备的应用，使得燃煤被电能、太阳能、燃气及市政热力等能源替代，其消耗量出现了大幅度下降，2011—2017年间的降低幅度超过了50%，对铁路整体能源结构的优化起到了很大的积极作用。同时，太阳能技术、空气源热泵、接引市政热力管网及锅炉并网等采暖方式效率要明显高于既有燃煤锅炉，其中空气源热泵比较燃煤锅炉的节能率将近80%[7]。因此，在更为高效的采暖方式应用的影响下，铁路采暖能耗量逐年降低，对整体能效水平的提升起到一定的促进作用。

2.2外部节能效应分析

交通方式对交通运输业节能降耗能否起到积极作用主要取决于2个方面：一是具备促进交通运输业节能降耗的基本条件和能力，即在节能降耗方面是否明显优于其他运输方式，是否拥有突出的节能优势等；二是所产生的外部节能效应，主要指某种交通方式因运输市场份额的变化所产生的节能效应，其中市场份额是影响外部节能效应的最重要的因素，运输市场份额越高，代表着越多的客、货运量转移至更为节能高效的交通方式上来，这样才能充分发挥其比较优势，为交通运输业产生更多的节能量；相反，如果没有较高的市场份额的支撑，无论这种交通方式具有多么显著的比较优势，推动整体交通运输业的节能降耗也是无从谈起。目前，铁路能源消费结构和能效水平均要明显优于其他运输方式，铁路的节能降耗核心地位正在逐步凸显，说明铁路已经具备了交通运输业节能降耗的基本能力和条件。铁路和公路都属于地面交通方式，具有强大运输能力，兼具客货运输功能，均属于通用性较好的网络型交通基础设施。相对于航空和水运，铁路和公路之间的旅客和货物的相互替代性更高，并且二者在交通运输业占据十分重要的作用，共承担了70%以上的客运周转量和45%以上的货运周转量。因此，在计算铁路外部节能效应中认为铁路减少的工作量均被公路所替代，而铁路增加的工作量只来自于公路。定量计算铁路的外部节能效应的前提是准确计算公路向铁路转移的换算周转量。假设Zi为第i年铁路占全社会周转量比例，Qi为第i年全社会换算周转量，如果保持与上一年周转量比例不变，理论上第i年的铁路承担的换算周转量为QiZi-1，实际上的第i年铁路承担的换算周转量应为QiZi，所以第i年由于铁路替代公路所增加换算周转量即为QiZi-QiZi-1。工作量的变化会在一定程度上对公路和铁路能效水平有所影响，为保证计算结果的准确性，第i年铁路仍以上一年的单耗指标完成从公路转移过来的换算周转量QiZi-QiZi-1，其能耗量为(QiZi-QiZi-1)Ti-1。如果这部分换算周转量未向铁路转移，而仍由公路运输，其能耗量即为(QiZi-QiZi-1)Gi-1，第i年铁路替代公路所产生的节能量的计算公式[8]为ΔJi=(QiZi-QiZi-1)Ti-1-(QiZi-QiZi-1)Gi-1ΔJi正值为节能，负值反之。2011—2017年铁路对公路的结构替代节能效应计算结果如表1所示。2011—2017年，铁路占全社会客运周转量的比重整体提高了9.8%，货运周转量比重下降6.3%，铁路换算周转量的比重整体下降了4.3%，在交通运输业中的市场份额有所降低，使得单耗指标更高的公路替代了铁路部分工作量，铁路未产生外部节能效应，相反使得能耗总量增加了1398.17万吨标准煤，在交通运输业节能降耗中并未起到积极作用。

2.3对策分析

铁路应从发挥自身比较优势和进一步扩大比较优势2个层面开展节能工作，一方面提升铁路的市场份额，扭转目前不利局面；另一方面持续提高自身的能效水平，进一步优化能源结构，扩大铁路的节能比较优势。（1）提高铁路市场份额。优化铁路规划布局，扩大铁路网覆盖面，积极发展铁路快运产品，提高运输供给质量；积极争取相关政策支持，发挥铁路在大宗货物中远距离运输的骨干作用，将更多的客货运量从其他交通方式向铁路上转移，提高铁路的市场份额。（2）提升牵引能效水平。继续推进既有铁路电气化改造，提高电气化率，优化牵引动力结构；实施合理的货物运输组织方案，优化空车和重车比例，根据客流特点优化旅客列车开行方案和编组方案，提高运输效率；加强对再生制动反馈电能的研发和利用，提高再生制动电能储存技术水平，提高机车乘务员节能优化操纵水平，提高机车能效水平。（3）强化能源管理体系建设。健全铁路能源计量管理规章制度，规范和指导铁路能源计量工作；加强新建、改建项目能源计量器具配备相关设计审查，确保能源计量器具设计符合国家标准要求和节能管理需要；加强既有能源计量器具管理，建立能源计量器具台账，逐步淘汰技术落后的能源计量器具，推进能源计量器具智能化升级改造[9]。（4）降低供暖系统能耗。加强对年代久远、没有加装保温措施的既有建筑围护结构的节能改造，提高其保温性能；采用太阳能技术和空气源热泵技术等节能高效的采暖技术替代既有采暖锅炉。

3结束语

铁路在能源消费结构和能效水平方面具有十分显著的比较优势，但由于市场份额的下降，其节能优势没有得到充分发挥，这已经成为铁路未来发展所面临的一个重要问题。随着国家绿色发展理念不断深化和绿色交通发展的持续推进，铁路作为绿色节能型的交通运输方式，未来不仅要机车牵引、能源管理体系和供暖系统等方面入手，进一步提高节能工作水平，扩大自身的节能比较优势，更重要的是通过采取优化规划布局、提高运输服务质量和争取政策支撑等措施增加铁路的客货运量，提高铁路在交通运输业中市场份额，推动交通运输业的节能降耗工作，进而为我国绿色交通发展提供有力支撑。

作者：满朝翰 单位：中国铁道科学研究院集团有限公司