从数据看中国电气化铁路的发展进程

何吉成 交通运输部规划研究院

电气化铁路是指通过一套牵引供电系统向电力机车供电，利用电力机车来牵引列车的铁路。电力牵引具有功率大，速度快、能耗低、效率高等特点，其运输能力明显提高，运输成本大为降低，因此电力牵引是我国铁路牵引动力的发展方向。1961年8月15日，我国第一条电气化铁路宝成线宝鸡至凤州段建成通车，此后我国电气化铁路建设不断发展，1996年底，我国电气化铁路建设总里程已达10 000 km，到2001年底，已建成了38条电气化铁路干（支）线，在电气化铁路总里程上已超过日本、印度，跃居亚洲第一位、世界第四位。近几年来我国铁路建设加快，电气化铁路主要向高速铁路、重载铁路发展，随着一批客运专线的建成，我国电气化铁路规模会更高，铁路运输的整体速度会更快，同时消耗能源会更少，铁路的"绿色"效应会越来越明显。目前针对我国电气化铁路的区段通过能力、电力需求预测和建设技术等方面有了一些研究工作，本文则通过分析我国电力机车保持量、电气化铁路里程、电力机车牵引工作量、电力机车单位耗能和电力机车年耗电量等指标的多年变化特征，在时间尺度上对我国电气化铁路的发展进程进行解读，为我国电气化铁路建设和发展提供参考。

1 电气化铁路运输设备的发展

电力机车是电气化铁路的重要设备，从数量上看，1970年我国电力机车的保持量仅有60台，1985年以前，我国电力机车保持量也不到500台。但1985年以后，我国电力机车保持量增长较快，基本上4年左右就增长1 000台，如1988年超过1 000台，1992年超过2 000台，1998年又超过3 000台，2002年则超过4 000台，2005年超过5 000台，2007年达到5 993台（见图1）。1970-1985年的15年间，电力机车年均增加量只有35台，而1986-2007年的21年间，电力机车年均增加量高达252台，增长率是前者的7倍多。与1970年相比，2007年的电力机车保持量是1970年的近100倍。从电力机车数量占我国机车总量的比例来看（见图1），1985年以前，我国电力机车的比例较低，1970的比例不到1%，1975年才达到2%，1985年只有5%，1970-1985年期间电力机车比例年均增长量不到0.3%。但1985年以后，电力机车的比例增长迅速，1989年超过10%，1998年超过20%，2004年超过30%，2007年达到34.6%，1986-2007年期间比例年均增长量达到1.4%。

图 1 我国电力机车保持量及其比例

图2 我国电气化铁路里程及其比例

从电气化铁路里程来看（见图2），我国电气化铁路里程变化可分为3个阶段：1970-1984年属于缓慢增加，1985-1995年属于较快增加，1996-2007年属于快速增加。1970-1984年期间，我国电气化铁路里程较少，增长也较慢，1970年不到300 km，1977年才超过1000km，1984年只有3 015 km，年均增加不到200 km。1985-1995年的10年期间，电气化铁路里程由4 150.5 km增加到9 702.5 km，年均增加达555 km。1996年我国电气化铁路里程突破10 000 km，从此我国电气化铁路里程进入快速增加阶段。2001年突破15 000 km，2005年接近20 000 km，2007年接近25 000 km，年均增加高达1 269 km。其中有3个年份的增加量较大，分别为1997年、2001年和2006年。与上一年相比，上述3个年份电气化铁路里程分别增加1 945 km、2 004 km和4 027 km。与1970年相比，2007年的电气化铁路里程是1970年的83倍。就电气化铁路里程占全国铁路里程的比例而言，1973年以前不到1%，从1988年开始，电气化铁路里程比例增加较快，1988年已突破10%，1997年突破20%，2004年又超过30%，2007年达到37.8%。其中2006年的增幅最大，与2005年相比，提高将近6个百分点。

2 电力机车承担的牵引工作量变化

随着我国电气化铁路里程的增多，电力机车承担的牵引任务也逐渐增多。与电气化铁路里程变化特征类似，电力机车承担的牵引任务量变化也可分为3个阶段：1970-1984年属于缓慢增加，1985-1998年属于较快增加，1999-2007年属于快速增加。1970-1984年期间，我国电气化铁路较少，机车数量也较少，因此电力机车完成的工作量较小。1970年电力机车完成的牵引工作量只有39亿吨公里，1974年才突破100 亿 t·km，1984 年不到 700 亿 t·km，年均增加不到 47 亿 t·km。1985年我国电力机车牵引工作量首次超过1000亿t·km，1993 年超过 5000 亿 t·km，1998 年达到 6742 亿 t·km，1985-1998年的13年期间，电力机车的牵引工作量年均增加达437亿t·km。1999年我国电力机车的牵引工作量为7449亿t·km，从此电力机车的牵引工作量进入快速增加阶段，2002年突破 10000 亿 t·km，2005 年突破 15000 亿 t·km，2007超过 20000亿 t·km，达到 20108亿 t·km，1999-2007年的 8年期间，电力机车的牵引工作量年均增加高达1582亿吨公里。其中有2个年份的增加量较大，分别为2002年和2007年。与上一年相比，上述2个年份电气化铁路里程分别增加2 097亿t·km和3 222亿t·km。与1970年相比，2007年的电力机车完成的牵引工作量是1970年的516倍。就电力机车承担的牵引工作量比例而言，1973年以前低于1%，1986年以前低于10%。从1987年开始，电力机车承担的牵引工作量比例增加较快，1987年已突破10%，1992年突破20%，1999年又超过30%，2007年接近50%，达到48.9%(见图3)。

图3 我国电力机车牵引工作量及其比例

3 电力机车的电力消耗及强度变化

电力机车以电力作为能源来牵引列车，1975年到2007年，我国电力机车不断增多，它承担的牵引任务比重逐步增多，因此其年耗电量也逐年上升（见图4）。1975年的耗电量只有 1.9亿 kw·h，1985年超过 10亿 kw·h，1992年耗电量超过50亿kw·h，2001年已超过100亿kw·h，2007年的耗电量则达到220亿kw·h，相当于1975年耗电量的115.8倍，从1975年到2007年平均每年耗电量增加6.8亿kw·h。就电力机车的单位耗能来说，1975-2007年的33年来，我国电力机车的单位耗能强度呈大幅降低，2007年的单位耗能强度仅相当于1975年的75%。其降低趋势可分为2个阶段（见图4）：1975-1988年呈波动降低，其降幅较大，从145.3 kw·h/万t·km 降至 112.6 kw·h/万 t·km，1989-2007 年基本在 111.3 kw·h/万t·km上下波动，其强度一直保持在较低水平。

图4 我国电力机车电力消耗及耗电强度

4 讨论与结论

世界其他国家电气化铁路发展状况的连续性统计资料较少，目前可供比较的是2000年的统计数据（见表1）。2000年底，我国电气化铁路里程低于俄罗斯、德国、南非和日本，居世界第五位，我国电气化铁路里程比例也不高，只有25.3%，远低于南非、日本、俄罗斯、德国和法国，比印度和韩国稍高。2000年我国电气化铁路承担的铁路运量比例为31.9%，也远低于南非、德国、法国、日本、俄罗斯和印度，与韩国基本相当。2000年我国电气化铁路里程及比例、电气化铁路承担的铁路运量比例这3项指标都远高于美国、加拿大和澳大利亚，这是因为美国、加拿大和澳大利亚三国的铁路运量不大，客运量更少，他们还认为电气化铁路投资大，影响大型双层集装箱运输因此对发展电气化铁路并不积极[8] 。2000年底，世界电气化铁路里程比例达到21.7%，承担的铁路运量比例超过50%，我国铁路电气化里程比例比世界平均水平稍高，但承担的铁路运量比重却比世界平均水平低近20%。

目前我国铁路客货列车牵引任务主要由内燃机车和电力机车承担，1997-2007年内燃机车和电力机车的单位耗能均值分别为25.3 kg柴油/万吨公里和111.6 kw·h电力/万·km，采用能量当量值[9] 折算成标准煤数量后分别为36.9 kg标准煤/万·km和13.7 kg标准煤/万·km，由此可见，电力机车的单位耗能不到内燃机车的40%，这表明电力机车具有较高的能源利用效率。因此，在我国铁路运输量不断增长的情形下，加快铁路电气化建设和提高电力机车的牵引比例是降低我国铁路行业能源消耗的重要途径。近几年来，我国电气化铁路建设步伐明显加快，根据我国中长期铁路网调整规划，到2010年，全国铁路电化率要达到45%以上，到2020年，全国铁路电化率要达到60%以上，届时将形成以客运专线为代表的"四纵四横"的高速电气化铁路网络。能效较高、节能环保是高速电气化铁路的重要特点，因此建设高速电气化铁路是对国家"降低能耗，减排二氧化碳，加强节能，提高能效、加快建设以低碳为特征的交通体系"的积极响应，对我国交通行业的节能减排具有十分重要的意义。

表1 我国电气化铁路发展概况与世界其他国家的比较

根据我国铁路部门多年的统计数据，分析了1970-2007年我国电力机车保持量、电气化铁路里程和电力机车牵引工