我国高速铁路上的节能减排结构效应

近年来，我国高速铁路得到了快速发展。据统计，仅2010年新开工高速铁路就达8000多公里。截至2011年12月底，我国已建成并开通运营的高速铁路已接近1万公里，遥遥领先于世界其它各国，大约相当于世界其它国家和地区高速铁路的总量。高速铁路的开通运营对我国社会经济的发展起到了极大的促进作用，且在节能减排领域产生了良好的示范效应，主要体现在三个方面：首先，它快速地提升了铁路电气化水平，优化了铁路能耗结构，实现了铁路大面积的“以电代油”，降低了对石油的依赖；其次，高速铁路技术有力地提升了铁路行业的节能减排效应，形成了绿色环保的交通大动脉；第三，铁路能耗结构调整和优化不仅对其它交通运输方式产生了良好的示范作用，而且对我国整体能耗结构调整有着重要的启示作用，即在能耗结构整体调整难以突破的情况下，可先从某一或某几个行业实施局部性突破，最后带动整个国家的能耗结构的转变。
一、高速铁路推动了铁路行业能耗结构的优化
（一）高速铁路快速提升了铁路行业的电气化率
高速铁路由于全部使用电力牵引，因而它的投入运营使得我国铁路电气化率近年来有了很大幅度的提升。表1显示，“十五”期间，铁路电气化里程虽有增长，但进展缓慢。进入“十一五”时期，电气化开始有了较快的增长，而这一时期正是高速铁路大发展的时期，每年新投入运营的高速铁路里程占到整个新投产铁路里程的一半以上。2009年，在铁路营业里程中电气化率已超过40％，达到了41.7％，比上一年度攀升了7.1％，而整个“十五”时期才提升了2.56个百分点。2010年铁路电气化率进一步攀升至46.6％。作为“十二五”开局之年，2011年全路电气化率达到了49.4%，电气化铁路里程差不多占到全部铁路里程的半壁江山。需要说明的是，这一年的速度有所放缓，只增长2.8%，主要是受年初铁路建设政策调整的影响。在铁路安全大检查、建设工程质量整顿工作结束后，预计从2012年开始新线建设将会有所加快，部分既有线电气化改造也会提速。因此，完成2008年调整后的中长期铁路网规划，至2020年我国铁路电气化率至少要达到60％以上这一目标任务是完全可能的。
（二）高速铁路优化了铁路能耗
铁路牵引能耗主要集中在机车上，因此机车结构的优化会对能耗结构的优化产生直接的影响。高速铁路由于列车速度高、开车密度大，因而动车组（或电力机车）使用频率高。一条等长的高速铁路相当于普通铁路数倍的机车使用量，因此，大大提高了电能在整个铁路能源使用中的比重。我国高速铁路的快速发展，极大地带动了铁路能耗结构的优化，已由过去以煤为主转变为目前以电为主。根据有关统计数据显示，2006年电耗第一次超过油耗，成为铁路第一大能耗。2010年电耗所占比例进一步提升至63.9％，占绝对比重。与此相反，原煤和燃油消耗则呈进一步下降趋势。尤其是2009至2010年，趋势更为明显：电力消耗提升13个百分点，而燃油消耗下降近10个百分点。而这两年也正是高速铁路投入运营最多的两年。铁路企业能耗结构已出现根本性的改善和优化，形成了以电力为主要能源的能耗结构。
铁路能耗结构的优化推动了铁路“以电代油”工程。根据统计，“十一五”期末，在运输能耗总量增长幅度低于换算周转量增长幅度的基础上，铁路行业实现“以电代油”1200万吨，铁路牵引成品油消耗量比“十五”期末下降了90万吨。“十二五”期间，由于铁路电气化率的提升，预计铁路行业实现“以电代油”将会取得更好的效果。
二、高速铁路提升了铁路行业的节能减排效应
（一）节能效应
根据日本的研究资料，高速客运铁路与小汽车、飞机相比，平均每人·km的能耗比例为1∶5.3∶5.6。如果以每个旅客消耗1单位燃料所能行驶的里程来比较，则高速铁路为1.0，公路为0.62，航空为0.26。法国和德国的研究表明，以人·km为单位的换算能耗，公路是铁路的1.8~2.4倍。参照日本新干线及法国TGV和国内有关资料，按每人·km标准能耗计算，各运输方式能耗比较系数为：内燃机车牵引铁路为2.86，电力牵引铁路为1.93，高速铁路为2.73，高速公路为22.05，飞机为44.1。因此，高速铁路的能耗大大低于小汽车和飞机。尽管高速铁路的能耗一般要高于普通铁路，但是由于高速铁路的作业效率要远远高于普通铁路，从整体而言，高速铁路节能效应要优于普通铁路。
我国高速铁路的发展只有短短5年多时间，大规模的高速铁路建设正在全方位地展开。根据调研的初步数据统计，我国高速铁路在节能方面已初现成效，表现在两个方面：
首先，高速铁路由于使用动车组，节能效果更为明显。比如，“和谐号”CRH2型和CRH3型动车组，由于采用了流线型车体和轻量化技术，重量比一般铁路客车轻30%以上，降低能耗效果显著。大致测算，CRH3型“和谐号”动车组列车每小时人均耗电仅15度，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能的。
其次，高速铁路除了使用电力机车，能实施“以电代油”工程外，其新式的站房设计由于采用了新技术，实现了节能环保。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。北京南站还采用了太阳能光伏发电技术，充分利用了太阳能。按照《中长期铁路网规划（2008年调整）》，高速铁路还将拉动沿线一大批新客站建设，将对整个铁路行业的节能降耗产生积极的影响。
高速铁路的快速发展有利地提升了我国铁路的整体节能效应，铁路综合能耗呈递减趋势。2011年国家铁路能源消耗折算标准煤1772.5万吨，比上年增加35.2万吨、增长2.0 %。单位运输工作量综合能耗4.76吨标准煤/百万换算吨公里，比上年减少0.25吨标准煤/百万换算吨公里、降低5.0%（见图1）。单位运输工作量主营综合能耗3.90吨标准煤/百万换算吨公里，比上年减少0.22吨标准煤/百万换算吨公里、降低5.3%（见图1）。
（二）减排效应
高速铁路动车组列车采用电力牵引，相较于其它诸如汽车、飞机、轮船等交通工具，具有明显的低碳排放特性。有关数据显示，以跨境巴士行驶高铁香港段路程，每年会增加4700公吨的二氧化碳排放，若采用高铁行驶，便能减少4700公吨碳排放。如果以每位乘客每公里的碳排放量计算，高铁的碳排放量只是飞机和汽车的15%至25%，可大大减低对环境的影响。有研究表明，以伦敦前往巴黎的高铁为例，每名高铁乘客分摊的二氧化碳排放量，只是飞机乘客的10%。法国科学家奥莱利亚通过对高铁建设中的碳足迹跟踪检测，得出如下结论：高速铁路每千人公里的二氧化碳排放量仅为4千克，不到飞机的四分之一。高铁只要运行8年，就能抵消高铁建设中造成的总碳排放量，之后就是“零排放”和“负排放”。
我国高速铁路的快速发展，明显地提升了铁路行业的减排效应。我国高速铁路由于全部使用电力牵引，极大地优化了铁路能耗结构，减少了对燃油的消耗，同时提高了能源利用效率，节约了能源，直接或间接地带来了二氧化碳排放量的极大减少。除了二氧化碳排放量减少之外，其它一些污染物的排放量也有了明显的减少。从2008年以来统计的数据看，国家铁路在化学需氧量和二氧化硫排放量这两项指标值上都是呈下降趋势。2011年国家铁路化学需氧量排放量为2195.9吨，比上年减少排放83.8吨、降低3.7%。二氧化硫排放量为4.01万吨，比上年减少排放0.02万吨、降低0.5%。
三、高速铁路有助于我国整体能耗结构的改善，进而促进节能减排
从世界各国的经验来看，节能减排主要是通过三种路径加以实现：一是通过技术手段，二是通过管理手段，三是通过能耗结构的调整。比较而言，通过能耗结构调整实现节能减排更具有战略性和长远性的意义。基于此，我国一直来十分强调能源的结构性节能减排。“十二五”期，中国能源结构调整的目标定位为：到2015年，煤炭在一次能源消费中的比重将从2009年的70%下降到63%左右；天然气、水电与核能以及其它非化石能源（主要是风能、太阳能和生物质能）的消费比重将从目前的3.9%、7.5%和0.8%上升到8.3%、9%和2.6%。因此，优化能耗结构将成为我国节能减排的关键任务。
（一）我国的能耗结构现状
我国一次能源消耗结构与世界相比有三大差距。一是结构性失衡明显。以2010年为例，煤炭占到了总能耗的68%，而其它能耗全部加起来还不到它的一半，从而形成了对煤炭的高度依赖。根据Bp能源统计（2011）的数据，2010年我国煤炭消费占到全球的48.2%。而在世界能耗结构中，石油、天然气和煤三者所占比重相当；二是我国能耗结构变化十分缓慢，可以说近几十年来基本上没有实质性的变化。表2和表3数据显示，我国能耗结构中煤炭消费比例下降不到3个百分点，石油下降不到4个百分点。而在世界能耗结构中，石油下降了10多个百分点，仅以微弱优势领先于煤和天然气；三是清洁能源（包括天然气、核电、水电和其它可再生能源）比重过低，目前只有13%。而在世界能耗结构中，这三者加起来接近37%，占到了全部能耗的1/3强。虽然我国的电能（指水电、核电、风电）占比最近几年提升较快，但与世界相比，仍然存在一定的差距，世界平均水平已经达到了12％，而我国还低于这个水平3个百分点左右。天然气占比与世界水平相比差距甚大，我国只有4％左右的比例，而世界的比重却达到了23.8％。因此，如何优化能耗结构，提升天然气和电能（指水电、核电、风电）比重，降低煤炭和石油的比重是我国要解决的长期问题。按照我国能源规划，至2020年，努力使煤炭所占比重下降至60％以内，这个任务依然是十分艰巨的。
（二）高速铁路有助于优化交通行业能耗结构，进而推动我国整体能耗结构的改善
调整能耗结构在短期内可以突破的最有效手段是提高电能在能耗结构中的比重和能效。长期来看，它还可以促进其它清洁能源的发展，如天然气、太阳能、生物质的发展，进而推动交通运输工具更多地使用这些清洁的能替代石油的能源，从而提高这些能源消费的比重，优化能耗结构。高速铁路的发展，会对整个交通运输结构以及能耗结构产生积极影响。一方面，高速铁路需要综合交通枢纽与之配套，才能迅速分流乘客，而其中最有效的工具是城市地铁。因此，高速铁路促进了城市地铁的发展。而地铁同样是依靠电力牵引，这样就提高了电能在整个交通用能中的比重；另一方面，高速铁路的“以电代油”工程为道路交通提供了良好的示范。2010年全球汽车消耗55%的石油，排放15%的CO2。2009年我国石油消耗3.93亿吨，汽车消耗石油约2亿吨。如果道路交通能够逐步实现大面积使用电动汽车，那么整个交通用能会得到根本性的改观。正因为如此，欧洲各国本世纪初就着手开始调整运输结构，推出了一系列发展铁路尤其是高速铁路的战略举措，以改善交通运输能耗结构。与欧洲各国相比，我国优化运输结构的潜能更大。原因在于欧洲各国交通规模基本上已接近饱和，调整的空间已经很小，而我国交通运输仍在发展当中，无论从经济规模总量所需要的运力，还是从路网密度来看，我国各种交通方式都需要大力发展，距离饱和尚需时日。在此情况下，通过政策以及行政等手段的综合调整，树立以发展铁路为主导、其它运输方式协调快速发展的综合交通运输体系的战略发展目标，对于改善我国交通行业能耗结构，进而推动我国整体能耗结构的优化，促进节能减排具有长远的战略意义。