高速鐵路節(jié)能環(huán)保效應(yīng)及效益分析研究

謝漢生，黃茵，馬龍

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京 100081)

高速鐵路節(jié)能環(huán)保效應(yīng)及效益分析研究

謝漢生，黃茵，馬龍

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京 100081)

高速鐵路已經(jīng)成為世界鐵路發(fā)展的主要潮流，高速鐵路具有節(jié)能、環(huán)保、占地少、安全、便于城市間大容量運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)。從土地占用、利用新能源和可再生能源和“以電代油”三方面分析了高速鐵路的節(jié)能減排效應(yīng);通過(guò)與其他運(yùn)輸方式能源消耗、污染物排放的比較，分析高速鐵路環(huán)境優(yōu)勢(shì);最后分析了高速鐵路的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。研究結(jié)果表明，發(fā)展高速鐵路將直接關(guān)系到整個(gè)交通運(yùn)輸業(yè)節(jié)能減排的效果，對(duì)實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)具有重大而深遠(yuǎn)的意義。

高速鐵路;節(jié)能環(huán)保效應(yīng);效益;研究

1 概述

高速鐵路是各國(guó)根據(jù)本國(guó)的幅員、人口分布、工商業(yè)布局、經(jīng)濟(jì)與科技實(shí)力等具體國(guó)情，從實(shí)際需要出發(fā)而采取的一種客運(yùn)工具。在我國(guó)，新建列車(chē)最高運(yùn)行時(shí)速300 km及以上的客運(yùn)專線和城際鐵路，客貨混線以客為主、列車(chē)最高運(yùn)行速度250 km及以上的鐵路均屬于高速鐵路［1］。高速鐵路已成為世界鐵路發(fā)展的主要潮流，它不僅具有明顯的節(jié)能環(huán)保效應(yīng)，而且更重要的是能完全實(shí)現(xiàn)用電力牽引作業(yè)，具有獨(dú)有的“以電代油”功能，從而大幅度降低了整個(gè)鐵路運(yùn)輸對(duì)石油的依賴，優(yōu)化了能耗結(jié)構(gòu)，降低了碳排放，有助于能源的可持續(xù)發(fā)展和“低碳經(jīng)濟(jì)”的實(shí)現(xiàn)。

2 高速鐵路的節(jié)能環(huán)保效應(yīng)分析

2.1 減少土地占用

從生態(tài)學(xué)的角度看，交通運(yùn)輸對(duì)土地占用應(yīng)盡可能地減小。鐵路與公路相比，對(duì)于運(yùn)送相等數(shù)量的旅客，高速鐵路所需的基礎(chǔ)設(shè)施占地面積僅是公路所需要面積的25%［2］。法國(guó)TGV高速鐵路路基的寬度為14 m左右，而高速公路是28 m(4股車(chē)道)到35 m(6股車(chē)道)，1條TGV高速線所占用的土地面積僅相當(dāng)于1條雙向4股車(chē)道高速公路占地面積的50%。與航空相比，航空運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)設(shè)施主要是機(jī)場(chǎng)，在一些大城市附近修建機(jī)場(chǎng)會(huì)占用大量土地。例如:巴黎附近的戴高樂(lè)機(jī)場(chǎng)占用了 3 000 hm2面積，它是巴黎市區(qū)內(nèi)面積的1/3;然而巴黎一里昂高速鐵路線路總占地面積為2 400 hm2。

京津城際鐵路全線大量采用“以橋代路”，有效減少鐵路對(duì)沿線城鎮(zhèn)的切割，節(jié)省了大量土地。據(jù)測(cè)算，與采用路基相比，采用橋梁每公里可節(jié)省土地2.9 hm2(44畝)，僅這一項(xiàng)，京津城際鐵路就節(jié)約土地306 hm2(4 590余畝)［3］。而且全線同步實(shí)施橋下植被綠化、邊坡綠色防護(hù)等措施，既有效防止水土流失，又綠化美化沿線環(huán)境。對(duì)全線的橋梁、站房、雨棚、站區(qū)等建筑都進(jìn)行“景觀設(shè)計(jì)”，力求與既有建筑和諧相融。

京滬高鐵全線長(zhǎng)約1 318 km，“以橋代路”是其一大特色。全線共有橋梁244座，橋梁總長(zhǎng)度為1 059.7 km，占全線80%。丹陽(yáng)至昆山段164 km全部為高架橋結(jié)構(gòu)?！耙詷虼贰狈桨腹こ坛杀靖?、工藝難度大、裝備要求高，整條鐵路線采用全封閉立交橋的形式建成，為適應(yīng)沿線城市密集、道路河流發(fā)達(dá)、軟土地基等特點(diǎn)，京滬高速鐵路徐滬段全線橋梁比例達(dá)到80%以上，達(dá)到135座。這樣既保證了運(yùn)行效率，又節(jié)約了土地。正常的鐵路寬度，包括排水溝，雙線要40 m寬，修建橋梁占地只是23 m寬。通過(guò)能力高出一倍，而占地少了一半［4］。

2.2 利用新能源和可再生能源

京津城際鐵路北京南、天津兩站均設(shè)計(jì)超大面積的玻璃穹頂，在各層地面還做透光處理，充分利用自然光照明;另外北京南站還采用熱電冷三聯(lián)供和污水源熱泵技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)利用，該系統(tǒng)產(chǎn)生的年發(fā)電量能滿足站房49%的用電負(fù)荷，每年可節(jié)省運(yùn)營(yíng)成本約600萬(wàn)元;新建北京南站在站房中央采光帶屋面，鋪設(shè)了 3 264塊太陽(yáng)能光伏板，面積 6 700 m2，占全部采光帶的50%左右，總發(fā)電容量320 kW，每年可發(fā)電18萬(wàn)kWh，可減排198 t廢氣，可替代70 t標(biāo)準(zhǔn)煤［5］。

武昌站使用地源熱泵后初步測(cè)算，2008年1—10月，5萬(wàn)m2武昌火車(chē)站站房耗電量近305萬(wàn) kWh，平均每天耗電0.2 kWh/m2，僅是一臺(tái)1.5匹空調(diào)的1/4耗電量;武漢站是一座綠色環(huán)保的火車(chē)站，透明的屋頂讓自然光線直接照射整個(gè)候車(chē)廳和候車(chē)站臺(tái)，節(jié)約了大量的人工照明，同時(shí)，屋頂?shù)慕饘傥菝姘迳线€安裝了太陽(yáng)能電池板，形成太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)，又為整個(gè)車(chē)站的夜間照明提供能源。安裝的地源地?zé)峥照{(diào)系統(tǒng)可使武漢站的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能達(dá)到30%。

2.3 完全實(shí)現(xiàn)“以電代油”

隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，以石油為主導(dǎo)的世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)逐步陷入了能源供給的危機(jī)?；膺@一危機(jī)的主要出路之一，在于調(diào)整能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，盡可能地降低對(duì)石油的依賴。一方面是“節(jié)油”，另一方面就是尋找替代能源，兩方面比較起來(lái)，后者的潛力更大。具體到交通運(yùn)輸領(lǐng)域中，鐵路是唯一可以大面積用多種能源替代石油的大能力綜合性綠色交通運(yùn)輸工具，因此，目前世界各國(guó)在這一領(lǐng)域推廣“以電代油”技術(shù)的主要做法就是大力推行電氣化鐵路，大量使用電力機(jī)車(chē)作為牽引動(dòng)力已成為世界鐵路發(fā)展的共識(shí)。

據(jù)鐵道部公布的資料，“十五”期間，我國(guó)鐵路新增電氣化里程 5 287 km，電氣化鐵路承擔(dān)的運(yùn)輸工作量比重由2000年的31.8%上升為2005年的42.7%，實(shí)現(xiàn)鐵路以電代油566萬(wàn) t［6］。因此，加快鐵路電氣化建設(shè)，積極推進(jìn)節(jié)約和替代石油工程，仍將是我國(guó)鐵路節(jié)能工作的一項(xiàng)重要目標(biāo)。通過(guò)提高既有線電氣化率和電力機(jī)車(chē)牽引比重，“十一五”期末，在運(yùn)輸能耗總量增長(zhǎng)幅度低于換算周轉(zhuǎn)量增長(zhǎng)幅度的基礎(chǔ)上，鐵路行業(yè)將實(shí)現(xiàn)以電代油1 200萬(wàn)t，鐵路牽引成品油消耗量將比“十五”期末下降90萬(wàn)t。可以預(yù)期，隨著一大批高速鐵路的建成投產(chǎn)，我國(guó)電氣化鐵路所占比重將達(dá)到60%，“以電代油”的效果將會(huì)更加明顯。

3 高速鐵路與其它運(yùn)輸方式對(duì)環(huán)境造成負(fù)面影響比較分析

3.1 能源消耗

高速鐵路是使用電力的運(yùn)輸方式，并能利用可更新的能源，如核電、太陽(yáng)能或水利發(fā)電。根據(jù)日本的研究資料，高速客運(yùn)鐵路與小汽車(chē)、飛機(jī)相比，平均每人·km的能耗比例為1∶5.3∶5.6。如果以每個(gè)旅客消耗1單位燃料所能行駛的里程來(lái)比較，則高速鐵路為 1.0，公路為 0.62，航空為0.26。法國(guó)和德國(guó)的研究表明，以人·km為單位的換算能耗，公路是鐵路的1.8～2.4倍。參照日本新干線及法國(guó)TGV和國(guó)內(nèi)有關(guān)資料，按每人· km標(biāo)準(zhǔn)能耗計(jì)算，內(nèi)燃機(jī)車(chē)牽引鐵路為2.86，電力牽引鐵路為1.93，高速鐵路為2.73，高速公路為22.05，飛機(jī)為 44.1［6］。在美國(guó)，對(duì)于客運(yùn)來(lái)說(shuō)，各種運(yùn)輸方式每人·km所耗用的能源，飛機(jī)是城際列車(chē)的3倍，汽車(chē)是城際列車(chē)的6倍;而對(duì)于貨運(yùn)來(lái)說(shuō)，城際貨運(yùn)卡車(chē)的單位能耗是列車(chē)的8倍。我國(guó)京津城際鐵路節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢(shì)突出，代表現(xiàn)代綠色交通的發(fā)展方向，動(dòng)車(chē)組重量比一般客車(chē)輕30%以上，降低能耗效果明顯，時(shí)速350 km動(dòng)車(chē)組功率8 800 kW，人均15 kW，北京—天津人均耗電7.5 kWh，是陸路運(yùn)輸方式中最節(jié)省能源的［3］。因此，高速鐵路的能耗大大低于小汽車(chē)和飛機(jī)。高速列車(chē)采用電力牽引，不消耗日益價(jià)高的石油等液體燃料，減少對(duì)石油的依賴性，可利用多種形式的能源，是利用二次能源的快速交通工具，環(huán)境優(yōu)勢(shì)明顯優(yōu)于汽車(chē)和飛機(jī)，具有顯著的節(jié)能作用。

3.2 大氣污染

從環(huán)境保護(hù)角度看，公路和航空這兩種運(yùn)輸方式不僅產(chǎn)生大氣污染而且通過(guò)釋放 CO2加劇了全球溫室效應(yīng)。高速鐵路以電力作為動(dòng)力，因而行駛過(guò)程中無(wú)廢氣排出，是一種清潔的運(yùn)輸方式、綠色的交通工具。高速鐵路對(duì)空氣的污染也是最小的，基本上消除了粉塵、煤煙和其他廢氣污染，而一架?chē)姎馐娇蜋C(jī)平均每小時(shí)排放46.8 kg CO2，635 kg CO，15 kg酸雨，是植被遭生態(tài)到破壞和建筑物遭到侵蝕的主要原因［7］。據(jù)歐美各主要城市檢測(cè)數(shù)據(jù)，城市中各類(lèi)主要廢氣(CO、C02、NO、SO2、碳?xì)浠衔?、Pb、懸浮粒子)40% ～90%來(lái)自汽車(chē)尾氣。日本新干線資料表明:在人均CO2排放量上，汽車(chē)與飛機(jī)分別是高速鐵路的5.5倍和6.3倍。

4 高速鐵路的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益分析

高速鐵路投入運(yùn)行以來(lái)，備受旅客青睞，其經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。日本東海道新干線投入運(yùn)營(yíng)后，高速列車(chē)的客運(yùn)市場(chǎng)占有份額迅速上升，迫使東京—名古屋的飛機(jī)航班停運(yùn)，這是世界上鐵路與航空競(jìng)爭(zhēng)首次取得勝利的實(shí)例。時(shí)間價(jià)值的節(jié)約為整個(gè)社會(huì)和國(guó)家?guī)?lái)的效益是十分可觀的，據(jù)估算，日本新干線每年運(yùn)送旅客所節(jié)省的時(shí)間相當(dāng)于多創(chuàng)造 9 000多億日元的經(jīng)濟(jì)效益［8］。另外，日本高速鐵路大大提高了運(yùn)輸服務(wù)質(zhì)量，同時(shí)取得了預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益，1964年投入運(yùn)營(yíng)，1966年開(kāi)始盈利，1971年收回全部投資。法國(guó)“東南線”在技術(shù)和商業(yè)上的巨大成功，使法國(guó)鐵路擺脫了蕭條，重新走向了輝煌，激發(fā)了法國(guó)修建高速鐵路的積極性。同時(shí)，極大地推動(dòng)了世界高速鐵路的發(fā)展。

4.2 社會(huì)效益分析

高速鐵路的社會(huì)效益更是顯著，隨著交通、物流環(huán)境的大大改善，國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力得到加強(qiáng);地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展得以均衡;國(guó)民生活質(zhì)量得以提高;地區(qū)文化差距得以縮小。實(shí)踐證明，高速鐵路的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)使其在中長(zhǎng)距離范圍內(nèi)成為一種更為經(jīng)濟(jì)、有效的運(yùn)輸方式。在全球范圍內(nèi)，必將有更多的國(guó)家修建高速鐵路，這是解決交通運(yùn)輸所面臨的一系列問(wèn)題的有效途徑。

5 結(jié)論及建議

5.1 高速鐵路具有明顯的節(jié)能減排效應(yīng)

(1)通過(guò)替代其他運(yùn)輸方式和實(shí)現(xiàn)客貨分線，減少能源的消耗;(2)高速鐵路全部使用電力牽引，改善了能耗結(jié)構(gòu);(3)高速鐵路能有效降低污染物的排放和能源消費(fèi)的碳排放強(qiáng)度。

5.2 高速鐵路具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

高速鐵路的興起，不僅給運(yùn)輸企業(yè)自身帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益，更重要的是它與其他運(yùn)輸方式相比所帶來(lái)的社會(huì)成本的節(jié)省和為全社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出的重大貢獻(xiàn)，以及減少能源消耗和污染物的排放所帶來(lái)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

因此，高速鐵路的蓬勃發(fā)展，必將極大地推進(jìn)節(jié)能型交通運(yùn)輸體系建設(shè)，對(duì)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。

［1］ 李軍.中國(guó)鐵路新讀［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2009.

［2］ 郭文軍，曾學(xué)貴.高速鐵路對(duì)交通運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要意義［J］.中國(guó)鐵路，2000(3):25－27，31.

［3］ 張曙光.京津城際鐵路開(kāi)啟中國(guó)高速鐵路新時(shí)代［J］.中國(guó)鐵路，2009(8):1－4.

［4］ 楊為.京滬高速鐵路的重要土建施工工藝探討［J］.上海建材，2010(3):31－34.

［5］ 謝漢生，黃茵，馬龍.鐵路行業(yè)利用新能源和可再生能源狀況調(diào)研分析［J］.鐵道勞動(dòng)安全衛(wèi)生與環(huán)保，2010，37(5): 266－269.

［6］ 周新軍.高速鐵路與能源可持續(xù)發(fā)展［J］.中國(guó)能源，2009，31(3):24－27.

［7］ 王光蘆，張玉全，李廣順.高速鐵路的發(fā)展是實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要?jiǎng)恿Γ跩］.石家莊鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)，1999，12 (4):36－39.

［8］ 廖弘.淺析高速鐵路的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)［J］.理論學(xué)習(xí)與探索，2006(1):42－43.

Study on the Effects of Energy Conservation and Environmental Protection of High-speed Railway

XIE Han-sheng，HUANG Yin，MA Long
(Energy Saving＆Environmental Protection＆Occupational Safety and Health Research Institute，China Academy of Railway Sciences，Beijing 100081，China)

With its advantages in energy conservation，environmental friendliness，less land use，safety，and convenience for inter-city high-capacity transportation，the high-speed railway has become the mainstream in the world’s railways.It analyses the effect of energy conservation and environmental protection of the highspeed railway from land-using，utilizing new energy and renewable energy and replacing oil with power.It analyses the environmental advantage by comparing energy consuming and contamination eduction with other transport mode.Finally it analyses the social benefit and economic benefit of the high-speed railway.The conclusion is that developing high-speed railway directly relates to the results in energy conservation and emission reduction of the whole system，and also bears great significance to build a low-carbon economy.

high-speed railway; effect of energy conservation and environmental protection; benefit; study

TK01+8

B

2095－1671(2011)01－0019－04