從數據看中國電氣化鐵路的發展進程

何吉成 交通運輸部規劃研究院

電氣化鐵路是指通過一套牽引供電系統向電力機車供電，利用電力機車來牽引列車的鐵路。電力牽引具有功率大，速度快、能耗低、效率高等特點，其運輸能力明顯提高，運輸成本大為降低，因此電力牽引是我國鐵路牽引動力的發展方向。1961年8月15日，我國第一條電氣化鐵路寶成線寶雞至鳳州段建成通車，此后我國電氣化鐵路建設不斷發展，1996年底，我國電氣化鐵路建設總里程已達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。近幾年來我國鐵路建設加快，電氣化鐵路主要向高速鐵路、重載鐵路發展，隨著一批客運專線的建成，我國電氣化鐵路規模會更高，鐵路運輸的整體速度會更快，同時消耗能源會更少，鐵路的"綠色"效應會越來越明顯。目前針對我國電氣化鐵路的區段通過能力、電力需求預測和建設技術等方面有了一些研究工作，本文則通過分析我國電力機車保持量、電氣化鐵路里程、電力機車牽引工作量、電力機車單位耗能和電力機車年耗電量等指標的多年變化特征，在時間尺度上對我國電氣化鐵路的發展進程進行解讀，為我國電氣化鐵路建設和發展提供參考。

1 電氣化鐵路運輸設備的發展

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

圖 1 我國電力機車保持量及其比例

圖2 我國電氣化鐵路里程及其比例

從電氣化鐵路里程來看（見圖2），我國電氣化鐵路里程變化可分為3個階段：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，我國電氣化鐵路里程較少，增長也較慢，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555 km。1996年我國電氣化鐵路里程突破10 000 km，從此我國電氣化鐵路里程進入快速增加階段。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1 269 km。其中有3個年份的增加量較大，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年達到37.8%。其中2006年的增幅最大，與2005年相比，提高將近6個百分點。

2 電力機車承擔的牽引工作量變化

隨著我國電氣化鐵路里程的增多，電力機車承擔的牽引任務也逐漸增多。與電氣化鐵路里程變化特征類似，電力機車承擔的牽引任務量變化也可分為3個階段：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，我國電氣化鐵路較少，機車數量也較少，因此電力機車完成的工作量較小。1970年電力機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年我國電力機車牽引工作量首次超過1000億t·km，1993 年超過 5000 億 t·km，1998 年達到 6742 億 t·km，1985-1998年的13年期間，電力機車的牽引工作量年均增加達437億t·km。1999年我國電力機車的牽引工作量為7449億t·km，從此電力機車的牽引工作量進入快速增加階段，2002年突破 10000 億 t·km，2005 年突破 15000 億 t·km，2007超過 20000億 t·km，達到 20108億 t·km，1999-2007年的 8年期間，電力機車的牽引工作量年均增加高達1582億噸公里。其中有2個年份的增加量較大，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年的電力機車完成的牽引工作量是1970年的516倍。就電力機車承擔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，電力機車承擔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%，達到48.9%(見圖3)。

圖3 我國電力機車牽引工作量及其比例

3 電力機車的電力消耗及強度變化

電力機車以電力作為能源來牽引列車，1975年到2007年，我國電力機車不斷增多，它承擔的牽引任務比重逐步增多，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年的耗電量則達到220億kw·h，相當于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。就電力機車的單位耗能來說，1975-2007年的33年來，我國電力機車的單位耗能強度呈大幅降低，2007年的單位耗能強度僅相當于1975年的75%。其降低趨勢可分為2個階段（見圖4）：1975-1988年呈波動降低，其降幅較大，從145.3 kw·h/萬t·km 降至 112.6 kw·h/萬 t·km，1989-2007 年基本在 111.3 kw·h/萬t·km上下波動，其強度一直保持在較低水平。

圖4 我國電力機車電力消耗及耗電強度

4 討論與結論

世界其他國家電氣化鐵路發展狀況的連續性統計資料較少，目前可供比較的是2000年的統計數據（見表1）。2000年底，我國電氣化鐵路里程低于俄羅斯、德國、南非和日本，居世界第五位，我國電氣化鐵路里程比例也不高，只有25.3%，遠低于南非、日本、俄羅斯、德國和法國，比印度和韓國稍高。2000年我國電氣化鐵路承擔的鐵路運量比例為31.9%，也遠低于南非、德國、法國、日本、俄羅斯和印度，與韓國基本相當。2000年我國電氣化鐵路里程及比例、電氣化鐵路承擔的鐵路運量比例這3項指標都遠高于美國、加拿大和澳大利亞，這是因為美國、加拿大和澳大利亞三國的鐵路運量不大，客運量更少，他們還認為電氣化鐵路投資大，影響大型雙層集裝箱運輸因此對發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到21.7%，承擔的鐵路運量比例超過50%，我國鐵路電氣化里程比例比世界平均水平稍高，但承擔的鐵路運量比重卻比世界平均水平低近20%。

目前我國鐵路客貨列車牽引任務主要由內燃機車和電力機車承擔，1997-2007年內燃機車和電力機車的單位耗能均值分別為25.3 kg柴油/萬噸公里和111.6 kw·h電力/萬·km，采用能量當量值[9] 折算成標準煤數量后分別為36.9 kg標準煤/萬·km和13.7 kg標準煤/萬·km，由此可見，電力機車的單位耗能不到內燃機車的40%，這表明電力機車具有較高的能源利用效率。因此，在我國鐵路運輸量不斷增長的情形下，加快鐵路電氣化建設和提高電力機車的牽引比例是降低我國鐵路行業能源消耗的重要途徑。近幾年來，我國電氣化鐵路建設步伐明顯加快，根據我國中長期鐵路網調整規劃，到2010年，全國鐵路電化率要達到45%以上，到2020年，全國鐵路電化率要達到60%以上，屆時將形成以客運專線為代表的"四縱四橫"的高速電氣化鐵路網絡。能效較高、節能環保是高速電氣化鐵路的重要特點，因此建設高速電氣化鐵路是對國家"降低能耗，減排二氧化碳，加強節能，提高能效、加快建設以低碳為特征的交通體系"的積極響應，對我國交通行業的節能減排具有十分重要的意義。

表1 我國電氣化鐵路發展概況與世界其他國家的比較

根據我國鐵路部門多年的統計數據，分析了1970-2007年我國電力機車保持量、電氣化鐵路里程和電力機車牽引工