高速铁路节能环保效应及效益分析研究

谢汉生，黄茵，马龙

(中国铁道科学研究院节能环保劳卫研究所，北京 100081)

高速铁路节能环保效应及效益分析研究

谢汉生，黄茵，马龙

(中国铁道科学研究院节能环保劳卫研究所，北京 100081)

高速铁路已经成为世界铁路发展的主要潮流，高速铁路具有节能、环保、占地少、安全、便于城市间大容量运输等优点。从土地占用、利用新能源和可再生能源和“以电代油”三方面分析了高速铁路的节能减排效应;通过与其他运输方式能源消耗、污染物排放的比较，分析高速铁路环境优势;最后分析了高速铁路的经济效益和社会效益。研究结果表明，发展高速铁路将直接关系到整个交通运输业节能减排的效果，对实现低碳经济的目标具有重大而深远的意义。

高速铁路;节能环保效应;效益;研究

1 概述

高速铁路是各国根据本国的幅员、人口分布、工商业布局、经济与科技实力等具体国情，从实际需要出发而采取的一种客运工具。在我国，新建列车最高运行时速300 km及以上的客运专线和城际铁路，客货混线以客为主、列车最高运行速度250 km及以上的铁路均属于高速铁路［1］。高速铁路已成为世界铁路发展的主要潮流，它不仅具有明显的节能环保效应，而且更重要的是能完全实现用电力牵引作业，具有独有的“以电代油”功能，从而大幅度降低了整个铁路运输对石油的依赖，优化了能耗结构，降低了碳排放，有助于能源的可持续发展和“低碳经济”的实现。

2 高速铁路的节能环保效应分析

2.1 减少土地占用

从生态学的角度看，交通运输对土地占用应尽可能地减小。铁路与公路相比，对于运送相等数量的旅客，高速铁路所需的基础设施占地面积仅是公路所需要面积的25%［2］。法国TGV高速铁路路基的宽度为14 m左右，而高速公路是28 m(4股车道)到35 m(6股车道)，1条TGV高速线所占用的土地面积仅相当于1条双向4股车道高速公路占地面积的50%。与航空相比，航空运输的基础设施主要是机场，在一些大城市附近修建机场会占用大量土地。例如:巴黎附近的戴高乐机场占用了 3 000 hm2面积，它是巴黎市区内面积的1/3;然而巴黎一里昂高速铁路线路总占地面积为2 400 hm2。

京津城际铁路全线大量采用“以桥代路”，有效减少铁路对沿线城镇的切割，节省了大量土地。据测算，与采用路基相比，采用桥梁每公里可节省土地2.9 hm2(44亩)，仅这一项，京津城际铁路就节约土地306 hm2(4 590余亩)［3］。而且全线同步实施桥下植被绿化、边坡绿色防护等措施，既有效防止水土流失，又绿化美化沿线环境。对全线的桥梁、站房、雨棚、站区等建筑都进行“景观设计”，力求与既有建筑和谐相融。

京沪高铁全线长约1 318 km，“以桥代路”是其一大特色。全线共有桥梁244座，桥梁总长度为1 059.7 km，占全线80%。丹阳至昆山段164 km全部为高架桥结构。“以桥代路”方案工程成本高、工艺难度大、装备要求高，整条铁路线采用全封闭立交桥的形式建成，为适应沿线城市密集、道路河流发达、软土地基等特点，京沪高速铁路徐沪段全线桥梁比例达到80%以上，达到135座。这样既保证了运行效率，又节约了土地。正常的铁路宽度，包括排水沟，双线要40 m宽，修建桥梁占地只是23 m宽。通过能力高出一倍，而占地少了一半［4］。

2.2 利用新能源和可再生能源

京津城际铁路北京南、天津两站均设计超大面积的玻璃穹顶，在各层地面还做透光处理，充分利用自然光照明;另外北京南站还采用热电冷三联供和污水源热泵技术，可以实现能源的梯级利用，该系统产生的年发电量能满足站房49%的用电负荷，每年可节省运营成本约600万元;新建北京南站在站房中央采光带屋面，铺设了 3 264块太阳能光伏板，面积 6 700 m2，占全部采光带的50%左右，总发电容量320 kW，每年可发电18万kWh，可减排198 t废气，可替代70 t标准煤［5］。

武昌站使用地源热泵后初步测算，2008年1—10月，5万m2武昌火车站站房耗电量近305万 kWh，平均每天耗电0.2 kWh/m2，仅是一台1.5匹空调的1/4耗电量;武汉站是一座绿色环保的火车站，透明的屋顶让自然光线直接照射整个候车厅和候车站台，节约了大量的人工照明，同时，屋顶的金属屋面板上还安装了太阳能电池板，形成太阳能发电系统，又为整个车站的夜间照明提供能源。安装的地源地热空调系统可使武汉站的空调系统节能达到30%。

2.3 完全实现“以电代油”

随着世界经济的快速发展，以石油为主导的世界能源消费结构逐步陷入了能源供给的危机。化解这一危机的主要出路之一，在于调整能源消费结构，尽可能地降低对石油的依赖。一方面是“节油”，另一方面就是寻找替代能源，两方面比较起来，后者的潜力更大。具体到交通运输领域中，铁路是唯一可以大面积用多种能源替代石油的大能力综合性绿色交通运输工具，因此，目前世界各国在这一领域推广“以电代油”技术的主要做法就是大力推行电气化铁路，大量使用电力机车作为牵引动力已成为世界铁路发展的共识。

据铁道部公布的资料，“十五”期间，我国铁路新增电气化里程 5 287 km，电气化铁路承担的运输工作量比重由2000年的31.8%上升为2005年的42.7%，实现铁路以电代油566万 t［6］。因此，加快铁路电气化建设，积极推进节约和替代石油工程，仍将是我国铁路节能工作的一项重要目标。通过提高既有线电气化率和电力机车牵引比重，“十一五”期末，在运输能耗总量增长幅度低于换算周转量增长幅度的基础上，铁路行业将实现以电代油1 200万t，铁路牵引成品油消耗量将比“十五”期末下降90万t。可以预期，随着一大批高速铁路的建成投产，我国电气化铁路所占比重将达到60%，“以电代油”的效果将会更加明显。

3 高速铁路与其它运输方式对环境造成负面影响比较分析

3.1 能源消耗

高速铁路是使用电力的运输方式，并能利用可更新的能源，如核电、太阳能或水利发电。根据日本的研究资料，高速客运铁路与小汽车、飞机相比，平均每人·km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。法国和德国的研究表明，以人·km为单位的换算能耗，公路是铁路的1.8～2.4倍。参照日本新干线及法国TGV和国内有关资料，按每人· km标准能耗计算，内燃机车牵引铁路为2.86，电力牵引铁路为1.93，高速铁路为2.73，高速公路为22.05，飞机为 44.1［6］。在美国，对于客运来说，各种运输方式每人·km所耗用的能源，飞机是城际列车的3倍，汽车是城际列车的6倍;而对于货运来说，城际货运卡车的单位能耗是列车的8倍。我国京津城际铁路节能环保优势突出，代表现代绿色交通的发展方向，动车组重量比一般客车轻30%以上，降低能耗效果明显，时速350 km动车组功率8 800 kW，人均15 kW，北京—天津人均耗电7.5 kWh，是陆路运输方式中最节省能源的［3］。因此，高速铁路的能耗大大低于小汽车和飞机。高速列车采用电力牵引，不消耗日益价高的石油等液体燃料，减少对石油的依赖性，可利用多种形式的能源，是利用二次能源的快速交通工具，环境优势明显优于汽车和飞机，具有显著的节能作用。

3.2 大气污染

从环境保护角度看，公路和航空这两种运输方式不仅产生大气污染而且通过释放 CO2加剧了全球温室效应。高速铁路以电力作为动力，因而行驶过程中无废气排出，是一种清洁的运输方式、绿色的交通工具。高速铁路对空气的污染也是最小的，基本上消除了粉尘、煤烟和其他废气污染，而一架喷气式客机平均每小时排放46.8 kg CO2，635 kg CO，15 kg酸雨，是植被遭生态到破坏和建筑物遭到侵蚀的主要原因［7］。据欧美各主要城市检测数据，城市中各类主要废气(CO、C02、NO、SO2、碳氢化合物、Pb、悬浮粒子)40% ～90%来自汽车尾气。日本新干线资料表明:在人均CO2排放量上，汽车与飞机分别是高速铁路的5.5倍和6.3倍。

4 高速铁路的社会经济效益分析

4.1 经济效益分析

高速铁路投入运行以来，备受旅客青睐，其经济效益十分可观。日本东海道新干线投入运营后，高速列车的客运市场占有份额迅速上升，迫使东京—名古屋的飞机航班停运，这是世界上铁路与航空竞争首次取得胜利的实例。时间价值的节约为整个社会和国家带来的效益是十分可观的，据估算，日本新干线每年运送旅客所节省的时间相当于多创造 9 000多亿日元的经济效益［8］。另外，日本高速铁路大大提高了运输服务质量，同时取得了预期的经济效益，1964年投入运营，1966年开始盈利，1971年收回全部投资。法国“东南线”在技术和商业上的巨大成功，使法国铁路摆脱了萧条，重新走向了辉煌，激发了法国修建高速铁路的积极性。同时，极大地推动了世界高速铁路的发展。

4.2 社会效益分析

高速铁路的社会效益更是显着，随着交通、物流环境的大大改善，国家竞争力得到加强;地区经济发展得以均衡;国民生活质量得以提高;地区文化差距得以缩小。实践证明，高速铁路的技术经济优势使其在中长距离范围内成为一种更为经济、有效的运输方式。在全球范围内，必将有更多的国家修建高速铁路，这是解决交通运输所面临的一系列问题的有效途径。

5 结论及建议

5.1 高速铁路具有明显的节能减排效应

(1)通过替代其他运输方式和实现客货分线，减少能源的消耗;(2)高速铁路全部使用电力牵引，改善了能耗结构;(3)高速铁路能有效降低污染物的排放和能源消费的碳排放强度。

5.2 高速铁路具有显著的经济效益和社会效益

高速铁路的兴起，不仅给运输企业自身带来经济效益，更重要的是它与其他运输方式相比所带来的社会成本的节省和为全社会经济发展做出的重大贡献，以及减少能源消耗和污染物的排放所带来的社会经济效益。

因此，高速铁路的蓬勃发展，必将极大地推进节能型交通运输体系建设，对实现经济社会可持续发展具有重要的战略意义。

［1］ 李军.中国铁路新读［M］.北京:中国铁道出版社，2009.

［2］ 郭文军，曾学贵.高速铁路对交通运输实现可持续发展的重要意义［J］.中国铁路，2000(3):25－27，31.

［3］ 张曙光.京津城际铁路开启中国高速铁路新时代［J］.中国铁路，2009(8):1－4.

［4］ 杨为.京沪高速铁路的重要土建施工工艺探讨［J］.上海建材，2010(3):31－34.

［5］ 谢汉生，黄茵，马龙.铁路行业利用新能源和可再生能源状况调研分析［J］.铁道劳动安全卫生与环保，2010，37(5): 266－269.

［6］ 周新军.高速铁路与能源可持续发展［J］.中国能源，2009，31(3):24－27.

［7］ 王光芦，张玉全，李广顺.高速铁路的发展是实施可持续发展战略的重要动力［J］.石家庄铁道学院学报，1999，12 (4):36－39.

［8］ 廖弘.浅析高速铁路的技术经济优势［J］.理论学习与探索，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