何吉成 交通運(yùn)輸部規(guī)劃研究院

電氣化鐵路是指通過一套牽引供電系統(tǒng)向電力機(jī)車供電，利用電力機(jī)車來(lái)牽引列車的鐵路。電力牽引具有功率大，速度快、能耗低、效率高等特點(diǎn)，其運(yùn)輸能力明顯提高，運(yùn)輸成本大為降低，因此電力牽引是我國(guó)鐵路牽引動(dòng)力的發(fā)展方向。1961年8月15日，我國(guó)第一條電氣化鐵路寶成線寶雞至鳳州段建成通車，此后我國(guó)電氣化鐵路建設(shè)不斷發(fā)展，1996年底，我國(guó)電氣化鐵路建設(shè)總里程已達(dá)10 000 km，到2001年底，已建成了38條電氣化鐵路干（支）線，在電氣化鐵路總里程上已超過日本、印度，躍居亞洲第一位、世界第四位。近幾年來(lái)我國(guó)鐵路建設(shè)加快，電氣化鐵路主要向高速鐵路、重載鐵路發(fā)展，隨著一批客運(yùn)專線的建成，我國(guó)電氣化鐵路規(guī)模會(huì)更高，鐵路運(yùn)輸?shù)恼w速度會(huì)更快，同時(shí)消耗能源會(huì)更少，鐵路的"綠色"效應(yīng)會(huì)越來(lái)越明顯。目前針對(duì)我國(guó)電氣化鐵路的區(qū)段通過能力、電力需求預(yù)測(cè)和建設(shè)技術(shù)等方面有了一些研究工作，本文則通過分析我國(guó)電力機(jī)車保持量、電氣化鐵路里程、電力機(jī)車牽引工作量、電力機(jī)車單位耗能和電力機(jī)車年耗電量等指標(biāo)的多年變化特征，在時(shí)間尺度上對(duì)我國(guó)電氣化鐵路的發(fā)展進(jìn)程進(jìn)行解讀，為我國(guó)電氣化鐵路建設(shè)和發(fā)展提供參考。

1 電氣化鐵路運(yùn)輸設(shè)備的發(fā)展

電力機(jī)車是電氣化鐵路的重要設(shè)備，從數(shù)量上看，1970年我國(guó)電力機(jī)車的保持量?jī)H有60臺(tái)，1985年以前，我國(guó)電力機(jī)車保持量也不到500臺(tái)。但1985年以后，我國(guó)電力機(jī)車保持量增長(zhǎng)較快，基本上4年左右就增長(zhǎng)1 000臺(tái)，如1988年超過1 000臺(tái)，1992年超過2 000臺(tái)，1998年又超過3 000臺(tái)，2002年則超過4 000臺(tái)，2005年超過5 000臺(tái)，2007年達(dá)到5 993臺(tái)（見圖1）。1970-1985年的15年間，電力機(jī)車年均增加量只有35臺(tái)，而1986-2007年的21年間，電力機(jī)車年均增加量高達(dá)252臺(tái)，增長(zhǎng)率是前者的7倍多。與1970年相比，2007年的電力機(jī)車保持量是1970年的近100倍。從電力機(jī)車數(shù)量占我國(guó)機(jī)車總量的比例來(lái)看（見圖1），1985年以前，我國(guó)電力機(jī)車的比例較低，1970的比例不到1%，1975年才達(dá)到2%，1985年只有5%，1970-1985年期間電力機(jī)車比例年均增長(zhǎng)量不到0.3%。但1985年以后，電力機(jī)車的比例增長(zhǎng)迅速，1989年超過10%，1998年超過20%，2004年超過30%，2007年達(dá)到34.6%，1986-2007年期間比例年均增長(zhǎng)量達(dá)到1.4%。

圖 1 我國(guó)電力機(jī)車保持量及其比例

圖2 我國(guó)電氣化鐵路里程及其比例

從電氣化鐵路里程來(lái)看（見圖2），我國(guó)電氣化鐵路里程變化可分為3個(gè)階段：1970-1984年屬于緩慢增加，1985-1995年屬于較快增加，1996-2007年屬于快速增加。1970-1984年期間，我國(guó)電氣化鐵路里程較少，增長(zhǎng)也較慢，1970年不到300 km，1977年才超過1000km，1984年只有3 015 km，年均增加不到200 km。1985-1995年的10年期間，電氣化鐵路里程由4 150.5 km增加到9 702.5 km，年均增加達(dá)555 km。1996年我國(guó)電氣化鐵路里程突破10 000 km，從此我國(guó)電氣化鐵路里程進(jìn)入快速增加階段。2001年突破15 000 km，2005年接近20 000 km，2007年接近25 000 km，年均增加高達(dá)1 269 km。其中有3個(gè)年份的增加量較大，分別為1997年、2001年和2006年。與上一年相比，上述3個(gè)年份電氣化鐵路里程分別增加1 945 km、2 004 km和4 027 km。與1970年相比，2007年的電氣化鐵路里程是1970年的83倍。就電氣化鐵路里程占全國(guó)鐵路里程的比例而言，1973年以前不到1%，從1988年開始，電氣化鐵路里程比例增加較快，1988年已突破10%，1997年突破20%，2004年又超過30%，2007年達(dá)到37.8%。其中2006年的增幅最大，與2005年相比，提高將近6個(gè)百分點(diǎn)。

2 電力機(jī)車承擔(dān)的牽引工作量變化

隨著我國(guó)電氣化鐵路里程的增多，電力機(jī)車承擔(dān)的牽引任務(wù)也逐漸增多。與電氣化鐵路里程變化特征類似，電力機(jī)車承擔(dān)的牽引任務(wù)量變化也可分為3個(gè)階段：1970-1984年屬于緩慢增加，1985-1998年屬于較快增加，1999-2007年屬于快速增加。1970-1984年期間，我國(guó)電氣化鐵路較少，機(jī)車數(shù)量也較少，因此電力機(jī)車完成的工作量較小。1970年電力機(jī)車完成的牽引工作量只有39億噸公里，1974年才突破100 億 t·km，1984 年不到 700 億 t·km，年均增加不到 47 億 t·km。1985年我國(guó)電力機(jī)車牽引工作量首次超過1000億t·km，1993 年超過 5000 億 t·km，1998 年達(dá)到 6742 億 t·km，1985-1998年的13年期間，電力機(jī)車的牽引工作量年均增加達(dá)437億t·km。1999年我國(guó)電力機(jī)車的牽引工作量為7449億t·km，從此電力機(jī)車的牽引工作量進(jìn)入快速增加階段，2002年突破 10000 億 t·km，2005 年突破 15000 億 t·km，2007超過 20000億 t·km，達(dá)到 20108億 t·km，1999-2007年的 8年期間，電力機(jī)車的牽引工作量年均增加高達(dá)1582億噸公里。其中有2個(gè)年份的增加量較大，分別為2002年和2007年。與上一年相比，上述2個(gè)年份電氣化鐵路里程分別增加2 097億t·km和3 222億t·km。與1970年相比，2007年的電力機(jī)車完成的牽引工作量是1970年的516倍。就電力機(jī)車承擔(dān)的牽引工作量比例而言，1973年以前低于1%，1986年以前低于10%。從1987年開始，電力機(jī)車承擔(dān)的牽引工作量比例增加較快，1987年已突破10%，1992年突破20%，1999年又超過30%，2007年接近50%，達(dá)到48.9%(見圖3)。

圖3 我國(guó)電力機(jī)車牽引工作量及其比例

3 電力機(jī)車的電力消耗及強(qiáng)度變化

電力機(jī)車以電力作為能源來(lái)牽引列車，1975年到2007年，我國(guó)電力機(jī)車不斷增多，它承擔(dān)的牽引任務(wù)比重逐步增多，因此其年耗電量也逐年上升（見圖4）。1975年的耗電量只有 1.9億 kw·h，1985年超過 10億 kw·h，1992年耗電量超過50億kw·h，2001年已超過100億kw·h，2007年的耗電量則達(dá)到220億kw·h，相當(dāng)于1975年耗電量的115.8倍，從1975年到2007年平均每年耗電量增加6.8億kw·h。就電力機(jī)車的單位耗能來(lái)說，1975-2007年的33年來(lái)，我國(guó)電力機(jī)車的單位耗能強(qiáng)度呈大幅降低，2007年的單位耗能強(qiáng)度僅相當(dāng)于1975年的75%。其降低趨勢(shì)可分為2個(gè)階段（見圖4）：1975-1988年呈波動(dòng)降低，其降幅較大，從145.3 kw·h/萬(wàn)t·km 降至 112.6 kw·h/萬(wàn) t·km，1989-2007 年基本在 111.3 kw·h/萬(wàn)t·km上下波動(dòng)，其強(qiáng)度一直保持在較低水平。

圖4 我國(guó)電力機(jī)車電力消耗及耗電強(qiáng)度

4 討論與結(jié)論

世界其他國(guó)家電氣化鐵路發(fā)展?fàn)顩r的連續(xù)性統(tǒng)計(jì)資料較少，目前可供比較的是2000年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（見表1）。2000年底，我國(guó)電氣化鐵路里程低于俄羅斯、德國(guó)、南非和日本，居世界第五位，我國(guó)電氣化鐵路里程比例也不高，只有25.3%，遠(yuǎn)低于南非、日本、俄羅斯、德國(guó)和法國(guó)，比印度和韓國(guó)稍高。2000年我國(guó)電氣化鐵路承擔(dān)的鐵路運(yùn)量比例為31.9%，也遠(yuǎn)低于南非、德國(guó)、法國(guó)、日本、俄羅斯和印度，與韓國(guó)基本相當(dāng)。2000年我國(guó)電氣化鐵路里程及比例、電氣化鐵路承擔(dān)的鐵路運(yùn)量比例這3項(xiàng)指標(biāo)都遠(yuǎn)高于美國(guó)、加拿大和澳大利亞，這是因?yàn)槊绹?guó)、加拿大和澳大利亞三國(guó)的鐵路運(yùn)量不大，客運(yùn)量更少，他們還認(rèn)為電氣化鐵路投資大，影響大型雙層集裝箱運(yùn)輸因此對(duì)發(fā)展電氣化鐵路并不積極[8] 。2000年底，世界電氣化鐵路里程比例達(dá)到21.7%，承擔(dān)的鐵路運(yùn)量比例超過50%，我國(guó)鐵路電氣化里程比例比世界平均水平稍高，但承擔(dān)的鐵路運(yùn)量比重卻比世界平均水平低近20%。

目前我國(guó)鐵路客貨列車牽引任務(wù)主要由內(nèi)燃機(jī)車和電力機(jī)車承擔(dān)，1997-2007年內(nèi)燃機(jī)車和電力機(jī)車的單位耗能均值分別為25.3 kg柴油/萬(wàn)噸公里和111.6 kw·h電力/萬(wàn)·km，采用能量當(dāng)量值[9] 折算成標(biāo)準(zhǔn)煤數(shù)量后分別為36.9 kg標(biāo)準(zhǔn)煤/萬(wàn)·km和13.7 kg標(biāo)準(zhǔn)煤/萬(wàn)·km，由此可見，電力機(jī)車的單位耗能不到內(nèi)燃機(jī)車的40%，這表明電力機(jī)車具有較高的能源利用效率。因此，在我國(guó)鐵路運(yùn)輸量不斷增長(zhǎng)的情形下，加快鐵路電氣化建設(shè)和提高電力機(jī)車的牽引比例是降低我國(guó)鐵路行業(yè)能源消耗的重要途徑。近幾年來(lái)，我國(guó)電氣化鐵路建設(shè)步伐明顯加快，根據(jù)我國(guó)中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)調(diào)整規(guī)劃，到2010年，全國(guó)鐵路電化率要達(dá)到45%以上，到2020年，全國(guó)鐵路電化率要達(dá)到60%以上，屆時(shí)將形成以客運(yùn)專線為代表的"四縱四橫"的高速電氣化鐵路網(wǎng)絡(luò)。能效較高、節(jié)能環(huán)保是高速電氣化鐵路的重要特點(diǎn)，因此建設(shè)高速電氣化鐵路是對(duì)國(guó)家"降低能耗，減排二氧化碳，加強(qiáng)節(jié)能，提高能效、加快建設(shè)以低碳為特征的交通體系"的積極響應(yīng)，對(duì)我國(guó)交通行業(yè)的節(jié)能減排具有十分重要的意義。

表1 我國(guó)電氣化鐵路發(fā)展概況與世界其他國(guó)家的比較

根據(jù)我國(guó)鐵路部門多年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分析了1970-2007年我國(guó)電力機(jī)車保持量、電氣化鐵路里程和電力機(jī)車牽引工