對鐵路節(jié)能幾個爭議性問題的思考

周新軍（中國鐵道科學研究院節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京　100081）

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對鐵路節(jié)能幾個爭議性問題的思考

周新軍
（中國鐵道科學研究院節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京100081）

摘要：在鐵路節(jié)能理論研究和實際工作中，長期以來存在著一些有待商榷的且?guī)в衅毡闋幾h性的問題。從發(fā)展的角度對這些問題進行了分析探討，從新的角度論述了高速鐵路與節(jié)能的關系、電力牽引與碳排放關系、鐵路能耗與水運能耗的比較以及鐵路能效如何引入速度概念的問題，提出了一些創(chuàng)新性的觀點，并對如何提高人們對鐵路尤其是高速鐵路在推進整個綜合交通節(jié)能減排中所起作用的認識提出了建議。

關鍵詞：高速鐵路；節(jié)能；電力牽引；碳排放；單耗

隨著全社會對節(jié)能減排的日益重視，近年來研究領域取得的成果在不斷地增多。梳理這些成果發(fā)現(xiàn)，還存在著幾個尚待商榷的帶有爭議性的問題。這些問題的存在不利于統(tǒng)一人們對鐵路節(jié)能減排工作的認識，并由此可能低估鐵路節(jié)能減排對交通行業(yè)乃至對全社會節(jié)能減排的貢獻度。有鑒于此，對這些帶有普遍爭議性問題進行思考，有助于人們加深對鐵路節(jié)能減排工作重要性的認識，對于發(fā)揮鐵路在綜合交通節(jié)能減排中的引領作用具有比較重要的理論和現(xiàn)實意義。

1高速鐵路是否節(jié)能

高速鐵路已成為當今世界鐵路發(fā)展的主流，對此人們已逐步形成共識，爭論越來越少。但在高速鐵路是否節(jié)能的問題上目前的爭論還比較大，主要集中在高速鐵路與普速鐵路的能耗比較上。長期以來占據(jù)主流的觀點認為，高速列車單耗要比普速列車高，因而高速鐵路沒有普速鐵路節(jié)能。這種認識一方面來自于對傳統(tǒng)運輸工具的感性認識，另一方面來自于傳統(tǒng)的研究方法及其結(jié)論。在人們的感知中，速度與能耗呈正相關關系，速度越高，能耗也越大。比如：在飛機、小汽車和普速列車的比較中，速度高的運輸工具能耗也越高。即使在同一種運輸工具中，比如：同一輛小汽車或者不同的2輛汽車不同速度值的能耗比較中，速度高的能耗就大，反之亦然。因此，速度與能耗的正相關關系是成立的。但如果把這種結(jié)論延伸至高速鐵路，就不那么正確了。最新的研究認為，列車的速度與能耗成負相關關系。比如：日本鐵路出版物有關新干線的能源強度數(shù)值表明，新干線的能源強度正在不斷下降，近期的希望號700 N在擁有比原新干線更高速度的同時，只使用了50%的能源，在提高22%的速度時，能源減少了32%。

而來自UIC的研究表明，在同一條線路上高速列車需消耗的能量要比普速列車要小。通過對多列火車的試驗研究還發(fā)現(xiàn)了速度與能耗之間呈反向線性關系，即速度越高，能耗越低。用公式表示為：y=128.22x-0.411。y表示能耗，x表示列車的速度。速度與能耗關系如圖1所示。

圖1速度與能耗關系

盡管圖1中所指的高速還沒有達到國際上對高速鐵路所規(guī)定的最低速度值（一般而言，列車時速達到或超過200 km/h以上的即為高速鐵路），但這種速度與能耗的內(nèi)在關系走向卻是很明顯的。

上述這些數(shù)據(jù)至少可以說明傳統(tǒng)的研究方法和結(jié)論已經(jīng)受到嚴峻挑戰(zhàn)，需要重新定位，并作出合理的解釋。當然，最新的關于高速鐵路與能耗關系的結(jié)論也需要大量的實驗數(shù)據(jù)和實際運營數(shù)據(jù)作為支撐，因此仍需要不斷充實和完善。

2電力牽引是否產(chǎn)生碳排放

關于電力牽引是否產(chǎn)生碳排放的問題目前存在著較大的爭論。一種觀點認為，電力牽引如果使用的是煤電，仍然會產(chǎn)生一定量的碳排放，只是相對于使用燃油的內(nèi)燃機車和使用燃煤的蒸汽機車而言，它產(chǎn)生的碳排放要低很多。但如果使用的是清潔電源，如：太陽能、水電、風電和核電等，則不產(chǎn)生碳排放。按照這種觀點，我國的電氣化鐵路都產(chǎn)生碳排放，無論是電力機車牽引，還是高速動車組列車，原因是我國發(fā)電主要是煤電，大約占整個電源的85%左右的比例。另一種觀點則認為，電力牽引不管使用何種電源，都不產(chǎn)生碳排放，理由是碳排放與使用何種電源沒有關系，因此，只要是使用電力牽引，列車在行駛途中均不產(chǎn)生碳排放。長期以來，由于缺乏充分的論證，這2種觀點都有著很大的市場，同時并存于節(jié)能研究領域與實踐工作中。

前一種觀點混淆了發(fā)電與用電的關系以及碳排放付費與責任分擔的關系。眾所周知，煤電碳排放產(chǎn)生于煤炭發(fā)電的環(huán)節(jié)，而在使用環(huán)節(jié)上并不產(chǎn)生碳排放。如果在用電環(huán)節(jié)上也計算碳排放，必然會造成重復計算，從而人為造成碳排放量的虛增。顯然，從科學統(tǒng)計的角度出發(fā)，碳排放不應計入用電環(huán)節(jié)。這是其一。其二，很多持這種觀點的人使用的論據(jù)來源于生命周期理論，按照這種理論，要從相關環(huán)節(jié)來計量碳排放，而不僅僅是發(fā)電這一個環(huán)節(jié)。有些學者將這一理論運用到煤電領域，就推論出用電環(huán)節(jié)也存在著碳排放。實際上這是一個認識上的誤區(qū)。按照碳排放足跡生命周期理論，碳排放也只是涉及煤炭采掘、運輸及發(fā)電這3個環(huán)節(jié)［1］，而沒有涉及用電環(huán)節(jié)。如果運用這一理論來考察鐵路行業(yè)電力牽引，情況比較復雜，需要分別來進行分析。電力機車牽引是否產(chǎn)生碳排放關鍵是看它是否承擔煤炭運輸任務，如果是，則有相應的碳排放，如果不是，就可以認為是無碳排放。在既有線上，電力機車往往承擔著煤炭運輸?shù)娜蝿?，在我國這一任務還比較繁重，比如：大秦線每年都需要完成4億t以上的煤炭運輸任務，而這些煤炭運輸都是使用電力機車牽引的貨運列車來完成。那么，按照生命周期理論來界定，也產(chǎn)生一定的碳排放。但在高速鐵路上，情況則大不相同了。由于世界高速鐵路運輸主要涉及客運（德國部分高速鐵路客貨混跑，承擔少量貨運業(yè)務，而日本新干線、法國TGV和我國的高速鐵路完全是客運），因此，即便從碳排放生命周期理論來分析，高速鐵路的運營基本上也不產(chǎn)生碳排放。其三，在有些國家和地區(qū)，針對用電環(huán)節(jié)實行碳排放付費，征收碳稅，只能說明用電單位和個人需要承擔碳排放的社會責任，并不意味著用電環(huán)節(jié)本身產(chǎn)生了碳排放。從煤電需求側(cè)的角度看，用戶節(jié)約用電，實際上也就等于發(fā)電廠少發(fā)電，相應地就減少了碳排放。反之則發(fā)電廠就會多發(fā)電，碳排放就會增加。這條供電鏈實際上是反映下游環(huán)節(jié)不同的行為方式對上游環(huán)節(jié)碳排放的影響。而從電價形成機制來看，即使在市場化程度很高的國家，電價也并非完全反映了成本因素，也或多或少地顧及社會公益的因素。因此，很多情形下電價本身就處在實際價格之下。如果要對發(fā)電征收碳稅，煤電廠就不能完全承擔，用戶也需要分擔一定的比例。

與第一種觀點相比較，第二種觀點比較切合節(jié)能實際，有利于鐵路行業(yè)碳排放量的統(tǒng)計。更重要的是，它能使人們提高對電氣化鐵路的重視，正視這樣一個基本事實：電力牽引的列車在行駛過程中也不產(chǎn)生碳排放。如果必須考慮生命周期理論，需要將電力牽引使用情況進行分類。如果進一步考察高速動車組列車，由于它不承擔煤炭運輸任務，可以認為它在任何條件下都不產(chǎn)生碳排放。

綜上所述，可以形成一個結(jié)論：從理論的角度研究，使用電力牽引作業(yè)仍然會產(chǎn)生一定的碳排放，但從實踐角度來看，使用電力機車則不產(chǎn)生碳排放。因此，在實踐調(diào)度中，如果著力于節(jié)能減排，就應該盡量多地使用電力機車；在鐵路建設方向上，就應該盡量建設電氣化鐵路尤其是高速電氣化鐵路。這是鐵路在節(jié)能減排方面所具有的最大優(yōu)勢，對其他交通運輸方式能產(chǎn)生顯著的替代節(jié)能減排效應，因而它也是推動低碳交通快速發(fā)展的最大動力。

3在綜合運輸中鐵路單耗是否最低

在綜合交通方式中，相對公路、民航而言，鐵路的單耗是最低的，這一點已沒有任何異議。即便是公路、民航領域的研究者和支持者，只要站在客觀公正的立場上，也都認可這一結(jié)論。如果說有什么不同的話，也只是論證的數(shù)據(jù)不統(tǒng)一，但結(jié)論都是高度一致的。目前的爭論在于，在所有的交通方式中鐵路的單耗是否最低。大部分的觀點認為水運的單耗要比鐵路低，過去的一些研究文獻也提供了相關數(shù)據(jù)。但是，近年來的一些數(shù)據(jù)表明，鐵路的能耗要比水運低。也就是說，在綜合交通運輸方式中，鐵路是能耗最低的。顯然，原有的觀點同樣遭遇到最新數(shù)據(jù)的挑戰(zhàn)。

一直以來，水運和鐵路被認為是能耗最低的2種運輸方式，兩者的差別并不大。以美國為例，1970年貨運能源強度內(nèi)河為1.22 kgce，鐵路是1.55 kgce，兩者相當，鐵路稍高。但是經(jīng)過近30年的發(fā)展，情況發(fā)生了根本性變化。到2008年，水運這一指標變?yōu)?.94 kgce，而鐵路則變?yōu)?.68 kgce［2］，鐵路能耗要低于水運，雖然兩者能耗都在下降，但鐵路能耗顯然下降速度更快些。原因是多方面的，但牽引方式的變化、運輸工具的改進以及節(jié)能技術的運用等是主要因素。

如果對我國的水運和鐵路能耗情況做一個分析，兩者變化程度會更大一些，主要原因在于我國鐵路近年來發(fā)展速度迅猛，無論從運輸工具的使用、線路質(zhì)量、牽引能耗結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面與美國鐵路相比都具有明顯優(yōu)勢，尤其是我國電氣化率已超過50%，已跨入世界先進電氣化鐵路國家的行業(yè)，從而使鐵路能耗結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本性變化，電能已成為目前鐵路主要消耗的能源。這些元素的變化，使得鐵路節(jié)能的效果更為明顯。而水運雖然也有比較快的發(fā)展，但相對于鐵路而言，沒有比較優(yōu)勢。從邏輯推理角度可以得出，鐵路能耗下降比水運能耗下降要更快，兩者的差距也會更大一些。有研究認為，我國鐵路能耗僅為水運的1/3，當然這一數(shù)據(jù)仍需要進一步考證。

如果要對水運和鐵路兩者的單耗進行比較，規(guī)范的方法是以幾年的連續(xù)數(shù)據(jù)進行比較，而不是就某一年或者某一個實驗數(shù)據(jù)進行比較。表1就是從2003年至2007年相關數(shù)據(jù)的比較。從連續(xù)5年的數(shù)據(jù)可以看出，鐵路單耗比水運的單耗要低，是4種交通運輸方式中能耗最低的。

表1 2003—2007年各種運輸方式單耗數(shù)據(jù)tce/萬換算t km

4鐵路能效如何引入速度因素

按照物理學的觀點，能效是指在能源利用中，發(fā)揮作用的與實際消耗的能源量之比。目前衡量能效的指標一般是單耗，有2種表達方式。一是單位產(chǎn)品所消耗的能源，比如單位GDP所消耗的能源。另一種是單位能源所產(chǎn)生的產(chǎn)品（服務）或者產(chǎn)值。前者數(shù)值越低，能效越高，反之則反是。后者是數(shù)值越大，能效越高。因此，提高能效就是以更少的能耗生產(chǎn)或者提供更多的產(chǎn)品或服務。顯然，現(xiàn)代意義上的節(jié)約能源并不是減少能源的使用，降低生活生產(chǎn)的品質(zhì)，而應該是提高能效。因此，能效的比較最能體現(xiàn)各種交通運輸方式的優(yōu)劣勢。這就是說，不能僅憑單耗高低判斷哪種運輸方式是否具有節(jié)能潛力或者優(yōu)勢。比如，騎自行車不產(chǎn)生能耗，但由于速度慢，效率低，因此，它的能效并不高，因而它并不是最優(yōu)的選擇工具?，F(xiàn)代社會，騎自行車已被列入健身運動，而不是主要作為出行方式。

目前鐵路行業(yè)單耗的計算，主要是考察單位運輸工作量或者單位運輸收入的綜合能耗（或者主營綜合能耗），這在以往的行業(yè)統(tǒng)計中是可行的。但目前鐵路行業(yè)出現(xiàn)了一些新的情況，主要表現(xiàn)在高速鐵路所占比重越來越大，這將成為今后中國鐵路發(fā)展的新常態(tài)。由于高速鐵路與普速鐵路在速度等級上差別比較大，如果僅以單位運輸工作量能耗進行比較，就忽略了速度因素，沒有體現(xiàn)運輸效率。同樣，鐵路在與其他交通方式進行能耗比較時，也存在同樣的問題。為了改進比較方式的不足，有的研究引入了單位換算周轉(zhuǎn)量能耗概念，試圖加入運輸效率的因素。但問題是，換算周轉(zhuǎn)量引入的只是距離的因素，實際上并沒有引入時間的概念，因而也沒有很好地體現(xiàn)運輸效率。因此，單位換算周轉(zhuǎn)量還需要加入單位時間，可以每小時為單位。這樣就變成單位時間單位換算周轉(zhuǎn)量能耗，就能更好地體現(xiàn)能效的現(xiàn)代意義。

在對單耗的內(nèi)涵做了上述改進后，可以發(fā)現(xiàn)，在各種交通運輸方式的能效比較中，鐵路尤其是高速鐵路的優(yōu)勢更為明顯。在與公路和水運的比較中，鐵路不僅具有單耗低的優(yōu)勢，更具有速度優(yōu)勢。即使在普速鐵路與高速公路的比較中，也具備一定的優(yōu)勢。在提速線路，既有列車速度基本上能達到120 km/h及以上。而高速鐵路在與高速公路的比較，優(yōu)勢更加明顯，平均300 km/h的運營時速也讓高速公路上的小汽車望塵莫及。因此，在能耗和速度這2個方面鐵路都顯示出明顯優(yōu)勢。當然，鐵路在與民航的比較中，沒有速度優(yōu)勢，但由于民航的能耗比鐵路高出很多，而在速度上又不具備對高速鐵路的絕對明顯優(yōu)勢，因而在運輸效率方面兩者差別并不明顯。2個因素綜合的結(jié)果，依然可以說明高速鐵路在能效方面比民航具有明顯優(yōu)勢。

總體上比較，鐵路能效在綜合運輸中占有十分明顯的優(yōu)勢。根據(jù)日本研究機構(gòu)提供的資料，日本鐵路、公路以及民航在其綜合運輸中分擔的運輸量比例分別為29.0%、65.8%和5.2%，而各自能耗在交通總能耗的比例分別為3.4%、90.6%和6%，也就是說，日本鐵路以占綜合交通3.4%的能耗完成了29.0%的運量。

5結(jié)束語

鐵路節(jié)能減排研究和實踐中存在的一些分歧和爭論究其原因有很多方面。從主觀方面來看，一些學者和事務工作者沒有很好地結(jié)合鐵路發(fā)展形勢來思考這些問題，同時由于受傳統(tǒng)觀點的束縛比較深，難以在短時間內(nèi)得以解脫，因而很難在研究方法和思維上實現(xiàn)突破。從客觀上看，交通行業(yè)有關能耗統(tǒng)計數(shù)據(jù)不齊全，加上出于保密的原因沒有對社會層面進行公開，使得研究工作者難以對這些問題進行定量分析。隨著時間的推移和能耗統(tǒng)計數(shù)據(jù)的不斷完善，以及對問題的討論不斷深入，將會逐漸形成共識，并走向一致。這些問題看似簡單，實則不然，不僅內(nèi)涵豐富，而且還包含著一些政策含義。

但具體到交通行業(yè)有一個最優(yōu)選擇的問題。目前現(xiàn)實選擇有2個方案，即用油和用電。盡管用電比用油節(jié)能環(huán)保，但宥于目前的技術條件，公路只能逐步加大使用電動汽車的比例，飛機與輪船尚不具備使用電力牽引的條件。另外，就用電本身而言，最優(yōu)選擇是增加新能源和可再生能源發(fā)電，逐步減少煤炭的使用。因此，對這些問題的探討，已經(jīng)超出了其本身的含義，還涉及更廣的政策含義，由此涉及社會經(jīng)濟發(fā)展的可持續(xù)問題。本文對這些問題所給出的解釋主要是從理論層面進行的探索，旨在引起更多專家學者和實務工作者對這些問題的關注和思考，不斷糾正認識，形成新的理論范疇和政策依據(jù)。

參考文獻：

［1］夏德建，任玉瓏，史樂峰.中國煤電能源鏈的生命周期碳排放系數(shù)計量［J］.統(tǒng)計研究，2010（8）：82-89.

［2］歐陽斌，李忠奎，陳建營.典型發(fā)達國家交通運輸能源消費特征分析與啟示［J］.綜合運輸，2010（12）：65-71.

（本欄責任編輯孫晶）

Think of several railway energy?saving controversial issues

ZHOU Xin?jun
（EnergySavingandEnvironmentalProtectionResearchInstitute，ChinaAcademyofRailwaySciences，Beijing100081，China）

Abstract：In the work of the energy conservation theory re?search and practice on the railway，there are some debates for a long time and with widely controversial issues. In this paper，from the point of development it discussed more in?depth analysis of these problems. From the angle of the new high speed railway and the relationship between energy，electric traction relation with car?bon emissions，railway and water transportation energy consump?tion comparison of energy consumption and the efficiency prob?lems of the concept of how to introduce speed railway，the article puts forward some innovative ideas，railway. It especially proposed suggestions on how to raise awareness of railway the high?speed railway in advancing the comprehensive traffic understanding of the role of energy saving and emission reduction.

Key words：railway；energy saving；electric traction；carbon emissions；consumption

中圖分類號：TK018

文獻標志碼：C

文章編號：1009-1831（2016）02-0036-04

DOI：10.3969/j.issn.1009-1831.2016.02.009

收稿日期：2015-06-05

基金項目：中國鐵道科學研究院基金項目“澳大利亞高鐵建設市場開拓若干重要問題前期研究”（2015YJ003）

作者簡介：周新軍（1967），湖南東安人，研究員，管理學博士，經(jīng)濟學博士后，研究方向為能源經(jīng)濟、戰(zhàn)略管理及公司治理。在公開刊物上發(fā)表學術論文100余篇，出版專著1部，合著2部。