美国铁路煤炭运输对我国铁路的启示

肖 颖

（南车眉山车辆有限公司，四川 眉山 620032）

我国是世界煤炭储量、生产和消费最多的国家。改革开放后，随着国民经济的快速发展，煤炭消费总量一直在快速增长。1980 年，我国煤炭消费占世界总量的 16%，美国为 17%；2011 年我国迅速增长至 47%，美国则降至 12%。根据 2002—2011 年世界主要煤炭消费国煤炭消费量的变化趋势，我国消费的煤炭消费量高于世界其他国家的总和，其中美国铁路煤炭运量占其煤炭总产量的比例一直稳定在 70% 以上。因此，分析美国铁路煤炭运输装备技术发展对我国铁路运输业发展具有借鉴意义。

1 美国煤炭生产和消费

美国煤炭的主要产地分为 3 个地域：东部的宾夕法尼亚州、马里兰州、西弗吉尼亚州、田纳西州、亚拉巴马州、俄亥俄州和肯塔基州；中部的伊利诺伊州、印第安纳州、密西西比州、得克萨斯州；西部的怀俄明州、蒙大拿州、犹他州、新墨西哥州、科罗拉多州等。2012 年，最大的产煤州怀俄明州和西弗吉尼亚州煤炭产量占总产量的比例分别为 39% 和 12%，肯塔基州约占 9%。而各州的电煤消费与生产地存在较大的地域差异：西部产煤大州怀俄明州发电量仅居第 12 位；南部消费大州加利福尼亚州发电量占全美第 4 位，99% 的煤炭需要从外地调运；西北各州和新英格兰等地煤炭产量很小，极度依赖于中东部的煤矿。2012 年美国煤炭生产和消费的地域分布如图 1所示[1]。

图1 2012 年美国煤炭生产和消费的地域分布

图2 1992—2012 年美国煤炭生产消费趋势

2012 年美国原煤产量约为 10.2 亿 t，创下 1993年来的历史最低水平，较 2008 年 11.7 亿 t 的峰值降低约 1.5 亿 t，相当于美国第二大产煤州西弗吉尼亚州 1年的煤炭产量。2012 年美国煤炭消费量为 8.9 亿 t，比 2011 年的 10.0 亿 t 降低了11.2%。煤炭消耗中 92.6%用于发电，2.3%用于炼焦，5.1% 用于供暖等其他领域。电煤消费决定了煤炭生产的市场，1949—2007年以来，电煤消耗一直稳定上升，2008 年煤炭消费进入了不可逆转的持续下降。1992—2012 年美国煤炭生产消费趋势如图 2 所示。电煤消费的下降主要缘于天然气、核能、太阳能等新能源产业的竞争，在电力行业的能源消费中，煤炭所占的比例正在急速下降。2003—2012 年美国电力能源的构成如图 3 所示。事实上，20 多年来煤电比例一直在下滑，1990 年约占总发电量的 56%，2002 年跌至50%，2012 年更是低至 37%。相反，天然气则从 2003年的 17% 飙升至 2012 年的30%，此外再生能源从 2%也上升至 5%[1]。从运输价格方面看，由于大规模的管网建设，较之相对稳定的铁路煤炭运输价格，未来天然气在运价方面也可能占据优势。煤炭与天然气运输价格对比如图 4 所示。因此，长期来看，随着页岩气等新能源技术的进一步成熟，煤炭消费量将进一步萎缩。

另一个影响运量和流向的因素是煤炭的对外贸易，1998—2007 年美国平均每年出口煤炭 5 300 万 t，2008 年跃升至 8 150 万 t，2012 年达 12 570 万 t，出口煤炭主要流向亚洲，大部分是通过铁路运输。2012年煤炭进口量约占美国消费量的1%，进口煤炭主要来自于哥伦比亚、委内瑞拉、加拿大和印度尼西亚等国，主要供给东西部沿海地区，一般不需要通过内陆运输。

图3 2003—2012 年美国电力能源的构成

图4 煤炭与天然气运输价格对比

2 美国铁路煤炭运输

美国铁路煤炭运量占煤炭总产量的比例多年来一直稳定在 70% 以上。由于铁路运输的稳定性，主要产煤区和煤炭消费区均形成了完整的铁路煤炭运输系统。例如：煤炭主产区肯塔基州、怀俄明州和西弗吉尼亚州通过铁路运输的煤炭占煤炭总量的比例分别为87%、93% 和 96%；煤炭主要消费区北卡罗来纳州、威斯康星州和佐治亚州的运量则分别达到了 51%、59% 和 42%。

2000 年以来，东部含硫量低的煤炭受到其他各州的广泛欢迎，铁路煤炭运输的运距因此大幅延长，2011 年平均运距达 1 365 km，部分煤运货车的运距超过了 2 415 km。煤炭总运量从 1997 年 7 760 亿 t · km增长到 2011 年的 12 413 亿 t · km。

煤炭也是美国铁路运输中最重要的货物，2013 年约 41% 的铁路运量、21.9% 的铁路货车装车量和21.6%的运输收益来自煤炭运输。2012 年，美国一级铁路煤炭装车 620 万辆，比 2008 年高峰期的 771 万辆下降了 19.6%，相当于减少了约 13 万列编组为 115 辆的万吨重载列车。尽管如此，煤炭运输仍然是铁路公司最大的收入来源。1990—2012 年美国一级铁路煤炭运量变化如图 5 所示，2012 年美国一级铁路运输收益构成如图 6 所示。煤炭运量最大的一级铁路公司主要为BNSF 公司、UP 公司和 CSX 公司，分别占煤炭总运量的 32%、28% 和 21%，煤炭运输收益分别占上述公司总收益的 22.6%、21.2% 和 28.9%[2]。

美国煤炭运输全部采用高效率的单元重载列车，采用专用运输车辆，以重去空回模式实现货物直达循环运输，大幅度降低了运输成本。由于重载车辆技术的进步，如自重更轻、效率更高的铝合金车辆的大量运用，使美国煤炭运输能力不断提高。2013 年美国煤运货车单车平均载重量达到 116.3 t，比 1990 年的98.2 t 提高了 18%[3]。

相对其他散装货物运输，煤炭运输的运距更长，运输收益更高，是仅次于联合运输的高收益运输产品。尽管 2011 年美国煤炭运输的收益仅为 0.017 9 美元/( t · km )，远远低于其他散装货物 0.035 9 美元 /( t · km ) 的水平，而且较 1981 年下降了 42%，但是长期以来，美国煤炭运输总收益仍不断提高。以可比价格计算，1999 年煤炭运输收益为 77 亿美元，2008 年增长至142 亿美元，2012 年在运量和运价均下降的情况下，运输收益反而升高至 147 亿美元。2003—2012 年美国煤炭运输收益如图 7 所示。从图 7 中单位运输收益与运输成本之间统计结果比较可知，按重量、运量和单车计算的单位收益增长均大于单位运输成本的增长。

图5 1990—2012 年美国一级铁路煤炭运量变化

图6 2012 年美国一级铁路运输收益构成

图7 2003—2012 年美国煤炭运输收益

3 美国煤炭运输车辆技术

美国煤炭运输车辆绝大部分采用了单元列车，列车编组长，载重量大，运行速度适中。运煤车辆主要有 2 种，约 55% 的煤炭通过敞车运输，45% 通过漏斗车进行运输。美国铁路十分重视车辆技术的进步，主要表现在以下方面[4]。

（1）大量采用 286 型货车。286 型货车总重达 130 t，大量运用于煤炭运输、双层集装箱专列运输，是新造的主型货车。近年来通过对不适应 286型货车的低运输密度线路进行桥梁和线路的改造、加固，使得该型车更加普及。286 型货车由于轴重较大，自重较轻，提高了货车运输的经济性。

（2）发展轻量化车体技术。新型货车大量采用铝合金车体技术，漏斗车底开门普遍采用合成材料，增大了货车容积和载重，从而提高了车辆的轻量化水平。近年来美国还发展高边敞车代替了部分漏斗车，敞车使用翻车机卸货，无漏斗和开闭机构，车体重量也降低。新车型设计普遍采用了先进的设计软件进行精确的结构设计和动力学分析，转向架采用高强度材料，进一步提升了车辆的轻量化水平。

（3）推广 ECP 电空制动技术。ECP 技术能大大减小制动系统空气传递的延迟，扩大运输能力，降低制动系统的磨耗并增加车辆运行的安全性。由于更加精准和规范的操作，可以在一定程度上节省能量消耗，减少制动控制不当导致的车辆起停操作。近几年，美国铁路通过一系列的试验和运用考验，制定了一系列标准，ECP 技术逐渐成熟。2008 年 10 月美国联邦铁路管理委员会颁布了关于 ECP 系统的安装和操作规范，对安装 ECP 系统列车的运行间距、检测措施等技术条件做出了规定，并在煤运列车和联运单元列车上开始大规模运用。

（4）采用分散牵引技术。机车重联的动力分散牵引技术可以加大列车编组。目前美国使用此项技术的煤运车辆的编组已经从原来的 100～110 辆提高到了 135 辆，运送同样多的货物可以减少列车数量，显著提高了综合经济效益。

（5）推广径向转向架技术。传统转向架通过曲线时，前后轮对保持平行的趋势形成了车轮和钢轨之间的冲角，从而形成轮缘和钢轨侧面的磨耗，产生对钢轨的附加横向力，增大了运行阻力。这种横向力通过钢轨扣件传递到轨枕上，还将引起曲线钢轨轨枕的故障。而径向转向架具有明显的经济优势，但美国目前还没有大量推广使用，北美仅有 5% 的铁路车辆装配了具有径向功能的转向架，而且主要集中在加拿大。产生这一现象的原因主要是由于车辆采购者大部分为煤炭托运人、农业企业、制造或化工企业和联运商，而不是铁路公司本身，如果采用径向转向架，作为车辆拥有者的托运人只能得到降低车轮磨耗和降低车辆自重的效益，不能得到降低钢轨磨耗、燃料消耗和轨枕故障方面的收益，而这方面的收益均归拥有线路的铁路公司所有，从而制约了货车径向转向架的使用。美国铁路管理委员会正在制定将铁路公司收益惠及车辆所有者的法案，以扩大径向转向架在美国的运用规模，提高运输效益。

4 结束语

美国铁路庞大的路网、运输规模，以及车辆复杂的运输条件与我国相似，其煤炭运输更是重载运输的典范。汲取美国铁路货运的成功经验和成熟技术，并与我国铁路的实际情况相结合，对提高我国运输能力和重载技术进步具有重要意义。

[1] Association of American Railroads. Railroads and Coal[R]. Washington，DC：Association of American Railroads，2013.

[2] Association of American Railroads. The Rail Transportation of Coal[R]. Washington，DC：Association of American Railroads，2013.

[3] Association of American Railroads Policy and Economics Department. Railroad Ten-year Trends[R]. Washington，DC：Association of American Railroads，2013.

[4] Association of American Railroads Policy and Economics Department. Railroad Equipment Report[R]. Washington，DC：Association of American Railroads，2013.