国内外铁路能源消耗现状比较与分析

汤友富

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京102600）

0 引言

交通运输是经济社会发展和对外经贸往来的重要桥梁和纽带，对国家和地区的经济起着重要的推动作用[1]，是国民经济的先行，而能源是国民经济的物质基础，它们既是我国经济发展的战略重点，又存在着互相依赖和制约的关系，国民经济的发展和人民生活的提高有赖于它们的协调发展[2]。

交通运输是能源消耗大户，全球超过 40% 的石油消耗在交通运输部门。据测算，在等量运输下铁路、公路和航空的能耗 (油耗) 比为 1 : 9.3 : 18.6。铁路、公路、水运、航空的客运成本之比为1 : 1.59 : 6 : 5.54；铁路、公路、水运、航空的货运成本之比为 1 : 6.23 : 0.64 : 17.2[3]。从总体运输成本分析，铁路运输具有明显优势。在环保方面，铁路运输是最低碳环保的运输方式，最符合当下节能减排全球趋势。在各种运输方式每吨载重运输 1 000 km产生的 CO2中，铁路运输为 14 g，水路运输为 28 g，公共汽车为 34 g，小汽车为 94 g，航空运输为 132 g。在低碳环保的形势下，铁路的低碳优势得到充分凸显[4]。

改革开放以来，随着国民经济的发展，中国铁路以前所未有的速度发展，铁路运输的各项经济技术指标位居世界前列。与此同时，世界其他国家铁路也发生巨大变化，朝着“高速化、重载化”方向不断发展。铁路运输的快速发展，引起铁路能源消耗的急剧变化。铁路运输在为世界各国经济发展提供强有力保障的同时，其能源消耗问题也逐渐成为世界各国关注的焦点和研究重点。

1 世界主要国家铁路能源消耗数量及能耗比重

交通运输是国民经济发展的驱动因素，历来是能源消耗的主要行业，在国家的能源消耗体系中占有重要地位，但由于不同国家的经济发展、人口分布、地理环境、资源分配、能源利用效率等因素的差异[5]，其交通运输业的总体能源消耗水平及在总能耗中所占的比重有很大的不同。此外，国家的能源战略和交通运输结构的不同也对交通运输业的能耗产生重大影响。在不同国家的运输体系中，由于不同的运输结构，造成交通运输业能源消耗结构的巨大差异。铁路运输能源消耗量与国家交通运输业能源消耗总量的比值称为铁路能源比重。作为交通运输的重要组成部分，由于铁路运输在不同国家中处于不同的位置，其能源消耗状况也存在很大差别，世界主要国家铁路能源消耗量及能源比重[6-10]如表1 所示。

由表1 可知，中国铁路运输 2000—2014 年年均消耗能源 1 829.9 万吨标准煤，远远超出同一时期英国、加拿大、日本等国，但低于美国。中国铁路运输能源消耗由 2000 年的 1 859.5 万吨标准煤减少至 2016 年的 1 591.6 万吨标准煤，年均降低0.98%，在交通运输业能耗消耗总量的比重由 2000年的 18.75% 降至 2016 年的 3.95%，近年来一直处于下降态势。尽管中国铁路运输能耗消耗在国家交通运输能源消耗比重中一直降低，但依然高于美国、英国、加拿大、日本等国家。在交通运输业铁路能耗比重上，美国、加拿大、日本保持相对稳定，2000—2016 年均值分别为 2.26%，2.26%，3.41%，英国从 2004—2008 年处于下降过程，随后在 1.7%～1.9 % 的比重范围内波动。

各国的铁路能耗和比重，间接反映世界各国交通运输结构。在欧美国家和日本，道路交通运输和航空运输占据其运输业的绝大部分市场份额，铁路运输只占很少一部分，因而铁路运输能源消耗所占的能耗比重非常有限。以美国为例，由于其高度发达的公路网和航空网，居民出行和货物运输主要依靠公路和航空。虽然铁路在美国货运市场占据主导地位 (以货物周转量计算，铁路占美国货运市场 41% 的市场份额，高于其他运输方式)，但由于铁路具有较强的社会公益性，在与公路、航空的激烈竞争中，城际客运铁路不具备竞争优势。以旅客周转量计算，10 年来 Amtrak 城际客运铁路市场份额保持在 0.1%，远远落后于其他运输方式(公路客运市场份额一直保持在 87% 左右，航空在 10% 左右，城市交通份额为 1% 左右)[11]。同时，铁路能源消耗和比重的变化，也成为各国铁路发展的重要标志与象征。以中国为例，其铁路运输能源消耗总量及能耗比重处于连续下降态势，在下降数据的背后，则是中国高速铁路的快速发展和铁路电气化的巨大提升。中国铁路 2000 年电气化铁路里程仅为14 864 km，截至 2016 年底，其电气化铁路里程为80 300 km，年均增长 3 849.18 km，年均增长率为25.89%，铁路电气化率从 2000 年的 21.68% 提升至2016 年的 64.76%。除此以外，中国高速铁路也蓬勃发展，其运营里程由 2008 年的 672 km 增长至 2016 年的 22 980 km，平均每年以 2 478.67 km 速度增长，年均增幅为 368.85%[9]。铁路电气化对于铁路运输节能有着重要作用，据统计，电气化铁路使得中国铁路运输行业年均节省 123.0 万吨标准煤的能源消耗，节能量年均增长为 13.9 万吨标准煤[12]。高速铁路普遍采用电力作为能源，属于电气化铁路，在提升国家铁路电气化率的同时，对于铁路运输的节能具有更加显著的效应。根据日本的研究资料，高速铁路客运与小汽车、飞机相比，平均每人公里的能耗比例为 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[13]。近年来高速铁路大规模建设和路网的完善为运力释放创造了条件，极大地提高了铁路的运输供给能力[14]，中国铁路的节能优势将得到进一步发挥。

表1 世界主要国家铁路能源消耗量及能源比重Tab.1 Energy consumption amount of railway in the major countries of the world and energy proportion

2 国内外主要国家铁路能源消耗结构

铁路运输的能源消耗分为机车牵引能耗和生产辅助能耗 2 个部分，其中运输部门的能耗最大，约占 84%～92%，铁路牵引能耗占铁路能耗的 60%～70%，是铁路能耗的主要部分[15]。在铁路运输的牵引作业中，有蒸汽机车、内燃机车、电力机车牵引3 种形式，分别采用原煤、燃油、电力作为能源。除此之外，铁路运输采用的能源还有褐煤、煤油、焦炭等，而这些能源在铁路运输的消耗中相对较少。采用原煤、燃油、电力 3 种能源经过换算而成的标准煤数量比例作为铁路能源消耗结构，世界主要国家铁路能源消耗结构[6-10]如表2 所示。

通过不同国家的铁路能源消耗结构可以看出，加拿大国家铁路客货运输只以燃油为燃料，燃油是其铁路运输的全部能源消耗，而美国和日本则展现出截然不同的铁路能源结构。在日本铁路能源结构中，电力消耗是绝大部分，约占铁路总体能源消耗的 75%～85%，燃油比重一直处于低位。美国铁路以燃油为主要能源，燃油比例维持在 88% 左右的水平，电力消耗比重为 12%。2000—2008 年，英国铁路能源消耗结构处于波动变化中，电力消耗比重不断下降，由 2000 年的 53.7% 减少至 2008 年的33.5%；2009—2016 年电力比重基本保持在 34.6%左右。同一时期的中国铁路能源消耗比重则处于连续变化的状态，2000—2008 年其燃油消耗比重持续增长，2008 年达到 50.2% 的历史最高值，随后缓慢下降至 2016 年的 37.6%，电力比重在 2008 年以后持续增加。

铁路运输能源消耗结构是铁路牵引形式的重要表现，体现的是各国机车牵引结构的变化与发展。加拿大国家铁路只以燃油为燃料，电气化铁路里程仅为 129 km，在其国家铁路里程中不足 0.1%[13]，几乎全部的铁路列车都由内燃机车牵引。美国铁路能源消耗结构基本稳定，燃油是其国家铁路的主要能源，表明美国铁路内燃机车牵引是主要的牵引方式。在能耗结构数据中，可以看到中国和日本铁路在 2008 年后电力消耗比重不断增加，燃油消耗比重下降，表明 2008 年后两国铁路电力牵引运输比重逐渐提升，内燃机车牵引比重降低。不同的机车牵引结构，可以影响到铁路运输能源消耗。根据测算，蒸汽机车的终端能源利用效率一般在 6%～9%，内燃机车的终端能源效率达到25%～26%，而电力机车的终端能源利用效率可以达到 30%～32%，加大电力牵引比重可以达到节约能源的目的[16]。

表2 世界主要国家铁路能源消耗结构 %Tab.2 Energy structure of railway in the major countries of the world

3 国内外铁路能源利用效率

铁路机车通过牵引作业实现旅客和货物的位移，完成相应的铁路运输生产量。铁路运输以旅客周转量和货物周转量来衡量运输生产量。以下以完成单位运输生产量所消耗的能源数量作为铁路能源利用效率的度量，通常以每百万吨公里或每百万人公里的能源消耗计算能源利用效率，称其为铁路能源强度，单位为吨标准煤/百万吨公里或吨标准煤/百万人公里。在中国和英国铁路能源消耗统计中，客运能耗数据与货运能耗数据没有单独统计，能源消耗量是客运与货运能源消耗量之和。因此，将中国和英国铁路客运周转量和货运周转量按照 1 : 1 的比例经过换算，转化为换算周转量，两国的客货运能源强度为能源消耗量与换算周转量的比值。世界主要国家铁路能源强度[6-10]如表3 所示。

通过铁路能源强度数据表可以看出，中国铁路客货运能源强度远远低于英国铁路，中国铁路能源利用效率高于英国。2000—2013 年，中国和英国国家铁路能源强度均处于不断下降的过程，其中中国客货运能源强度从 2000 年的 10.22 吨标准煤/百万换算吨公里下降至 2013 年的 4.66 吨标准煤/百万换算吨公里，降幅达 54.40%，平均年降幅为 3.89%，2003 年能源强度下降幅度最大，达到24.70%。2000—2013 年，英国铁路客货能源强度从 30.93 吨标准煤/百万换算吨公里下降至 16.85 吨标准煤/百万换算吨公里，降幅为 45.52%，平均年降幅为 3.25%，两者均低于中国铁路能源强度降幅。2000—2016 年，中国铁路客货能源消耗强度均值为 6.24 吨标准煤/百万换算吨公里，英国是 20.83吨标准煤/百万换算吨公里，是中国的 3.34 倍。

美国和加拿大国家铁路能源统计客运与货运分开，两国铁路客运和货运能源强度差别比较大。数据显示，2000—2006 年，美国铁路客运能源强度普遍高于加拿大国家铁路，两国的铁路能源强度在这一时期均不断下降，美国客运能源强度降幅为 20.65%，而加拿大国家铁路降幅仅为 3.13%，远远低于美国客运能源强度降幅。2007—2016 年，美国铁路客运能源强度逐渐低于加拿大，美国铁路客运能源强度连续下降，降幅为 12.67%，低于2000—2006 年的降幅，加拿大国家铁路客运能源强度处于波动状态。综合分析美国和加拿大国家铁路客运能源强度，两国铁路客运能源强度基本呈现下降趋势，美国降幅为 35.10%，平均年降幅为2.06%，加拿大国家铁路降幅为 12.13%，平均年降幅为 0.72%。2000—2016 年美国铁路客运能源强度降幅与年均降幅均高于加拿大。从货运能源强度分析，美国铁路货运能源强度不断降低，2000—2016年的降幅为 19.55%，平均年降幅为 1.15%；加拿大铁路货运能源强度在经历 2000—2005 年的连续降低之后，达到该时期的最低值 7.86 吨标准煤/百万吨公里，在此之后，其货运能源强度增加至 2008年的最高值 9.91 吨标准煤/百万吨公里，2009—2016年，加拿大铁路货运能源强度在波动中上升。由于英国和中国没有对客运和货运能源消耗分开统计，因而无法将英国、中国的铁路客货能源强度同美国、加拿大铁路客货运能源强度进行比较与分析。如果按照 1 : 1 的比例将美国和加拿大国家铁路的客运周转量与货运周转量进行换算后计算其铁路客货运能源强度，两国的客货运能源强度远远高于中国和英国。

表3 世界主要国家铁路能源强度Tab.3 Energy intensity of railway in the major countries of the world

通过美国和加拿大国家铁路能源强度数据可知，2000—2016 年，加拿大国家铁路客运能源强度均值为 61.73 吨标准煤/百万人公里，货运能源强度均值为 8.31 吨标准煤/百万吨公里，客运能源强度均值是货运能源强度均值的 7.43 倍。同一时期，美国的相应值为 66.05 吨标准煤/百万人公里、8.04 吨标准煤/百万吨公里，客运能源强度是货运能源强度值的 8.58 倍。加拿大和美国铁路客运能源强度都远远高于其货运能源强度，这与两国的铁路运输结构有很大关系。由于两国发达的工业化程度和高度的私人汽车拥有量及便捷的高速公路网，其居民出行更多的是依靠高速公路，铁路旅客列车的上座率远远低于中国，引起庞大的需糜运输，单位旅客运输生产量能源消耗居高不下。而在同一时期，日本铁路的客运和货运能源强度均处于低位，能源利用效率较高。日本铁路客运能源强度平稳降低，均值为 6.72 吨标准煤/百万人公里，其货运能源强度在波动中降低，均值为 8.22 吨标准煤/百万吨公里，稍高于其客运能源强度。

铁路能源消耗强度象征铁路能源利用效率，其值越低，表明其能源利用效率越高。尽管铁路能源消耗强度降低值微小，但由于铁路每年巨大的运输生产量，也能引起铁路能源消耗量的巨大变化。以中国为例，2013 年中国铁路能源强度为 4.66 吨标准煤/百万换算吨公里，比 2012 年降低 0.08 吨标准煤/百万换算吨公里，在铁路换算周转量不变的情况下，可以节省标准煤 29.92 万吨。

4 结论

铁路能源消耗量在不同的国家存在巨大的差异，而由于世界各国交通运输结构、居民出行特征、经济发展水平等因素的差异，每个国家的铁路能源消耗也呈现不同的特征。通过中国与美国、加拿大、英国、日本等世界主要国家的铁路能源消耗多年统计数据的比较与分析，得到以下结论。

（1）中国铁路能源消耗在国家交通运输能源中的比重高于欧美国家，铁路能源消耗量低于美国，但高于加拿大、英国、日本等国家。随着中国电气化铁路的扩展和高速铁路的发展，其能源消耗量将保持继续下降的态势，铁路节能的优势将得到进一步的发挥。

（2）中国铁路燃油消耗和电力消耗逐渐占据较大的比重，原煤的消耗比重逐年降低，而美国、加拿大、英国、日本等国由于不同的铁路牵引比重，铁路能源消耗结构各异，美国和加拿大以燃油为主，日本主要使用电力作为铁路能源，英国以燃油和电力为铁路能源。

（3）中国铁路能源利用效率高于英国，能源消耗强度持续降低。美国和加拿大铁路客运能源强度远远高于其货运能源强度，美国铁路客运、货运能源强度逐渐低于加拿大，能源利用效率逐渐提升。如何将中国铁路客运能源消耗和货运能源消耗分开统计分析，是今后研究的难点和重点。

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