德国铁路在交通转型背景下的发展战略研究

方奕

（中国铁道科学研究院集团有限公司科学技术信息研究所，北京100081）

1 背景

近年来，德国政府着力推动能源转型国家战略，其中交通行业作为能耗大户是需重点关注的领域，交通带来的能源消耗、环境污染和拥堵等问题必须切实得到解决。交通转型是实现能源转型的关键一环。在交通转型战略中，德国政府确定了运输向铁路转移，实现铁路系统能源转型的实施路径，并部署了一系列政策措施，铁路作为环保的交通方式成为需重点扶持的产业，被寄予高度期望。

1.1 能源转型

早在2000年，德国政府将能源转型作为其能源政策的指导方针，能源转型旨在将传统的以石化能源和核能为基础的能源供应体系转向以可再生能源为基础的能源体系，最终达到节能减排。为实现这一愿景，德国政府在出台的系列文件中规定了2020、2030、2040、直到2050年时在诸多能源领域要实现的量化指标。德国推进能源转型的目的不仅是为了确保能源供应的安全、可持续，以及保护环境，还试图引领以能效和可再生能源开发为主的新一轮技术竞争，从而助推德国经济，确保德国核心竞争力的提升。2016年德国实现了可再生能源领域共计120亿欧元产品的出口，并与众多国家建立了能源合作关系，借助能源转型平台提升政治和经济地位，能源转型的德语“Energiewende”已被收入英语词汇，其影响力可见一斑［1］。

1.2 交通转型

交通领域作为国民经济中的能耗大户，在能源转型过程中扮演非常重要的角色。2017年德国交通行业能耗占全社会的30%，CO2排放占全社会总排放的20%。根据联邦德国交通路网规划预测，2030年全社会货运周转量比2010年增长38%，旅客周转量同期增长13%［2］。在交通周转量仍持续增长的背景下，德国政府、学术界一致认为，实现交通转型，即交通领域的能源转型是能源转型国家战略取得成功的必要前提。

1.3 目标

2010年联邦政府在能源方案中制定的交通领域气候保护目标为：到2020年和2050年能耗分别比2005年降低10%和40%；2020年和2050年温室气体排放分别比1990年减少40%和80%。为达到2015年巴黎气候变化大会上的减排目标，2016年11月联邦政府结合实际情况制定了2050气候保护纲要，调整了所设定的减排目标：交通领域2030年温室气体排放比1990年降低42%，2050年交通领域将实现CO2零排放［3］。

2 交通转型背景下的铁路发展策略

为减少因交通产生的环境危害，尤其要减少CO2的排放量并实现交通转型，联邦德国交通和数字化基础设施部2013年首次颁布《交通和燃料战略》，决定从2个途径入手：一是交通方式的转变，即将客货运输转移至环保的交通方式，客运方面提倡短途使用自行车、中途使用包括铁路在内的公共交通方式、长途使用高速铁路；货运方面提倡长距离运输使用水路和铁路运输［4］；二是加快实现交通系统的能源转型，将交通领域的供能来源改为可再生能源，即用绿色电能或由绿色电能生产的电子燃料和生物燃料来代替汽油、柴油燃料［5］。

2.1 提高铁路运量

2016年德国铁路旅客周转量和货物周转量的市场份额分别为7.7%和18%，但在交通行业中能耗占比仅为2%，CO2排放占比为3%。由此可见，要实现政府的气候保护目标，必须将运输骨干力量转移至铁路［6］。

2.1.1 加大铁路基础设施建设支持力度

路网规划方面，德国政府加大了对铁路网建设投资的力度，着重扩大主干道运输能力和消除交通瓶颈，提高运输网络的整体效率，并针对铁路货运线路能力不足的现状提出解决方案。联邦交通路网规划（BVWP 2030）从提升综合运输效率、降低对环境的影响出发，将超过一半的建设投资分配给了铁路和水路2种环保的运输方式，其中铁路建设资金1 123亿欧元，占总资金的41.6%［2］。规划指出，未来将加快建设和改造适用于740 m长货车运行的基础设施，同时研发开行1 000 m长货运列车的解决方案；加快铁路基础设施的立项审批流程，推进铁路路网的电气化改造工程；加快推进超大型枢纽扩建工程，重点推进莱尔特超级转运中心、杜伊斯堡-鲁尔地区港口的莱茵鲁尔联合运输枢纽建设。

政策支持方面，根据德国政府颁布的《对多式联运转运设备的资助条例》，多式联运转运设备的建造和扩建将得到德国政府高达85%的资助。2017年德国政府共发放了1 400万欧元的此类补贴。

2.1.2 提高铁路客运吸引力

目前德国绝大多数出行意愿由私家车完成，将个人汽车、德国国内航班乃至欧洲境内航班的出行需求转移至铁路，是达到交通转型目标的必经之路。除了降低车票价格之外，向铁路转移的主要举措为利用数字化、自动化技术提升铁路运营效率和产品质量，提升旅客体验，提高铁路的竞争力和吸引力。

客运产品方面，德国铁路致力于为乘客提供长短途无缝衔接、门到门的一体化运输方案来提高客运产品及服务质量。联邦交通和数字化基础设施部（BMVI）于2018年提出“德国节拍”战略［5］，将铁路长途和短途交通更加紧密地衔接起来，所有列车包括短途、市郊列车都在固定时间点发车，长途列车按0.5 h或1 h开行，短途列车按1 h或2 h节拍运行，由此达到缩短旅行时间、长短途无缝可靠换乘、增加线路运输能力的目标。德国铁路股份公司（DB AG）一方面努力扩大经营范围，为乘客提供包括共享单车、共享电动车、汽车租赁等方式在内的一体化出行产品，另一方面加强与城市交通、机场的合作，为乘客提供联程联运产品。

客运服务方面，德国铁路致力于提供实时、准确、跨交通方式的旅客信息和一站式票务服务。旅客信息方面，DB AG近年来一直致力于为乘客提供旅程陪伴服务，监控运输服务过程中的动态变化，采集路网公司调度系统内的信息，实时为乘客提供晚点、延误、列车编组等信息，晚点情况下能提出旅程替代方案［7］。一站式票务方面，DB AG的目标是：旅客只需1次点击，即可订购欧洲不同运营商所提供的各类运输产品与餐饮、旅游等增值服务的产品组合，且无需比价自动以最优价格付款。近期，DB AG推出的手机应用DB Navigator已将约一半的城市交通票务吸纳进来，实现了城市公共交通从单程票到年票所有票种的数字化。

政策支持方面，政府计划通过减税措施降低长途客运票价。德国铁路是欧洲唯一1家要全额承担税费的铁路企业。在此背景下，德国政府从2020年起将铁路长途客运的增值税率降低至7%，由此德国铁路长途客运票价将总体降低10%。此外，德国政府将在2021年开始征收10€/t的CO2排放税，2025年这一税费将升至35€/t，2026年后税费将升至35～60€/t，这一举措将使汽油和柴油价格上涨，以此支持铁路发展［5］。

2.1.3 提高铁路货运竞争力

以货物周转量吨公里计算，铁路货运的温室气体排放量仅约为卡车的1/4，将货运量转移至铁路是实现交通及能源转型的关键。近年来，德国铁路货运由于成本上升较快、盈利性不断下降，在与公路运输的竞争中处于弱势，导致铁路货运量不断小幅下降。尽管联邦政府提出300 km以上的货运转移至铁路和水路的目标，但德国铁路在货运市场的份额长时间停滞在18%，铁路货运的盈利性也持续恶化。针对上述状况，政府制定了一系列政策，铁路公司也采取了多种措施提高铁路货运的竞争力。

货运产品方面，一是实现与整个物流系统紧密结合的固定运行图，为客户提供包括“最后一英里”在内的完整点到点全程货运产品，开发用于铁路货运两端接驳运输的电动汽车解决方案；二是提高整车运输的效率。整车运输存在效率低、耗时长、成本高的问题，需进一步缩短运输时间和降低运输成本；三是大力发展多式联运，优化集装箱转运系统，简化综合运输的作业环节和流程等。

货运服务方面，通过应用数字化技术改善货运服务质量，一是推出线上预订系统，引入运能管理系统，方便客户实时掌握运能信息并实现快速预订；二是完善不同货运公司间的信息交换系统，对于晚点超过30 min的列车，可提供准确的预计到达时间；三是推出货物实时追踪服务，向客户实时提供集装箱内温度、湿度、气压、位置等关键信息。

政策支持方面，政府一方面于2018年起降低了铁路货运的线路及设施使用费，减轻铁路公司的负担；另一方面鼓励铁路货运进行技术创新，通过推进货车自动化编组、自动驾驶技术的研发、开发新一代货车等提高铁路货运的作业效率和降低成本。

2.2 实现铁路系统的能源转型

尽管铁路已经是一种环保的交通方式，但在能源转型战略的推动下，其他交通方式均努力采取各种措施降低能耗和温室气体的排放，铁路也应继续挖掘在节能减排方面的潜力，继续保持环保优势。主要实现途径为：一是对于非电气化铁路开发替代驱动技术；二是对电气化铁路，大力提高绿色电力在牵引电能中的占比；三是提高铁路运行的能耗效率。

2.2.1 推进替代驱动技术研发

德国铁路长途客运线路已实现100%电气化，而许多短途交通路段和货运铁路却依然使用内燃机车。近年来，德国政府通过国家创新计划（NIP）对机车车辆的替代驱动技术的研发、试验进行了资助，研发重点主要包括：

（1）电池动力系统。2016年起，BMVI设立了“电力驱动技术”“电池驱动的电动车组”等研究项目，促进对安装有电池的混合动力机车及动车组的研发。研究对象是装配有高效的锂电池的机车车辆，可同时在电气化及非电气化线路上运行，项目除了要完成混合动力机车车辆的研发、认证，并投入客货运输以外，还需证明电池驱动的总体经济性。目前，庞巴迪、Stadler等公司在德国政府的资助下已完成了原型车的制造并于2019年开始进行试验。

（2）氢燃料电池驱动列车。BMVI与国家氢能和燃料电池技术组织于2015年启动了“铁路氢能基础设施”的相关科学研究。2016年7月发布的研究结果表明，氢燃料电池列车的效率高，维护成本低，相比现在的柴油列车可节约25%的成本，氢能和燃料电池的电动技术特别适合替代内燃机车。用于“铁路短途客运”领域的燃料电池与蓄电池混合动力车已有具体应用案例或项目研究，例如CoradiaiLint（阿尔斯通）、Mireo Plus H-燃料电池-蓄电池混合系统（西门子交通有限公司）、Wink零排放-新型的短途短编组列车（Stadler铁路集团）。

2.2.2 提高绿色电力在牵引供电中的占比

绿色电力是指利用特定的发电设备，如风机、太阳能光伏电池等，将风能、太阳能等可再生的能源转化成电能，只有采用绿色电能才能真正实现CO2零排放。为此，在能源转型的国家战略指引下，DB AG在2011年宣布，到2020年可再生能源在牵引电能来源中的比例要提至35%，2050年提至100%，即实现100%CO2零排放的铁路运输。2018年DB AG绿色电力在总电力中的占比从上一年度的44%增至57%，已提前达到此前设定的目标。DB AG计划到2030年将牵引电力中绿色电能的占比提高到80%。大规模应用可再生能源产生了大幅度减排的积极效果。2018年CO2排放量比2006年减少33.2%，提前达到了2020年减少30%的目标［7］（见表1）。

表1 DB AG环保指标完成情况%

作为德国最大的绿色能源消费者，DB AG一方面与水力发电厂、风场签订电力采购协议，保证绿色电力的供应；另一方面为客户提供100%无CO2的绿色运输产品，既增加了铁路作为环保交通方式的吸引力，又快速提高了绿色电力占比。该公司从2009年起尝试推出绿色运输产品，实现途径见图1。2013年4月起，凡持有BanhCard的旅客和经过注册的公司客户在乘坐ICE或者IC长途客运列车时，DB AG将全部采用可再生能源制造的电能。无Bahncard的一般乘客在购买车票时，可选择加1€购买“环保”产品，这样也能实现零排放［8］。

2018年DB AG绿色电力占比大幅提高主要归功于长途铁路客运，使用100%绿色电力运行的长途客运列车累计发送旅客的人数已超过1.4亿。从2019年起，DB短途客运公司和DB货运公司将加大使用绿色电力的力度，德国最大的15个火车站也将使用可再生能源供电［7］。

图1 DB AG绿色铁路运输产品的实现途径

2.2.3 提高能源利用效率

技术层面，德国政府着力推进生态列车、货车改造等项目的研发。生态列车是指通过安装模块化设备，让列车在启动和制动过程中，能将柴油驱动产生的多余能量储存在蓄电池中，配合驾驶辅助系统及能源系统的应用，从而优化存储能量的利用效率。上述模块系统现已安装在一列VT 642型短途运输列车上，正在进行验证试验，预计2021年将率先小批量安装在萨克森州埃尔茨山脉列车中的12列车上。此外，BMVI还鼓励铁路公司在使用年限较长的货车上安装新型制动系统、自动化车钩以及制动能反馈系统，以此达到节能减排的目标。

政策方面，2018年1月德国政府公布了高能效技术资助计划，目的在于进一步降低铁路运输成本，提高能源效率。只要铁路运输公司的能源效率同比增长1.75%，政府即给予该公司高达50%的高能效措施补贴，补贴对象包括购置混合动力机车和现代化节能型机车车辆，或是采取能够提高公司能源效率的自动化解决方案。

3 经验及启示

交通转型是一个涉及技术、政治、经济、社会各方面的系统工程，是持续的结构变迁过程。德国政府为实现交通转型设定了雄心勃勃的目标，并设计了可行的实施路径及周密的政策措施。在铁路系统的能源转型方面德国已取得初步成果，在运输向铁路转移方面，政策的有效性还有待进一步观察。系统研究德国在交通转型背景下的铁路发展战略，有利于我国铁路在促进铁路绿色发展、提高客货运输的竞争力及吸引力等方面汲取德国的先进经验，为我国铁路的可持续发展提供参考和建议。

（1）确立优先发展铁路的战略定位。从可持续发展角度看，铁路运输是一种环保的交通方式，根据德国铁路行业协会的统计，铁路长途客运平均每人公里的能耗分别是小汽车和飞机的1/6和1/10；铁路货运平均每吨公里的能耗是重载卡车的1/5，是水运的3/4［6］。在能源供应紧张、减排任务较重、气候保护越来越受重视的背景下，德国制定了支持铁路优先发展的战略规划，致力于将长距离货运、中短距离客运转移至铁路上来，由此达到摆脱对小汽车及石油资源依赖的目标［7］。近年来我国对铁路等环境友好型交通运输方式的政策支持力度不足，铁路客货运输面临着来自航空和公路的激烈竞争，尤其是铁路货运市场份额呈下降趋势，需统筹考虑各种交通方式的外部效应，确立优先发展铁路的战略；制定其他配套优惠政策保障运量大、特别是大宗货物长距离运输向铁路及水运等环境友好的运输方式转移，支持铁路发挥更大的作用，促进综合交通体系的合理分工［9］。

（2）着力提高铁路客货运输产品的竞争力和吸引力。提高铁路客货运输产品的竞争力和吸引力是实现运输向铁路转移的主要途径。德国铁路在客运领域致力于通过提供长短途无缝衔接、门到门的一体化运输方案以及实时、准确、跨交通方式的旅客信息来优化乘车体验；货运领域则主要采取提供包括“最后一英里”在内的完整的点到点全程货运产品、大力发展多式联运、应用数字化技术改善货运服务质量等措施来提高货运产品的竞争力来提升服务品质。我国铁路由于运输产品单一，存在与其他运输方式衔接融合不紧密、多式联运发展滞后、服务质量尚需进一步提高等问题，在越来越激烈的市场竞争中处于被动地位，近年来尤其是铁路货运遭受了较为严重冲击。需坚持公共交通优先发展的战略，不断深化运输供给侧结构性改革，加强低碳出行行为引导，促进各种运输方式的协调融合；系统提升铁路运输的信息化水平，提高整体运营效率和服务质量，增加客货产品的有效供给［10］；加快推进多式联运的发展，促进各种运输方式之间的信息共享，不断巩固和扩大铁路运输市场份额。

（3）加强绿色技术的研发。铁路是最清洁的运输方式，但仅仅把运输转向铁路还不够，还应针对非电气化线路研究应用新的技术解决方案，并进一步提高能源利用效率、扩大绿色电力在牵引供电中的占比。德国铁路在此方面已经取得了显著成果：用于非电气化线路的替代驱动技术已有具体的应用案例；2018年DB AG绿色电力在总电力中的占比提高至57%，已提前达到预设目标，距离2030年绿色电力占比为80%的目标已经不远；德国铁路一直积极扩大生态列车、驾驶辅助系统、制动能反馈系统等节能技术的应用范围，并致力于高能效技术的研发。近年来，我国铁路单位运输工作量综合能耗有所降低，污染物排放有所减少，但与德国相比，在替代驱动技术的开发应用、绿色电力的应用以及能效提高方面还存在一定差距，未来应加强铁路节能环保技术的研发力度，加大绿色电力、新能源、清洁能源在铁路客货运输领域的应用［11］，不断降低运行能耗，持续提升铁路绿色环保水平。