（交通运输规划与管理专业论文）铁路与公路货物运输能耗的影响因素分析.pdf

中文摘要 摘要：近年来，随着我国社会经济的发展，我国陆地货物运输量呈快速增长态势。 交通运输业是能耗大户，全世界交通运输能耗约占全部能耗的三分之一，全世界 一半以上石油用于运输。随着我国货物运输量的增长，货物运输能耗规模逐年上 升。面对能源日益紧缺的局势，如何降低交通运输能耗成为当前亟待解决的问题。 目前，我国相关研究大都停留在铁路或者公路单种运输方式能耗的研究层面上。 就陆地货物运输而言，铁路运输的能耗远小于公路运输，但仅依靠铁路运输单一 运输方式是无法实现货物完整的运输，那么货物运输发展方向必然是铁路和公路 的联合运输。 首先，本文综合分析了公路运输和铁路运输能耗影响因素的研究成果，介绍 了国内外相关的公路运输和铁路运输能耗计算模型以及既有的货物运输能耗比较 的理论方法，在此基础上确立了公路和铁路运输能耗的影响参数，建立公路运输 和铁路运输能耗计算模型。 其次，分析了公路及铁路运输运行特性变化对能耗的影响。通过对公路运输基 本能耗计算公式中的常量系数a 及速度相关系数b 、c 的变化，得出系数a 、b 变化对能耗的影响非常明显，并且对重型车辆的影响要比对轻型车辆的大。而系 数c 的变化对轻型车辆的影响要比对重型车辆的大。通过对铁路运输运行特性分 析，得出列车速度和质量以及列车长度参数非常重要，线路参数坡度当为1 时， 其对能耗影响较大，当曲率半径大于2 0 0 0 k m 时，其对能耗影响已经不大。 最后将模型应用于模拟案例中的2 8 种方案，并进行对比分析，得出能耗较小 的联合运输模式来。同时，通过模拟案例中公路货运和铁路货运车型的变化，得 出运输车辆对货物运输能耗的影响程度。 关键词：能耗；影响因素；能耗效率；货物运输 分类号：u 4 9 1 a bs t r a c t a b s t r a c t ：i nr e c e n ty e a r s ，w i t ht h es o c i o e c o n o m i cd e v e l o p m e n t c h i n a sl a n d f r e i g h tt r a n s p o r th a sar a p i dg r o w t h t r a n s p o r t a t i o ni sam a j o re n e r g yc o n s u m p t i o n s e c t o r , t h ee n e r g yc o n s u m p t i o no ft r a n s p o r t a t i o ni nt h ew o r l da c c 0 u n t sf o rd b o u t o n e - t h i r do fa l le n e r g yc o n s u m p t i o n ，m o r et h a nh a l fo fo i li nt h ew o r l dw a sc o n s u m e d b yt r a n s p o r t a t i o n w i t ht h ed e v e l o p m e n to ff r e i g h t t r a n s p o r t a t i o n ，t r a n s p o r te n e r g y c o n s u m p t i o ni sa l s og r o w i n gr a p i d l y f a c i n gw i t hi n c r e a s i n g l yt i g h te n e r g ys i t u a t i o n ， h o wt or e d u c et r a n s p o r te n e r g yc o n s u m p t i o ni sb e c o m i n gm o r ea n dm o r ei m p o r t a n t a t p r e s e n t ，m o s to fr e s e a r c h e so nt r a n s p o r te n e r g yc o n s u m p t i o ni nc h i n ai ss t i l lb a s i n go n a s i n g l em o d eo ft r a n s p o r t o b v i o u s l y , t h ee n e r g y c o n s u m p t i o no fr a i lf r e i g h t t r a n s p o r t a t i o ni sm u c hl e s st h a nr o a df r e i g h tt r a n s p o r t a t i o n h o w e v e r , r a i lt r a n s p o r t a l o n ec a n n o ta c h i e v eac o m p l e t em o v e m e n to f f r e i g h t ，s oi ti si m p o s s i b l et oa c h i e v e f r e i g h tm o v e m e n tr e l y i n go n l yo no n em o d eo ft r a n s p o r t a t i o n s oi tm u s tb et h e r o a d r a i l w a yi n t e r m o d a lt r a n s p o r t f i r s t l y , t h ea u t h o ra n a l y z e dt h er o a da n d r a i l w a yt r a n s p o r t a t i o ne n e r g y c o n s u m p t i o nm o d e la n df a c t o r sa f f e c t i n gt h er o a da n dr a i l w a yt r a n s p o r t a t i o ne n e r g y c o n s u m p t i o n ， a sw e l la s p r e v i o u sc o m p a r a t i v em e t h o d o l o g i e st od e t e r m i n et h e m e t h o d o l o g ya p p l i e di nt h i sa r t i c l e ，a n dd e v e l o p e dt h er a i l w a ya n dr o a dt r a n s p o r t a t i o n e n e r g yc o n s u m p t i o ne s t i m a t i o nm o d e l s e c o n d l y , t h et h e s i sa n a l y z e dt h ei m p a c to fr o a da n dr a i l w a yt r a n s p o r t a t i o n o p e r a t i n gc h a r a c t e r i s t i c st oe n e r g yc o n s u m p t i o n s t h r o u g ht h eb a s i cf o r m u l af o r c a l c u l a t i n ge n e r g yc o n s u m p t i o no fa ，b ，cc h a n g e ，d r a wc h a n g e so fa ，bh a v e 锄 o b v i o u si m p a c to ne n e r g yc o n s u m p t i o n ，a n dt h ei m p a c to nh e a v yv e h i c l e si sm o r e s i g n i f i c a n tt h a no nl i g h tv e h i c l e s h o w e v e r , c h a n g e so fch a v eas i g n i f i c a n ti m p a c to i l l i g h tv e h i c l e st h a no nl a r g eh e a v yv e h i c l e s t h r o u g ht h e a n a l y s i s o fo p e r a t i n g c h a r a c t e r i s t i c so fr a i l w a yt r a n s p o r t a t i o n ，w er e a c h e dt h es p e e da n dq u a l i t ya sw e l la st h e l 饥g c h0 it h et r a i ni si m p o r t a n tp a r a m e t e r s ，w h e ng r a d ei s1 p e r c e n t ，t h ei m p a c to n e n e r g yc o n s u m p t i o ni sg r e a t e r , w h e nt h er a d i u so fc u r v a t u r ei sg r e a t e rt h a n2 0 0 0 k m ，i t h a sl i t t l ei m p a c to nc o n s u m p t i o n f i n a l l y , t h et h e s i sa p p l i e dt h em o d e lt ot h e2 8s c e n a r i o so fs i m u l a t e dc a s e s t h r o u g hc a l c u l a t i n ga n dc o m p a r i n gt h ee n e r g yc o n s u m p t i o na n de n e r g ye f f i c i e n c yo f e a c hs c e n a r l o ，d r a wat r a n s p o r tm o d et h a th a st h el e a s te n e r g yc o n s u m p t i o n t y p eo f j 丘立交通太堂亟途塞旦曼! 醛! t r a i na n dr o a dv e h i c l et y p ew a sv a r i e da c r o s st h es i m u l a t e dc a s e ss oa st oi l l u s t r a t et h e i m p a c to fv e h i c l ep r o p e r t i e so nf r e i g h tt r a n s p o r t a t i o ne n e r g yc o n s u m p t i o n k e y w o r d s - e n e r g yc o n s u m p t i o n ；a f f e c t i n gf a c t o r s ；e n e r g ye f f i c i e n c y ；f r e i g h t t r a n s p o r t a t i o n c l a s s n o ：u 4 9 1 v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：签字日期：年月日 5 7 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 靴做储群：农之 签字日期：呵年月，2 日 导师签名： 签字日期 彬掰 年6 月i 胡 致谢 本文是在北京交通大学城市交通复杂系统理论与技术教育部重点实验室完成 的，研究过程中得到了国家9 7 3 计划项目课题( 2 0 0 6 c b 7 0 5 5 0 7 ) 、国家自然科学基 金项目( 7 0 5 7 1 0 0 5 ，7 0 6 3 1 0 0 1 ) 和北京市科委项目( d 0 7 0 2 0 6 0 1 4 0 0 7 0 2 ) 的资助。作者 在此表示忠心感谢! 首先，我要想向我的导师孙全欣教授、毛保华教授致谢。因为他们在论文选 题上、研究思路和研究方法上都给予了我很大的指导和帮助。回首北京交通大学 的两年求学生涯，我深感有幸得到孙全欣教授、毛保华教授的指导培养。导师治 学严谨、工作勤奋、和蔼可亲，对我的学习和生活都给予了悉心指导，使我对科 研和人生的认识有了很大提高，春风化雨，永铭在心。 两年来，我还得到了张国伍老教授的悉心指导，张教授虽然已经年过八旬， 但依然孜孜不倦的为我国交通事业奋战，他那种锲而不舍、敢闯敢干的精神将永 远激励我前进。 我亲爱的师兄、弟、妹们，是我们团结、高效、活跃的学术集体的重要成员。 我们之间的友谊、相互关照和帮助将给我留下一生难忘的美好回忆! 祝大家好运! 特别还要感谢丁勇博士、高利平博士、刘明君博士、权磊磊硕士，抽出宝贵 的科研时间指导修改我的论文，这使我倍受感动，终身难忘。 我还要感谢我的家人、同学、舍友，是他们的支持和帮助使我得以顺利完成 学业。 最后，衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家、教授! 1 1研究背景 1 绪论 本文的研究内容依托于北京交通大学中国综合交通研究中心与美国能源基金 会合作项目不同运输方式能耗与排放因子及其可比性研究( g 0 8 1 1 1 0 5 6 5 ) 。本 文作为其中一部分，主要进行铁路与公路货物运输能耗影响因素分析研究。 多年以来，我国一直通过资源( 能源) 的大量消耗推动国民经济的增长；然 而，伴随国民经济的快速发展，我国的能源问题日益显着，目前已面临着能源与 环境等多方面的问题和挑战，主要可以分为两个方面： ( 1 ) 能源消费需求十分强劲。根据国家能源局【l 】公布数据，中国是世界上唯 一能源消费增长率以两位数增长的国家，2 0 0 4 年，全世界能源消费总量为1 0 2 2 4 亿吨油当量，比上年增长4 3 2 。其中中国能源消费量为1 3 8 6 亿吨油当量，增长 1 5 1 1 ，占世界能源消费量的1 3 5 6 ，居美国之后也是世界第二大能源消费国； 全世界能源消费强度( 单位g d p 产出消耗的能源量) 为2 5 吨油当量万美元g d p ， 而中国为8 4 吨油当量万美元g d p ，是世界平均水平的3 3 6 倍，美国的4 倍多， 日英德法等国的近8 倍；而世界人均能源消费量为1 6 1 吨油当量，中国为1 0 7 油 当量，是世界人均水平的6 6 4 6 ，约为美国人均水平的1 8 ，日英德法等国人均水 平的1 4 。随着经济规模的进一步扩大，能源需求还会持续较快增加。据预测【2 】， 要实现“十七大制定的2 0 2 0 年经济发展目标，我国能源需求的年增长率需达到 4 1 5 o ( 全球同期平均增长率约为2 1 ) ，除煤炭经挖潜和扩大生产规模有可 能基本满足需求外，石油和天然气均有巨大缺口。 ( 2 ) 能源生产缺乏增长空间，更多地依赖进口能源。自1 9 9 3 年成为石油净 进口国以后，我国石油进口量逐年增加，对国外石油资源的依赖程度日益扩大， 对外依存度从1 9 9 5 年的7 6 增加到2 0 0 5 年的4 2 9 ；2 0 0 2 年，我国超过日本， 成为仅次于美国的全球第二大石油进口国；2 0 0 7 年1 9 月我国进口原油和成品油 超过1 5 亿吨，其中进口原油1 24 0 7 万吨，同比增长1 3 6 ，据预测，到2 0 2 0 年， 我国石油的进口量将超过5 亿吨，对外依存度将到7 0 t 2 1 。 为此，1 9 9 7 年我国颁布了节约能源法，2 0 0 5 年温家宝总理提出了“建设 节约型社会”的要求，并于2 0 0 7 年召开的全国人民代表大会上，重申了节能降耗， 保护环境的重要性。目前，我国货物运输成本约占总成本的2 0 ，政府明确提出 2 0 1 0 年单位g d p 能耗比“十五 末期降低2 0 的目标，“加强交通运输节能，积极 推进节能型综合交通运输体系建设 是其中的重点之一口1 。 交通运输业是高能耗产业，特别是单位产值的石油消耗量在所有行业中最高； 在交通运输方式中，航空能耗最高，公路次之，高速铁路第三，水运能耗最低。 就北京而言，随着城市化进展、人口增加、社会经济稳步高速发展，人们对交通 运输的服务量在不断上升，从而加剧了交通能源需求量和环境排放。在公路运输 方面，能源消耗主要是汽油、柴油、天然气等：铁路运输方面，主要消耗柴油和 电能，近年来，电能的比重有所增加。在运输能耗不断增加、能源相对短缺、环 境破坏的问题下，优化交通发展模式，分析影响交通运输能耗的因素，从而实现 节能尤为重要。 1 2研究意义 改革开放以来，随着我国经济的快速发展，我国交通业发展迅猛h 1 ：2 0 0 7 年， 全国旅客周转量达2 1 6 亿人公里，是1 9 7 8 年的1 2 4 倍，而货物周转量也多达1 0 1 5 亿吨公里，约为1 9 7 8 年的1 0 3 倍。1 9 7 8 年至2 0 0 7 年我国客货运周转量如图1 1 所示，从图中可以看出，我国客货运输发展迅猛，而且目前仍处于高速发展期，全 社会客货运量的飞速增长，必然将加大对能源的消耗。 1 2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 亿8 0 0 0 0 吨 公6 0 0 0 0 里4 0 0 0 0 ，2 5 0 0 0 。2 0 0 0 0 亿 ；1 5 0 0 0 人 公 i1 0 0 0 0 田 5 0 0 0 0 一- 1 一一一一一，o 年份1 9 7 81 9 8 01 9 8 5 1 9 9 01 9 9 52 0 0 02 0 0 52 0 0 7 图1 1 全国客货运输周转量 f i g 1 一lt o t a lp a s s e n g e ra n df r e i g h tt o n - k i l o m e t e r s 在未来发展中，作为交通运输主要燃料的石油消耗的迅速增长并成为突出的 矛盾。根据相关统计与预测数据h 1 ，2 0 0 0 年交通石油消耗量为0 5 5 亿吨，占当年 全国石油总耗量的2 5 ，而预计到2 0 2 0 年将达2 5 6 亿吨，占当年全国总耗量的 5 7 ，如图1 2 所示。从1 9 9 3 年起我国已成为石油净进口国，2 0 0 5 年净进口已达 1 3 6 1 7 万吨，已经超出了全国交通耗油量。2 0 2 0 年预计国内石油产量保持在1 妣 2 亿吨，小于交通耗油的要求，解决交通用油的保障问题成为国家面临的重大问题。 展望未来，随着全球石油供应的衰竭，情况将更为严重。 2 0 1 02 0 2 0 图1 2 交通运输石油消耗现状及预测 f i g u r e l 一2t r a n s p o r to i lc o n s u m p t i o np r e d i c t i o n 交通运输行业的能源消耗主要包括两部分，一部分是交通运输生产前期准备 的能源消耗，即交通运输基础设施建设的能源消耗( 路网、站场、信息设备建设 等) ，这部分能源消耗既包括相应原材料生产时的消耗，也包括建设施工时的消耗： 另一部分是交通运输生产过程的能耗，即交通运输工具运行过程的能源消耗，这 一部分的消耗主要以石化能源消耗为主，其中尤以公路运输为胜。相关研究表明 中国公路运输成品油的消费量占全社会总量的近3 0 i 5 1 。总体而言，交通运输生产 过程的石化能源消耗要远远高于其生产前期准备的能源消耗。与化工、冶金等重 能耗行业相比，目前，中国交通运输行业总体的能耗水平并不是很高，但是其石 化燃料的消耗却明显偏高。在2 0 0 7 年，中国交通运输、仓储和邮政业共消耗能源 2 0 6 4 3 万吨标准煤，在能源消耗的总量上低于化学原料及化学品制造业( 2 7 2 4 5 万 吨标准煤) 和黑色金属冶炼及延压工业( 4 7 7 7 4 万吨标准煤) 等传统的重能耗行业， 而其汽油和柴油消耗总量却分别占全国汽油和柴油消费总量的5 0 0 7 和5 4 3 9 ， 分别是化学原料及化学品制造业和黑色金属冶炼及压延加工业的5 6 倍和9 5 倍、 5 3 倍和8 0 倍。表1 1 反映了2 0 0 7 年中国交通运输、仓储和邮政业与其他行业能 源消耗对比情况。 交通方式运行的能源消耗是决定其适用性的重要依据，也是国家制订其发展 策略的基础，在我国经济快速发展的过程中，交通运输能力扩张与能源约束的矛 盾已经十分突出。本文对交通运输能耗尤其是铁路和公路货物运输能耗的影响因 素进行分析，探讨各种公路铁路交通条件及设施对货物运输能源消耗的影响规律， 3 5 4 3 2 l o 有利于高效率利用有限的能源，实现交通运输行业的可持续发展，同时还有利于 为政府相关部f - j $ i l 定运输行业相关规划和运输能源发展规划提供支持。 表1 12 0 0 7 年能源消耗对比 t a b 1 1c o m p a r i s o no fe n e r g yc o n s u m p t i o ni n2 0 0 7 行业能耗( 万吨标准煤)能源消费总量汽油消费量柴油消费量 消费总量2 6 5 5 8 2 9 95 5 1 9 1 41 2 4 9 3 0 3 交通运输、仓储和邮政业 2 0 6 4 3 3 72 7 6 3 1 96 7 9 4 3 6 化学原料及化学制品制造业 2 7 2 4 5 2 74 9 2 91 2 8 1 l 黑色金属冶炼及压延加工业 4 7 7 7 4 3 72 9 0 88 3 9 5 数据来源：中国统计年鉴，2 0 0 8 1 3研究内容和技术路线 本文研究了铁路道货物运输能耗的影响因素，以及铁路公路联合运输的总 能耗与通道、车辆选择的关系。 第一章：绪论。首先介绍了本文的课题来源，然后论述了本文的研究背景及 现实意义。最后阐述了本文的研究内容及技术路线。 第二章：我国货物运输发展及能耗概况。本章主要介绍了我国铁路货物运输 和公路货物发展以及能耗状况。 第三章：国内外研究现状。首先在阅读相关文献的基础上，阐述了国内外关 于影响公路运输和铁路运输能耗的因素的研究成果，然后介绍了国内外计算公路 运输和铁路运输能耗的模型。 第四章：能耗建模分析。本章主要是介绍本文的公路运输和铁路运输能源消 耗的计算模型，并对模型中参数取值给出说明。 第五章：铁路和公路运输运行特性对能耗的影响。本章主要是分析公路运输 和铁路运输的某些运行特性的变化对能耗水平的影响。 第六章：案例分析。本章假设了5 条虚拟货物运输信道以及信道的线路属性， 然后根据公路运输线和铁路运输线上所用的运输车辆的不同将通道细分为2 8 种方 案。通过对这些方案能耗的计算及比较得出货物运输能效最高的运输通道及车辆 组合。 第七章：总结和展望。总结了本文研究得出的主要结论，针对论文的不足之 处，指出将来需要改进完善的地方。 论文的基本框架及技术路线如图1 3 所示。 4 第1 章绪论 一一一一一一 i 一一一 l 第2 章 i 第3 章 i 国内外研究现状 l 我国货物运输及能耗 i 土土 il 我 我 能能能 国 国 耗耗耗 货匿 影计比 物 输 响算较 还 能 因模研 输 耗 素型究 概现 况状 i + 第4 章 _ 一公路能耗模型l 本论文模型开发 一铁路能耗模型i l i i i i i i i l 第5 章 叫公路运行特性对能耗影响l 运行特性对 能耗的影响 叫铁路运行特性对能耗影响i 图卜3 论文结构框架 f i g 1 - 3s t r u c t u r eo f t h et h e s i s 5 ，iiliiilliiiiiiiililj 广一 2 我国陆地货物运输与能耗概况 2 1我国陆地货物运输概况 近几年来，随着我国经济的快速发展，我国货物运输量快速增长。2 6 0 7 年， 我国全社会货运量己达2 2 7 5 8 亿吨，其中陆地货物运输( 铁路公路) 量1 9 5 3 1 亿 吨，占全年货物运输总量的8 5 8 5 ，其中公路货物运输量占总货运量的7 2 0 4 ， 铁路货物运输量占总货运量的1 3 8 1 。所以，研究我国陆地货物运输与其能耗状 况尤为重要。 ( 1 ) 铁路货物运输 2 0 0 7 年，全国铁路完成货运量为3 1 4 2 亿吨，比2 0 0 6 年增长2 6 亿吨，占全 社会总货运量的1 3 8 1 。全国铁路完成货物周转量为2 3 7 9 7 亿吨公里，比2 0 0 6 年增长1 8 4 2 6 亿吨公里，占全社会总货运周转量的2 3 4 6 1 6 ，刀。 表2 12 0 0 3 2 0 0 7 年全国铁路货运量货物周转量 货运量 2 0 0 32 0 0 42 0 0 52 0 0 62 0 0 7 全社会货运量( 亿吨) 1 5 6 1 41 7 0 6 21 8 6 2 l2 0 3 7 12 2 7 5 8 铁路货运量( 亿吨) 2 2 1 22 4 9 2 6 9 3 2 8 8 23 1 4 2 铁路占比重( ) 1 4 1 71 4 61 4 4 61 4 1 51 3 8 l 货物周转量 全社会货物周转量( 亿吨公里)5 3 8 5 96 9 4 4 28 0 2 5 78 8 8 4 01 0 1 4 1 9 铁路货物周转量( 亿吨公里) 1 7 2 4 71 9 2 8 92 0 7 2 62 1 9 5 4 42 3 7 9 7 0 铁路所占比重( ) 3 2 0 32 7 7 82 5 8 22 4 7 l2 3 4 6 虽然我国铁路发展较快，但货物运输仍严重不适应国民经济和社会发展的需 要。主要表现在以下几个方面：首先运量与运能的矛盾依然突出。尽管铁路基础 设施建设不断稳步推进，但是运力长期紧张的局面并没有得到根本的缓解，据有 关专家推测，近两年铁路货运需求满足率仅能达到3 0 - 4 0 f 引，造成许多现实需 求和潜在需求得不到满足，尤其是煤炭运输紧张情况仍在加剧。其次，在货运市 场中，公路运输已成为铁路运输最强有力的竞争对手。铁路作为我国运输行业的 骨干，凭借自身的比较优势，本应该在货运市场中获得较高的市场份额，但由于 铁路货运能力的长期紧张以及所运输物资大部分运价率较低，大量高运价率货物 流向公路，造成铁路货运所占市场份额在逐年下降，如表2 1 所示，2 0 0 1 年以来 铁路货物周转量逐年提高，但周转量的分担率总体上却呈现下降趋势，2 0 0 7 年比 6 2 0 0 3 年下降了8 5 7 。 ( 2 ) 公路货物运输 2 0 0 7 年，全国公路完成货运量为1 6 3 9 4 3 亿吨，比2 0 0 6 年增长1 7 3 亿吨，占 全社会总货运量的7 2 0 4 。2 0 0 7 年，全国公路完成货物周转量为11 3 5 4 7 亿吨公 路，比2 0 0 年增长1 6 0 0 5 亿吨公里，占全社会总货物周转量的1 1 2 0 1 6 , 7 1 。如表 2 2 所示。 表2 22 0 0 3 2 0 0 7 年全国公路货运量货物周转量 货运量2 0 0 32 0 0 42 0 0 52 0 0 62 0 0 7 全社会货运量( 亿吨) 1 5 6 1 41 7 0 6 21 8 6 2 l2 0 3 7 l2 2 7 5 8 公路货运量( 亿吨) 1 1 5 9 9 61 2 4 4 9 91 3 4 1 7 81 4 6 6 3 51 6 3 9 4 3 公路占比重( )7 4 2 97 2 9 77 2 0 67 1 9 87 2 0 4 货物周转量 全社会货物周转量( 亿吨公里) 5 3 8 5 96 9 4 4 28 0 2 5 78 8 8 4 01 0 1 4 1 9 公路货物周转量( 亿吨公里)7 0 9 9 57 8 4 0 98 6 9 3 2 9 7 5 4 21 1 3 5 4 7 公路所占比重( ) 1 3 1 81 1 2 91 0 8 31 0 9 81 1 2 0 2 2我国陆地运输能耗概况 交通运输业是资源占有型和能源消耗型行业，随着我国客货运输量的增长， 交通运输业能源消耗的规模逐年上升，能源消耗的增速高于全社会能源消耗的增 速，成为我国用能增长最快的行业之一。据统计数据显示，2 0 0 5 年我国交通运输 邮政业共消费能源1 6 6 2 9 万吨标准煤，占全社会能源消耗量的7 4 。2 0 0 0 - - 2 0 0 5 年全社会石油消费增长率7 7 ，而同期交通、仓储和邮政业石油消耗年均增长率 1 2 o ，比社会平均增长率高出4 3 个百分点【1 4 】。 以国际通用口径估计，目前我国交通行业能源消费量约占全国总用能的1 0 ， 其中用能以油气为主，占全国石油消耗量的4 0 左右，大约9 5 的汽油、6 0 的 柴油和8 0 的煤油被各类交通工具所消耗。而我国石油对外依存度逐年提高，对 外依存度已近4 0 。严峻的能源形势要求高度重视交通节能降耗，以保障国家能 源安全，实现“十一五 节能目标。 2 2 1 我国铁路运输能耗 铁路是国民经济的大动脉，是综合运输体系的骨干。2 0 0 5 年国家铁路运输行 7 业能源消费折合标准煤为2 2 4 7 5 万吨，其中消耗柴油5 7 3 万吨、汽油1 0 万吨、电 力2 1 5 亿千瓦时、原煤6 6 3 万吨【1 4 , 1 5 】。1 9 9 0 2 0 0 5 年国家铁路运输行业能源消费总 体情况见表2 3 。 表2 3 国家铁路运输企业能源消费情况 年份折标煤( 吨) 柴油( 吨)汽油( 吨) 电力( 万千瓦时)原煤( 吨) 1 9 9 02 1 2 6 0 0 0 2 5 8 4 2 5 7 59 6 2 6 9 3 5 5 9 4 8 0 1 1 8 9 4 2 0 0 0 1 9 9 52 0 0 9 15 0 03 7 5 5 8 7 11 0 5 8 9 39 0 8 4 8 713 5 9 9 7 0 0 2 0 0 0l8 5 9 5 2 0 14 8 9 0 8 0 91 0 6 6 8 51 2 5 6 3 2 67 7 4 1 2 2 8 2 0 0 l1 9 1 6 8 8 5 7 5 0 5 6 1 1 3 1 1 0 9 1 31 3 9 5 1 9 9 7 4 4 2 6 5 0 2 0 0 21 9 9 2 1 6 0 25 0 5 8 1 1 31 1 0 8 0 01 6 5 5 4 2 77 0 5 3 0 4 6 2 0 0 32 0 3 0 7 3 2 75 1 9 9 5 0 49 4 8 3 51 7 2 9 6 3 06 7 2 7 1 0 3 2 0 0 42 1 5 5 9 9 4 75 4 3 1 9 2 08 7 9 3 02 0 3 6 2 8 26 5 1 7 2 2 l 2 0 0 52 2 4 7 4 6 7 05 7 2 7 8 1 81 0 4 0 5 62 1 4 9 4 l l6 6 3 1 4 9 5 我国铁路能耗的变化与牵引动力的变化有着密切关系。由于发展内燃和电力 牵引代替蒸汽牵引，“八五”期间铁路客货运输周转量增长2 3 9 7 ，而能源消耗基 本没有增长；“九五 期间铁路运输周转量增长9 0 3 ，而能源消耗不仅没有增长、 反而降低7 4 5 。在蒸汽机车牵引完全退出铁路正线运输之后，“十五”期间客货 运输周转量增长4 2 0 6 ，年均增长率为7 2 7 4 ，能耗增长率为2 0 1 5 ，年均增 长率为3 7 4 。 2 2 2 我国公路运输能耗 在交通运输业中，公路运输是发展最快的行业，也是能源消耗最多的行业。 目前的公路运输能耗统计仅仅局限于营业性车辆，而公路运输行业中存在着大量 的社会车辆，这些车辆的能源消耗情况比较复杂。根据相关统计数据，并结合公 路运输业专家对各类车辆的年行驶里程、燃油消耗水平的基础数据的经验估计， 估算“八五”以来公路运输发展及能源消耗见表2 _ 4 所示。 表2 - 4 公路运输发展及机动车能源消耗现状 公路总里程其中民用汽车保有量其中 石油 年份消耗量 ( 万公里)高速公路( 万辆)公路营运车 ( 万吨) 1 9 9 01 0 2 8 40 0 55 5 1 3 62 4 8 0 i ) o 1 9 9 5 1 1 5 7 0o 2 l 1 0 4 0 0 04 1 7 0 34 4 0 0 0 0 2 0 0 01 4 0 2 71 6 31 6 0 8 9 17 0 2 8 26 5 0 0 0 0 2 0 0 51 9 3 0 54 1 03 1 5 9 6 67 3 3 2 29 8 0 0 o o 注：公路里程中不包含农村公路；民用汽车保有量中不含农用汽车；石油消 耗量为统计加测算。 从表中可以看出，1 9 9 0 2 0 0 0 年的1 0 年间，公路里程增加3 7 4 3 万公里，高速 公路增加1 5 8 万公里，民用汽车保有量1 0 5 7 5 5 万辆，石油消耗增加约4 0 0 0 吨， 而2 0 0 0 年至2 0 0 5 年这五年问公路里程就增加5 2 7 8 万公里，高速公路增加2 4 7 万公里，汽车保有量增加1 5 5 0 7 5 万辆，石油消耗量增加3 3 0 0 多万吨。可见，随 着公路运输的快速发展和汽车快速进入家庭，公路运输石油消耗量仍将会快速增 长【14 1 。 2 3 本章小结 本章分析了我国铁路运输和公路运输的发展以及能耗状况。 ( 1 ) 2 0 0 7 年，全国公路完成货运量为1 6 3 9 4 3 亿吨，占全社会总货运量的 7 2 0 4 ，全国铁路完成货运量为3 1 4 2 亿吨，占全社会总货运量的1 3 8 1 。公路 货物运输量是铁路货物运输的五倍多。 ( 2 ) “八五 期间铁路客货运输周转量增长2 3 9 7 ，而能源消耗基本没有增 长；“九五 期间铁路运输周转量增长9 0 3 ，而能源消耗不仅没有增长、反而降 低7 4 5 ；“十五 期间能耗增长率为2 0 1 5 ，年均增长率为3 7 4 。“八五和 “九五期间，公路石油消耗增加约4 0 0 0 吨；“十五 期间公路石油消耗量增加 3 3 0 0 多万吨，随着公路运输的快速发展，公路石油消耗量仍将快速增长。 9 3 国内外相关理论研究 3 1能耗影响因素分析 影响公路和铁路运输能耗的因素很多，为了更好的理解和分析公路和铁路运 输能耗，本节先对燃料所含的能量进行介绍，然后再分析公路和铁路运输能耗的 影响因素。 3 1 1 燃料及所含能量 各种能源的实际平均热值也称平均发热量，是指不同种类或品种的能源实测 发热量的加权平均值。计算公式为：平均热值( 千卡千克) = i x ( 某种能源实 测低发热量) x 该能源数量 能源总量( 吨) 【1 6 1 。各类能源测算所含的热量如表 3 1 所示。 表3 - 1 能源及所含热量 能源名称平均低位发热量 原煤2 0 9 3 4m j k g 燃料油 4 1 8 6 8m j k g 汽油4 3 1 2 4m j k g 煤油 4 3 1 2 4m j k g 柴油4 2 7 0 5m j k g 液化石油气 4 7 4 7 2m j k g 天然气 3 5 5 8 8m j m 3 电力 3 6 0 8 3 4 m j k w h 目前，我国公路货运车辆燃料以柴油为主。铁路运输也是以消耗柴油为主， 2 0 0 6 年，我国共有内燃机车1 1 3 4 8 台，电力机车5 4 6 5 台【1 5 】，其中内燃机能耗约占 总能耗的8 1 4 。 3 1 2 公路运输能耗的影响因素 ( 1 ) 国外相关研究 e s s e n h i g h 等【1 7 】的研究指出影响重型商用汽车燃料消耗量与汽车大4 、和发动机 排量的变化关系。研究指出，汽车车重对能耗的关系复杂，而并非有效能耗与车 重之间的简单关系。 g h o j e l 和w a t o n 1 8 】通过车辆在城市内公路和城市间公路行驶两种情况单独分 析，指出重型车辆的有效能耗与车辆的质量成线性变化关系，并且市内公路和城 际公路两种情况下相关系数( r 2 ) 分别为0 9 3 8 和0 9 3 6 。 美国h o u g h t o n 和m c r o b e r t t l 9 1 ，对能源消耗进行比较研究时也假定燃料消耗量 与汽车总质量成线性变化关系。 美国的b i g g s 2 0 , b o w y 盯b i g g s 2 u 将影响公路运输能耗的因素分为行驶阻力、 空气阻力、惯性力、坡道阻力、转弯阻力、车辆传动效率和汽车自身附件耗能等。 b t t 2 2 】指出影响能耗的参数主要有车辆的新旧程度与车辆类型，设备的状态以 及维修所用的标准、技术和驾驶员技能等。 a h n 【2 3 】在对小汽车及轻型营运车辆的能源消耗研究中，将影响车辆能源的利用 效率因素分为六大类。如表3 2 所示。 表3 2 影响车辆能耗效率因素 相关类型 因素 距离起终点之间的距离。行车的数量等 天气温度、湿度、风等 车辆 发动机类型，发动机，车载设备如空调、催化转换器等的状态 路况公路等级、平整度等 交通交通拥堵 驾驶员驾驶员的技能 资料来源：a h n ，2 0 0 2 美国有关机构对汽车能源消耗分布进行了测试【2 4 1 ，测试图如图3 1 所示。得 出如下结论，汽车燃料消耗的能量分布于汽车的各个部位，只有1 2 的车用燃料 用于驱动车轮，而8 0 以上的能源则用于克服辅助部件的内部摩擦力和发动机的 热力损失，其中消耗在冷却剂上的能量和排气热损的能量损耗占整个车用燃料消 耗的6 0 以上。 1 2 i 空气粕 活钢嘶毽粥li 内燃f 蜱擦4 l 栅笛i j l i 车轮1 2 沿行4 9 6刹车3 j 后桥1 j 变速器l j 附属装置2 5 j i l 鞘ll 空气胁l 图3 - i 典型城市车辆能流图 f i g 3 - 1e n e r g yt r a i nf o rat y p i c a lu r b a nc a r ( 2 ) 国内相关研究 东南大学博士项乔君在城市交通系统汽车燃油消耗研究【2 5 】中分析了影响 小汽车燃油消耗的因素，认为汽车性能方面主要有发动机的功率、比能耗、转速、 传动系的传动效率、传动比等：公路性能方面主要有公路的坡度和平整度等；交 通状况方面主要有交通量、公路等级、交叉口类型和控制方式。公路与交通条件 对能耗的影响，主要在于当这些条件发生变化时，会使汽车的行驶工况发生变化， 发动机的功率和转速也会发生变化。他指出小汽车的能耗可表示为： u f c = 厂( ，刀)( 3 1 ) 式中：u f c 表示单位能耗( m l s ) 或( g s ) ； 只表示发动机有效功率( 枷) ； 刀表示发动机转速( ，m i n ) 。 孙晓莉，高谋荣【2 6 】为了研究汽车能耗和汽车质量之间的关系，建立了以内燃 机驱动，混合动力驱动和氢气燃料驱动的车辆为仿真目标，对这3 种不同的研究 对象又分别选取了3 种类型的车辆。根据仿真目标建立了汽车仿真模型，并在 m a t l a b s i m u l i n k 环境下实现。仿真结果表明，汽车能耗随着质量减少而减 少，驱动方式、车型、传动等因素对油耗也有很大的影响。 张欣，王颖亮【2 7 】等研究辅助能量系统( a u x i l i a r yp o w e ru n i t s ，a p u s ，例如空 调系统、动力转向系统、制动系统、发动机冷却系统等) 在车辆行驶过程中的能 量流变化。分析a p u s 的工作特点，提出基于能耗m a p 图的仿真思路，通过对 a d v i s o r 软件的二次开发，设计a p u s 的仿真模型，分别建立传统公交车、串联 混合动力和并联混合动力城市公交车的综合能量流模型，完善了传统汽车及h e v 的仿真模型。在此基础上对a p u s 对整车经济性的影响进行仿真研究，仿真研究结 1 3 果表明，电动汽车附件系统在整车能耗上占有相当的比重，在美国城市循环、e c e 循环工况和武汉城市公交车循环工况下，公交车辅助能量附件系统能耗比例最大 为1 0 、最小为6 1 。 3 1 3 铁路运输能耗的影响因素 ( 1 ) 国外相关研究 m e i b o m 2 8 1 给出了铁路车辆不同的运行过程以及每个过程的能耗情况。 燃 料 能 量 空转附件下 育督l 饕 赢口1 - 1 8 2 罐藏 1 刊圜 发动机 2 州 行驶线 1 0 比缢磁飞 ：_ ：_ - _ - ：- - - - - - - - - - - - - - - - - -