中国还需大力发展高铁吗——兼论高铁的节能减排效应

　　近年来高速铁路在世界范围内迎来了新一轮建设高潮，不少国家纷纷加入到这一行业中来，其建设规模和速度已远超过上个世纪七八十年代的第一轮建设大潮。根据国际铁路联盟（UIC）2014年9月1日发布的统计报告，世界上运营、在建和规划高铁的国家和地区总共有22个，运营高铁总里程22954公里。可以说，高速铁路已成为当今世界铁路发展的主要方向。

　　作为后起之秀，自2008年以来中国高铁建设和发展取得了举世瞩目的成就。截至2014年底，中国已投入运营的高铁里程达到了1.6万公里，占世界高铁总里程的一半以上。高铁的发展得益于两方面因素，一是速度优势，中国高铁创造了486.1公里/小时的世界最高运营速度，远超目前300公里/小时的平均速度。二是节能环保优势，高铁在低碳环保领域也彰显出了比较明显的优势和发展潜力。

　　能耗较低，节能潜力大

　　在以速度见长的交通运输竞争年代，高铁在与高速公路和民航的比较中，显示出了明显的节能优势。研究发现，如果设定普通铁路每人每公里的能耗为1.0，则高铁为1.42，小汽车为8.5，飞机为7.44。高速度级的小汽车和飞机的单耗要大大高于高铁，但高铁的单耗仍要稍高于普通铁路。随着高铁技术的不断进步，这种情况也在逐渐开始变化。由于列车速度的改进和节能技术的提高，高铁节能效果也得到不断改进。UIC的研究表明，在同一条线路上高速列车需消耗的能量比普速列车要小。

　　中国高铁投入运营以来，在实现运输能力大幅提升的同时，取得了十分明显的节能效益。据测算，CRH3型“和谐号”动车组列车每小时人均耗电仅15千瓦，从北京南站到天津站人均耗电7.5度，是陆路运输方式中最节省能源的。京广高铁上CRH380A（L）以时速300km运行时，人均百公里能耗仅为3.64kWh，相当于客运飞机的1/2、小轿车的1/8、大型客车的1/3。这表明，高铁发展越快，对其他运输方式的能耗替代效应越明显。

　　另外，从非牵引能耗来看，高铁新式的站房设计也取得了十分明显的节能效果。比如，已建成并投入使用的北京南站、天津站均设计了超大面积的玻璃穹顶，在各层地面还做了透光处理，充分利用自然光照明，北京南站采用了太阳能光伏发电技术，充分利用了太阳能。北京南站还采用了热电冷三联供和污水源热泵技术，可以实现能源的梯级利用，该系统产生的年发电量，能满足站房49%的用电负荷。

　　高铁车站还采用地源热泵提供中央空调冷热媒水，通过地埋管与土壤进行热量交换，夏季制冷冬季供热，减少了城市热岛效应。比如，滕州东站采用168口地源井作为室外地能换热系统，比同等功率的中央空调节省40%至50%的运行费用；上海虹桥站无柱雨棚的面积达7万平方米，利用雨棚屋面铺设了23885块太阳能电池板，实现年均发电630万度，年减排二氧化碳6600多吨，年节约标煤2254吨。

　　近年来，中国铁路单位能耗下降趋势非常明显，从2006年的6.12下降至4.51吨标煤／百万换算吨公里。而自2011年来，尽管能耗总量下降幅度比较小，但在运输工作量总体增大的情形下，能耗总量不升反降，说明铁路能效提高比较快。

　　改善和优化铁路整体能耗结构高铁由于全部实现了电力牵引，因此它的快速发展必然会带来铁路电气化比重的快速提高。近几年，中国铁路电气化率有了较大幅度的提升，2014年新增电气化铁路里程9000公里，累计达到了6.5万公里，电气化率进一步提升至58.3%。在这个过程中，高速铁路的发展起到了关键性的提升作用。

　　电气化率的快速提升使得铁路更多地使用电力，推动了“以电代油”工程发展，从而对铁路石油消耗产生了明显的挤出效应。2008年-2012年，铁路油耗占比从50%下降至40%，电耗从21%上升至35%，5年间变动幅度达到了10%以上。而这段时间也正是中国高铁发展最快的时期，先有京津城际铁路的开通运营，继而有京沪高铁、京广高铁等长大干线的开通运营，显示出在迅速改善和优化铁路整体能耗结构方面的显著作用。其他运输方式则很难做到这一点。

　　减排效益明显

　　高速铁路减排效益表现在三个方面：减排的环境效益、减排的经济效益和减排的社会效益。

　　1.环境效益。铁路被公认为是一种绿色的交通工具，主要是因为具有大范围地采用电力牵引的技术优势，而其他方式则很难做到。比如，小汽车和公共汽车，目前仅有极少部分使用电能，从未来较长时间发展趋势来，也很难实现大量采用电能。飞机更不具备采用电能的可能性。因而铁路在碳减排和其他污染物减排中具有比较优势。

　　首先，由于铁路比其他交通运输方式节能，加上它在技术上能够实现大范围的电力牵引，因而其碳排放量要比其他交通运输方式低。而在铁路系统内部，相对于普速铁路，高铁则可以实现全部使用电力作为牵引动力，因而它总体上又比普速铁路碳排放量低。

　　其次，高速动车组在行驶过程中无废气排出，并且基本上消除了粉尘、煤烟和其他废气污染，从而使得铁路的环保优势更为明显。另外，在高速交通运输方式中，高铁产生的噪声污染也比较轻。日本的一项研究结果显示，以航空运输每千人每公里产生的噪声为1来衡量，则小轿车为1，大轿车为0.2，高速铁路仅为0.1。不仅如此，高速列车在其他污染物的排放方面也得到了极大改进。普速旅客列车采用非密闭式卫生间，卫生间内污物直接排放至车外，既不卫生也不环保。高速列车均采用密闭式集便装置，卫生间污物收集到集便装置污物箱中，到车站或动车段所后，利用地面卸污装置集中收集并处理，有效保护了铁路沿线环境。

　　总之，电力牵引的方式使得高铁铁路减排效益明显。经粗略计算，京沪高速铁路采用电力机车牵引，与内燃机车牵引对比，全线每年可减少大气污染物排放量如下：烟尘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年为例，国家铁路化学需氧量排放量1999吨，比上年减排108吨、降低5.1%。二氧化硫排放量3.17万吨，比上年减排0.36万吨、降低10.1%。这在一定程度上得益于高速列车的大量运用。

　　2.经济效益。电气化铁路比例的提升，有利于更多地使用电力机车，提高能效。数据表明，电力机车比内燃机车能效更高，经济效益更好。根据2013年《中国统计年鉴》数据，2013年电力机车万吨公里能耗为101.9千瓦时，合12.5千克标煤。内燃机车万吨公里能耗为27.3千克柴油，合40.1千克标煤。电力机车单耗仅为内燃机车的31.2％，不到三分之一。可见，使用电力机车的节能效果更好。节能的背后实际上是节钱。因此，从更深的层次来看，电气化铁路的经济效益会更好。借助以上数据，可以直接计算出电力机车替代内燃机车的的经济效益。如果按照目前的电价和油价来进行大致核算，电价按照工业用电每千瓦时为1元左右，柴油每升售价7.58元。电力机车万吨公里需花费101.9元左右，内燃机车则花费27.3x1.16x7.58＝240元（1升＝0.86公斤），电力机车能耗成本不到内燃机车能耗成本的一半，使用电力机车比使用内燃机车要划算很多。进一步推算，使用电力机车的数量越多，节能所产生的经济效益越好。高速铁路由于全部使用动车组，因此，节能所产生的经济效益要比普速非电气化铁路更为明显。

　　3.社会效益。高速铁路节能减排的社会效益，是指由于高速铁路对其他运输方式的替代而产生的节能减排效益，这是一种外部效益，也是一种间接效益。

　　从可持续发展角度看，未来交通运输方式必然以重点发展节能低碳型交通方式为主，根据不同情况控制或适量发展能耗较大和污染较严重的交通运输方式，这就产生了一个替代作用。以高铁为例。在交通规模一定的条件下，如果发展了高铁，就势必会减缓或者压缩其他交通运输方式发展数量。而由于高铁具有的节能减排优势，就会产生一定的替代效益。从定量关系看，以下等式成立：

　　（1）节能量＝所替代部分的交通运输方式能耗－高铁本身的能耗

　　（2）减排量＝所替代部分的交通运输方式排放量－高铁本身的碳排放量由于高铁碳排放量更低，因此，相对于节能效果，碳排放效果更明显一些。

　　显然，高速铁路发展速度越快，规模越大，对其他交通运输方式的替代量就越大，替代效应就越明显。由于在交通运输能耗构成中，铁路占比较低。根据国际能源协会（IEA）的统计，铁路能耗占交通能耗的比例如下：美国大约2.4%，日本大约2.3%，欧盟大约2.5%，中国大约8%左右。中国铁路所占比例要高一些，但并不是说中国铁路能耗要比其他国家高，只能说明其他国家公路和民航规模太大，因而能耗总量比较大。也就是说，从直接效果来看，铁路节能减排对整个交通运输减排量影响并不大。但从间接效果看，铁路节能减排的影响比较明显。这也从一个侧面说明，评价高速铁路节能减排，不仅要看本身的直接效应，更重要的是要看它所产生的间接社会效应，这样，才能准确地评估高速铁路对全社会低碳减排以及可持续发展的重要意义。

　　总结

　　根据中国铁路发展规模以及未来趋势，基本可以判断未来数年中国铁路发展仍然以高铁为主体，预计在能源利用方式上将会出现一个根本性的转变：即从目前的“油电并举”向“以电为主”转变。原因是，随着高铁以及既有电气化铁路改造速度的加快，电气化率会进一步上升，电力机车以及动车组的数量会出现较快增长，用电量会快速增加。同时，内燃机车数量减少的趋势会逐步加快，油耗在铁路能耗结构中所占比重会进一步下降。另外，随着新能源利用在铁路领域的不断拓宽，光伏发电、太阳能发电以及风电将会逐步替代煤电。铁路行业在利用这些能源发电方面具有比较大的优势：一是铁路在管理体制上自成体系，受其他因素影响比较少，发电和用电环节完全可以实现自供自消，不存在上网难的问题；二是铁路用电具有规模化优势，用电量会比较大，因此很难出现窝电现象，自发电会取得比较好的效益。如果能充分利用新能源和可再生能源发电，高速铁路则完全不产生碳排放，它的作用将会更加明显。

　　周新军