铁路省际煤炭调运的格局及优化

张 华，吕 涛，李爱彬

（中国矿业大学 管理学院，江苏 徐州 221116）

铁路省际煤炭调运的格局及优化

张 华，吕 涛，李爱彬

（中国矿业大学 管理学院，江苏 徐州 221116）

铁路煤炭运输在煤炭运输中占主导地位，影响着煤炭的供需平衡。在对我国铁路省际煤炭调运格局进行分析的基础上，构建了铁路省际煤炭调运的优化模型，并进行优化分析。研究表明：2001—2010年我国铁路煤炭运输量增长率低于煤炭生产增长率，铁路运输在各省煤炭调运中发挥着不同的作用；优化后的铁路省际煤炭调运成本比优化前节约了82.2亿元，平均运输距离缩短了98.3 km，各供给地和需求地的铁路煤炭流向和流量进行了重新分配。

铁路煤炭运输；省际调运；空间格局；优化

1 概述

我国“富煤贫油少气”的资源赋存状况决定了煤炭在我国能源生产和消费中的主体地位。煤炭生产与消费在空间上的错位性分布，致使煤炭资源流动成为一种广域性、大规模并且具有广泛经济社会效应的空间现象[1]，从而形成了“北煤南运，西煤东送”的运输格局，并且，这种格局将长期存在。由此可见，煤炭运输是煤炭供需平衡的关键环节。而铁路以其运输能力强、运量大、受自然条件影响小、成本和单位能耗低等优势[2]，一直是煤炭的主要运输方式，使得铁路成为影响煤炭有效供给的最主要因素。近年来，我国煤炭生产重心西移，以及部分地区出现不同程度的“电荒”和“煤荒”，更加凸显铁路运输瓶颈。虽然国家“十二五”规划纲要中强调加强能源输送通道建设，但短期内铁路运输瓶颈仍将存在。在这样的背景下，加上发展低碳经济、节约社会成本的要求，研究铁路省际煤炭调运优化具有重要的现实意义。

纵观国内已有的研究成果，有关煤炭运输格局和煤炭的资源流动方面的研究成果较多，而煤炭调运优化方面的研究比较鲜见。李智[3]运用蚁群算法研究了一种带容量限制和考虑损耗的煤炭运输优化问题。王满银等[4]构建了我国不完全产地和销地的产销平衡煤炭运输模型，并进行了优化分析。于丽颖等[5]构建了煤炭调运时煤种间不能相互代用和可以相互代用的数学模型，并验证了其可行性。张炎治[6]运用产销平衡模型，以全国煤炭铁路运输成本最小为目标，以省际煤炭调运量为决策变量，优化了铁路调运格局。

在此，研究以2010年全国铁路地区间煤炭交流为数据，构造了铁路省际煤炭调运的优化模型，把净调出和净调入量大于1 000万t的省份，以及黑龙江省作为供给地和需求地，并对此进行了计算分析。

2 铁路省际煤炭调运格局

2.1 我国铁路煤炭运输基本情况

煤炭是我国铁路货运量比重最大的品类。从表1可以看出，煤炭在铁路货运量中基本上占到40%以上，并呈稳步增长的趋势，2010年达到了55.1%。2001—2010年，我国煤炭产量经历了一个快速增长的过程，年产量从11.6亿t增加到32.4亿t，增长了20.8亿t，平均年增长率为17.9%。相应地，铁路煤炭运输量也从7.7亿t增加到20.0亿t，增长了12.3亿t，平均年增长率为16.2%。可以看出，铁路煤炭运输量的增长率还落后于煤炭产量增长率。2001—2010年，铁路煤炭产运系数在58%～66%之间波动，近几年呈降低的趋势。说明国家还需加大铁路建设，解决铁路运输瓶颈问题。另外，铁路煤炭运输平均运距由2001年的595 km增加到2010年的642 km，从而增加了煤炭调运的难度，在目前铁路煤炭运力还未释放的情况下，使煤炭市场一分为二的现象更加突出。

2.2 铁路省际煤炭调运格局

煤炭的供应格局决定了调运格局。当前，我国煤炭的供应格局为：东部煤炭调入区带供应能力快速下降，逐渐退出生产领域，包括华东、京津冀、中南、东北规划区；中部煤炭调出区带能源基地不可动摇，内蒙古自治区地位稳中有升，特指晋陕蒙宁规划区；西部煤炭自给区带煤炭资源蕴藏丰富，新疆维吾尔自治区后备能源基地浮现，包括西南和新甘青规划区。研究以铁路省际煤炭调运的流向、流量和铁路在省际煤炭调运中的作用等方面，对我国东中西部地区逐一进行分析。

2.2.1 东部煤炭调入区

（1）华东地区。华东地区包括上海、江苏、浙江、安徽、福建、江西和山东七省市，该地区资源贫乏，除安徽省外均需要大规模的煤炭调入。上海、江苏、浙江和福建四省市大量煤炭消费主要来源于“三西”地区，距离因素导致这些省份的煤炭调运方式主要依靠铁水联运，2009年铁路煤炭调入量占省际煤炭调入量的比重分别为0.01%、7.7%、5.6%和13.9%，可见铁路对这些省市的能源供应保障的直接贡献较小。安徽、山东、江西三省的煤炭调出调入主要依靠铁路，其中安徽省的煤炭主要流向江苏、浙江和江西三省。

表1 2001—2010年我国铁路煤炭运输量统计

（2）京津冀地区。京津冀地区经济总量大，煤炭消费量高，同时该地区分布着煤炭吐量最大的北方四港——秦皇岛港、京唐港、天津港和黄骅港，成为“三西”煤运通道北通路外运出海的必经之路，因此铁路煤炭运输不仅承担该地区各省区的调运任务，还肩负着大量煤炭铁海中转运输，是全国煤炭调入最密集的地区。2010年，京津冀铁路煤炭调入量分别为1 560万t、7 687万t、44 530万t，主要来源于晋陕蒙宁地区，少量从山东、河南、黑龙江三省补充。

（3）中南地区。中南地区包括河南、湖北、湖南、广东、广西和海南六省。河南省是我国主要产煤省，由于紧邻山西和陕西两大产煤省，河南省煤炭处于“大进大出”的运输格局。2009年，河南省铁路煤炭运输达到7 178万t，占生产量的31.2%，远远不能满足中部地区湖南和湖北省对煤炭的需求。湖北省煤炭资源稀缺，大量从山西省和河南省调入，铁路煤炭调入量占省际煤炭调入量的77.0%。湖南省是产煤大省，煤炭从山西、河南、贵州流入，流向江西省及本省。广东省的煤炭调入一部分依靠进口，主要是铁水联运的运输方式，2009年铁路调入量占省际调入量的13.9%。广西壮族自治区消费的煤炭主要依靠贵州省调入，2009年以铁路方式从贵州省调入1 945万t，占总调入量的75.8%。海南省煤炭消费有限，依靠铁路调入的煤炭数量很少。

（4）东北地区。东北地区是我国老工业生产基地，近年来随着辽宁省和吉林省经济发展的需要和煤炭资源的枯竭，缺口越来越大。该地区铁路网络密集，在煤炭调运中发挥着重要作用。2010年黑龙江省铁路煤炭调出6 995 万t，煤炭盈余主要供应辽宁和吉林两省，同时也从内蒙古自治区东部调入煤炭。辽宁省和吉林省的煤炭来源于内蒙古自治区、黑龙江省和山西省。

2.2.2 中部煤炭输出区

晋陕蒙宁地区是我国煤炭主产区，2009年煤炭的生产量占到全国产量的52.4%。相应的，煤炭调运规模也大，2009年铁路煤炭调运占全国铁路煤炭调运的57.2%。山西省境内有晋北、晋中、晋 东三大煤炭生产基地，一直以来是我国煤炭的生产中心，其煤炭供应涉及全国大部分省份。晋煤外运通道建设一直是我国铁路建设的重点，2009年山西省铁路煤炭调出量占煤炭生产量的比重为92.7%，铁路居于晋煤外运的主导地位。近几年，内蒙古自治区煤炭生产增长迅猛，成为新兴的煤炭生产基地，2009年生产量已超过山西省，成为我国第一大煤炭生产省份，但其服务半径远远低于山西省。铁路在内蒙古自治区煤炭外运的作用也不及山西省，2009年铁路煤炭调运量仅占煤炭生产量的31.2%。与内蒙古自治区情形相同的还有陕西省，陕西省的煤炭产量增长较快，但受到铁路运力的制约，2009年铁路煤炭调运量仅占生产量的15.0%。宁夏回族自治区由于煤炭产量远低于“三西”，其铁路煤炭调运量占煤炭生产量的比重较高，为54.3%。从图1可以看出，2001—2009年晋陕蒙宁地区铁路煤炭调出量一直是增加的趋势，虽然内蒙古自治区煤炭生产量幅度较大，但受制于铁路运力，铁路煤炭调出量增幅不大，调出量不及山西省的一半。2001—2009年陕西省和宁夏回族自治区铁路煤炭调出量处在一个稳定并且略有增加的趋势上。此外，“三西”煤炭外运通道是我国铁路煤炭运输的最主要通道，所承担的我国铁路煤炭运输的比重历年均在40%左右，已有大（大同）秦（秦皇岛）、神（神木北）朔（神池南）黄（黄骅港）2条煤炭运输专线，在建的第三条煤炭运输专线将更方便于将宁东地区的煤炭外运。

2.2.3 西部煤炭后备区

图1 2001—2009年晋陕蒙宁地区铁路煤炭调出量

（1）西南地区。西南地区包括重庆、四川、云南和贵州四省市，除贵州省外，其余三省市铁路煤炭调入调出基本平衡，50%以上的铁路煤炭调运限于本省以内。2010年，重庆、四川、云南三省市铁路省内调运占铁路省际调入量的56.4%、49.9%、67.7%，占铁路调出量的61.7%、56.3%、67.3%。贵州省煤炭资源丰富，服务于湖南、广东、广西、重庆、四川和云南等省市。随着南昆复线、西康复线的建设，铁路运输能力可以适应西南地区的煤炭北调和南运的需要。

（2）新甘青地区。该地区煤炭基本上以区内平衡为主，铁路承担了绝大部分的省际调出量。甘肃省煤炭调出量较大，煤炭主要流向山东省和河南省，而调入新疆维吾尔自治区、宁夏回族自治区的煤炭。青海省调入甘肃、宁夏回族自治区的煤炭。新疆维吾尔自治区煤炭资源丰富，是未来开发的重点，由于受制于运输距离和铁路运力，新疆维吾尔自治区煤炭外运集中于河西走廊。2010年，新疆维吾尔自治区煤炭铁路调运的71.5%流入甘肃省。

3 铁路省际煤炭调运优化

3.1 优化假设

（1）仅将铁路煤炭净调出量和净调入量大于1 000万t的省市（虽然黑龙江省铁路煤炭净调出量略低于1 000万t，但绝对调出量非常大，暂且将其作为供给地）分别作为供给地和需求地。

（2）2个省份之间的距离用省会城市间的铁路最短距离近似代替。

（3）任何2个省份之间都由铁路连通，并且运力无限制。

（4）不考虑各省份对煤种需求的差异。

3.2 优化模型

煤炭调运优化模型如下：

式中：目标函数z为煤炭运输总成本最小；cij为煤炭供给地i到需求地j的运输单价；xij为决策变量，表示煤炭供给地i到需求地j的运输量；aij表示某煤炭供给地i运往所有需求地j的煤炭总量；bij表示某煤炭需求地j从所有煤炭供给地i调入的煤炭总量；m和n分别表示煤炭供给地和需求地的个数。

3.3 数据来源及求解

研究所需的数据来源于《2010年全国铁路统计资料汇编》，把净调出和净调入量大于1 000万t的省份及黑龙江省作为供给地和需求地，2010年铁路行政区域间煤炭交流统计数据如表2所示。

根据《铁路货物运价规则》计算铁路煤炭运输的运价费用，其公式为：铁路煤炭运输的运价=发到基价+（运行基价+电气化附加费+铁路建设基金+新路新价均摊运费）×里程。由于新建铁路所占的比例较小，因此忽略新路新价均摊运费，把铁路煤炭运输的运价的公式定义为：铁路煤炭运输的运价=发到基价+（运行基价+电气化附加费+铁路建设基金）×里程。2009年12月13日开始执行新的铁路货物运价率，整车运输方式中，铁路煤炭运输的发到基价为10.50元/t，运行基价为0.053 7元/（t·km），电气化附加费为0.012元/（t·km），铁路建设基金为0.033元/（t·km）。根据以上数据，计算得到各产地到需求地的运价，如表3所示。

研究采用的优化模型属于运筹学中典型的产销平衡运输问题，采用软件LINDO6.1进行求解，得到铁路省际煤炭调配的优化方案如表4所示。

3.4 结果分析

3.4.1 铁路省际煤炭调运成本和距离的优化分析

对铁路省际煤炭调运成本和距离进行优化，优化结果表明，2010年铁路省际煤炭调运成本为571.4亿元，比优化前的653.6亿元节省了82.2亿元；运输平均距离为577.0 km，比优化前的675.3 km缩短了98.3 km。

3.4.2 铁路省际煤炭调运格局的优化分析

（1）京津冀地区的煤炭来源。煤炭调运格局优化之前，京津冀地区的煤炭大部分来源于山西地区，不足的由内蒙古自治区和宁夏回族自治区补充；优化之后，北京和天津的煤炭调入依靠内蒙古自治区供给，而河北省的煤炭全部来自于山西省。

表2 2010年铁路行政区域间煤炭交流统计 万 t

表3 各供给地到需求地的单位运价 元 / t

（2）东北地区的煤炭来源。煤炭调运格局优化之前，辽宁省和吉林省的煤炭主要来源于内蒙古自治区，其余的从黑龙江省和山西省调运；优化之后，东北地区铁路省际煤炭调运的流向未变，流量重新分配。辽宁省从内蒙古自治区调运，吉林省从黑龙江省调运，不足部分由内蒙古自治区补充。

（3）晋陕宁贵地区的煤炭流向。山西省的煤炭流向河北、江苏和山东三省，陕西省的煤炭服务于江西和湖北两省，宁夏回族自治区的煤炭供应山东和湖北两省，贵州省的煤炭集中流向广西和湖南两省，相比于优化之前，晋陕宁贵地区的服务省份减少，呈集中供应的趋势。

表4 铁路省际煤炭调配的优化方案 万 t

（4）江浙地区的煤炭来源。煤炭调运格局优化之前，江浙地区的煤炭来源地较为分散；优化之后，江苏省的煤炭来源于山西省和安徽省，浙江省的煤炭来源于安徽省。相对而言，江苏和浙江两省更加依靠于安徽省，铁路煤炭调入量分别增加了1 188万t和317万t。

4 结束语

在对我国铁路省际煤炭调运格局进行分析的基础上，构建了铁路省际煤炭调运的优化模型，并做了优化分析。研究结果表明：2001—2010年我国铁路煤炭运输量增长率低于煤炭生产增长率，铁路运输在各省煤炭调运中发挥着不同作用；优化后的铁路省际煤炭调运成本比优化前节约了82.2亿元，平均运输距离缩短了98.3 km，各供给地和需求地的铁路煤炭流向和流量重新进行了分配。

需要指出的是，研究对象仅为净调入量和净调出量大于1 000万t的省份及黑龙江省，未考虑全国具有铁路调运关系的31个省市，存在一定的局限性。此外，也未考虑各省份对煤种需求的差异，例如浙江省从安徽省调入焦煤用于钢铁产业，而安徽省从河南省调入动力煤用于发电，由于在理论上本省生产的煤炭优先供应本省，这时运输成本就成为次要的目标了。下一步的研究方向是综合考虑进口、煤种和铁路直达及铁水联运的合理运输半径对全国省际煤炭调运的影响。

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[1] 赵 媛，于 鹏. 我国煤炭资源空间流动的基本格局与流通通道[J]. 经济地理，2007，27(2)：196-200.

[2] 刘敬青. 铁路省际煤炭调运的分析与评价[J]. 中国能源，2010，32(10)：20-25.

[3] 李 智. 基于蚁群算法的煤炭运输优化方法[J]. 中国铁道科学，2004，25(3)：126-129.

[4] 王满银，汪应宏. 我国当前煤炭资源的运输调配及优化问题研究[J]. 煤炭经济研究，2004(2)：15-17.

[5] 于丽颖，杨 斌，王相平，等. 铁路煤炭调运问题的遗传算法[J]. 铁道运输与经济，2007，29(7)：79-81.

[6] Zhang Yanzhi，Lv Tao，Feng Ying. An Empirical Study on China's Inter-provincial Coal Distribution by Railway[G]. Proceedings of 2010 The 3rd International Conference on Computational Intelligence and Industrial Application，北京：电子工业出版社，2010：45-48.

1003-1421(2012)02-0014-06

F532.1

B

2011-12-12

国家自然科学基金项目(71173218)；国家软科学研究计划项目(2010GXQ5D331)；中国博士后基金(2011M500976)

金 颖