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(jì)在能源利用方式上將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)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(gè)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(jì)報(bào)告，世界上運(yùn)營、在建和規(guī)劃高鐵的國家和地區(qū)總共有22個(gè)，運(yùn)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(yùn)營的高鐵里程達(dá)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(shí)的世界最高運(yùn)營速度，遠(yuǎn)超目前300公里／小時(shí)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(yùn)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(jī)為7.44。高速度級的小汽車和飛機(jī)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(jìn)步，這種情況也在逐漸開始變化。由于列車速度的改進(jìn)和節(jié)能技術(shù)的提高，高鐵節(jié)能效果也得到不斷改進(jìn)。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(yùn)營以來，在實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸能力大幅提升的同時(shí)，取得了十分明顯的節(jié)能效益。據(jù)測算，CRH3型“和諧號”動(dòng)車組列車每小時(shí)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(yùn)輸方式中最節(jié)省能源的。京廣高鐵上CRH380A(L)以時(shí)速300km運(yùn)行時(shí)，人均百公里能耗僅為3.64kWh，相當(dāng)于客運(yùn)飛機(jī)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(yùn)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(jì)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(jì)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(shí)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(jìn)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(yùn)行費(fèi)用；上海虹橋站無柱雨棚的面積達(dá)7萬平方米，利用雨棚屋面鋪設(shè)了23885塊太陽能電池板，實(shí)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(yùn)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(shí)現(xiàn)了電力牽引，因此它的快速發(fā)展必然會(huì)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(jì)達(dá)到了6.5萬公里，電氣化率進(jìn)一步提升至58.3%。在這個(gè)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(dòng)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(dòng)幅度達(dá)到了10%以上。而這段時(shí)間也正是中國高鐵發(fā)展最快的時(shí)期，先有京津城際鐵路的開通運(yùn)營，繼而有京滬高鐵、京廣高鐵等長大干線的開通運(yùn)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(yùn)輸方式則很難做到這一點(diǎn)。
減排效益明顯
高速鐵路減排效益表現(xiàn)在三個(gè)方面：減排的環(huán)境效益、減排的經(jīng)濟(jì)效益和減排的社會(huì)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?yàn)榫哂写蠓秶夭捎秒娏恳募夹g(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(shí)間發(fā)展趨勢來，也很難實(shí)現(xiàn)大量采用電能。飛機(jī)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(yùn)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(yùn)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(shí)現(xiàn)全部使用電力作為牽引動(dòng)力，因而它總體上又比普速鐵路碳排放量低。
其次，高速動(dòng)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(yùn)輸方式中，高鐵產(chǎn)生的噪聲污染也比較輕。日本的一項(xiàng)研究結(jié)果顯示，以航空運(yùn)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(jìn)。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(dòng)車段所后，利用地面卸污裝置集中收集并處理，有效保護(hù)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(jì)算，京滬高速鐵路采用電力機(jī)車牽引，與內(nèi)燃機(jī)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(yùn)用。
2.經(jīng)濟(jì)效益。電氣化鐵路比例的提升，有利于更多地使用電力機(jī)車，提高能效。數(shù)據(jù)表明，電力機(jī)車比內(nèi)燃機(jī)車能效更高，經(jīng)濟(jì)效益更好。根據(jù)2013年《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》數(shù)據(jù)，2013年電力機(jī)車萬噸公里能耗為101.9千瓦時(shí)，合12.5千克標(biāo)煤。內(nèi)燃機(jī)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(jī)車單耗僅為內(nèi)燃機(jī)車的31.2%，不到三分之一。可見，使用電力機(jī)車的節(jié)能效果更好。
節(jié)能的背后實(shí)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(jì)效益會(huì)更好。借助以上數(shù)據(jù)，可以直接計(jì)算出電力機(jī)車替代內(nèi)燃機(jī)車的的經(jīng)濟(jì)效益。如果按照目前的電價(jià)和油價(jià)來進(jìn)行大致核算，電價(jià)按照工業(yè)用電每千瓦時(shí)為1元左右，柴油每升售價(jià)7.58元。電力機(jī)車萬噸公里需花費(fèi)101.9元左右，內(nèi)燃機(jī)車則花費(fèi)27.3x1.16x7.58＝240元(1升＝0.86公斤)，電力機(jī)車能耗成本不到內(nèi)燃機(jī)車能耗成本的一半，使用電力機(jī)車比使用內(nèi)燃機(jī)車要?jiǎng)澦愫芏?。進(jìn)一步推算，使用電力機(jī)車的數(shù)量越多，節(jié)能所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益越好。高速鐵路由于全部使用動(dòng)車組，因此，節(jié)能所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益要比普速非電氣化鐵路更為明顯。
3.社會(huì)效益。高速鐵路節(jié)能減排的社會(huì)效益，是指由于高速鐵路對其他運(yùn)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(yùn)輸方式必然以重點(diǎn)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(yùn)輸方式，這就產(chǎn)生了一個(gè)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(huì)減緩或者壓縮其他交通運(yùn)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(huì)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(yùn)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(yùn)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(yùn)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(yùn)輸能耗構(gòu)成中，鐵路占比較低。根據(jù)國際能源協(xié)會(huì)(IEA)的統(tǒng)計(jì)，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(gè)交通運(yùn)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(gè)側(cè)面說明，評價(jià)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(huì)效應(yīng)，這樣，才能準(zhǔn)確地評估高速鐵路對全社會(huì)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(jì)在能源利用方式上將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)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(huì)進(jìn)一步上升，電力機(jī)車以及動(dòng)車組的數(shù)量會(huì)出現(xiàn)較快增長，用電量會(huì)快速增加。同時(shí)，內(nèi)燃機(jī)車數(shù)量減少的趨勢會(huì)逐步加快，油耗在鐵路能耗結(jié)構(gòu)中所占比重會(huì)進(jìn)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(huì)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(shí)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(huì)比較大，因此很難出現(xiàn)窩電現(xiàn)象，自發(fā)電會(huì)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(huì)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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文章關(guān)鍵詞：宏觀經(jīng)濟(jì)金融
