張 華，呂 濤，李愛彬

（中國礦業(yè)大學(xué) 管理學(xué)院，江蘇 徐州 221116）

鐵路省際煤炭調(diào)運(yùn)的格局及優(yōu)化

張 華，呂 濤，李愛彬

（中國礦業(yè)大學(xué) 管理學(xué)院，江蘇 徐州 221116）

鐵路煤炭運(yùn)輸在煤炭運(yùn)輸中占主導(dǎo)地位，影響著煤炭的供需平衡。在對我國鐵路省際煤炭調(diào)運(yùn)格局進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了鐵路省際煤炭調(diào)運(yùn)的優(yōu)化模型，并進(jìn)行優(yōu)化分析。研究表明：2001—2010年我國鐵路煤炭運(yùn)輸量增長率低于煤炭生產(chǎn)增長率，鐵路運(yùn)輸在各省煤炭調(diào)運(yùn)中發(fā)揮著不同的作用；優(yōu)化后的鐵路省際煤炭調(diào)運(yùn)成本比優(yōu)化前節(jié)約了82.2億元，平均運(yùn)輸距離縮短了98.3 km，各供給地和需求地的鐵路煤炭流向和流量進(jìn)行了重新分配。

鐵路煤炭運(yùn)輸；省際調(diào)運(yùn)；空間格局；優(yōu)化

1 概述

我國“富煤貧油少氣”的資源賦存狀況決定了煤炭在我國能源生產(chǎn)和消費(fèi)中的主體地位。煤炭生產(chǎn)與消費(fèi)在空間上的錯位性分布，致使煤炭資源流動成為一種廣域性、大規(guī)模并且具有廣泛經(jīng)濟(jì)社會效應(yīng)的空間現(xiàn)象[1]，從而形成了“北煤南運(yùn)，西煤東送”的運(yùn)輸格局，并且，這種格局將長期存在。由此可見，煤炭運(yùn)輸是煤炭供需平衡的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。而鐵路以其運(yùn)輸能力強(qiáng)、運(yùn)量大、受自然條件影響小、成本和單位能耗低等優(yōu)勢[2]，一直是煤炭的主要運(yùn)輸方式，使得鐵路成為影響煤炭有效供給的最主要因素。近年來，我國煤炭生產(chǎn)重心西移，以及部分地區(qū)出現(xiàn)不同程度的“電荒”和“煤荒”，更加凸顯鐵路運(yùn)輸瓶頸。雖然國家“十二五”規(guī)劃綱要中強(qiáng)調(diào)加強(qiáng)能源輸送通道建設(shè)，但短期內(nèi)鐵路運(yùn)輸瓶頸仍將存在。在這樣的背景下，加上發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、節(jié)約社會成本的要求，研究鐵路省際煤炭調(diào)運(yùn)優(yōu)化具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

縱觀國內(nèi)已有的研究成果，有關(guān)煤炭運(yùn)輸格局和煤炭的資源流動方面的研究成果較多，而煤炭調(diào)運(yùn)優(yōu)化方面的研究比較鮮見。李智[3]運(yùn)用蟻群算法研究了一種帶容量限制和考慮損耗的煤炭運(yùn)輸優(yōu)化問題。王滿銀等[4]構(gòu)建了我國不完全產(chǎn)地和銷地的產(chǎn)銷平衡煤炭運(yùn)輸模型，并進(jìn)行了優(yōu)化分析。于麗穎等[5]構(gòu)建了煤炭調(diào)運(yùn)時煤種間不能相互代用和可以相互代用的數(shù)學(xué)模型，并驗(yàn)證了其可行性。張炎治[6]運(yùn)用產(chǎn)銷平衡模型，以全國煤炭鐵路運(yùn)輸成本最小為目標(biāo)，以省際煤炭調(diào)運(yùn)量為決策變量，優(yōu)化了鐵路調(diào)運(yùn)格局。

在此，研究以2010年全國鐵路地區(qū)間煤炭交流為數(shù)據(jù)，構(gòu)造了鐵路省際煤炭調(diào)運(yùn)的優(yōu)化模型，把凈調(diào)出和凈調(diào)入量大于1 000萬t的省份，以及黑龍江省作為供給地和需求地，并對此進(jìn)行了計算分析。

2 鐵路省際煤炭調(diào)運(yùn)格局

2.1 我國鐵路煤炭運(yùn)輸基本情況

煤炭是我國鐵路貨運(yùn)量比重最大的品類。從表1可以看出，煤炭在鐵路貨運(yùn)量中基本上占到40%以上，并呈穩(wěn)步增長的趨勢，2010年達(dá)到了55.1%。2001—2010年，我國煤炭產(chǎn)量經(jīng)歷了一個快速增長的過程，年產(chǎn)量從11.6億t增加到32.4億t，增長了20.8億t，平均年增長率為17.9%。相應(yīng)地，鐵路煤炭運(yùn)輸量也從7.7億t增加到20.0億t，增長了12.3億t，平均年增長率為16.2%?？梢钥闯?，鐵路煤炭運(yùn)輸量的增長率還落后于煤炭產(chǎn)量增長率。2001—2010年，鐵路煤炭產(chǎn)運(yùn)系數(shù)在58%～66%之間波動，近幾年呈降低的趨勢。說明國家還需加大鐵路建設(shè)，解決鐵路運(yùn)輸瓶頸問題。另外，鐵路煤炭運(yùn)輸平均運(yùn)距由2001年的595 km增加到2010年的642 km，從而增加了煤炭調(diào)運(yùn)的難度，在目前鐵路煤炭運(yùn)力還未釋放的情況下，使煤炭市場一分為二的現(xiàn)象更加突出。

2.2 鐵路省際煤炭調(diào)運(yùn)格局

煤炭的供應(yīng)格局決定了調(diào)運(yùn)格局。當(dāng)前，我國煤炭的供應(yīng)格局為：東部煤炭調(diào)入?yún)^(qū)帶供應(yīng)能力快速下降，逐漸退出生產(chǎn)領(lǐng)域，包括華東、京津冀、中南、東北規(guī)劃區(qū)；中部煤炭調(diào)出區(qū)帶能源基地不可動搖，內(nèi)蒙古自治區(qū)地位穩(wěn)中有升，特指晉陜蒙寧規(guī)劃區(qū)；西部煤炭自給區(qū)帶煤炭資源蘊(yùn)藏豐富，新疆維吾爾自治區(qū)后備能源基地浮現(xiàn)，包括西南和新甘青規(guī)劃區(qū)。研究以鐵路省際煤炭調(diào)運(yùn)的流向、流量和鐵路在省際煤炭調(diào)運(yùn)中的作用等方面，對我國東中西部地區(qū)逐一進(jìn)行分析。

2.2.1 東部煤炭調(diào)入?yún)^(qū)

（1）華東地區(qū)。華東地區(qū)包括上海、江蘇、浙江、安徽、福建、江西和山東七省市，該地區(qū)資源貧乏，除安徽省外均需要大規(guī)模的煤炭調(diào)入。上海、江蘇、浙江和福建四省市大量煤炭消費(fèi)主要來源于“三西”地區(qū)，距離因素導(dǎo)致這些省份的煤炭調(diào)運(yùn)方式主要依靠鐵水聯(lián)運(yùn)，2009年鐵路煤炭調(diào)入量占省際煤炭調(diào)入量的比重分別為0.01%、7.7%、5.6%和13.9%，可見鐵路對這些省市的能源供應(yīng)保障的直接貢獻(xiàn)較小。安徽、山東、江西三省的煤炭調(diào)出調(diào)入主要依靠鐵路，其中安徽省的煤炭主要流向江蘇、浙江和江西三省。

表1 2001—2010年我國鐵路煤炭運(yùn)輸量統(tǒng)計

（2）京津冀地區(qū)。京津冀地區(qū)經(jīng)濟(jì)總量大，煤炭消費(fèi)量高，同時該地區(qū)分布著煤炭吐量最大的北方四港——秦皇島港、京唐港、天津港和黃驊港，成為“三西”煤運(yùn)通道北通路外運(yùn)出海的必經(jīng)之路，因此鐵路煤炭運(yùn)輸不僅承擔(dān)該地區(qū)各省區(qū)的調(diào)運(yùn)任務(wù)，還肩負(fù)著大量煤炭鐵海中轉(zhuǎn)運(yùn)輸，是全國煤炭調(diào)入最密集的地區(qū)。2010年，京津冀鐵路煤炭調(diào)入量分別為1 560萬t、7 687萬t、44 530萬t，主要來源于晉陜蒙寧地區(qū)，少量從山東、河南、黑龍江三省補(bǔ)充。

（3）中南地區(qū)。中南地區(qū)包括河南、湖北、湖南、廣東、廣西和海南六省。河南省是我國主要產(chǎn)煤省，由于緊鄰山西和陜西兩大產(chǎn)煤省，河南省煤炭處于“大進(jìn)大出”的運(yùn)輸格局。2009年，河南省鐵路煤炭運(yùn)輸達(dá)到7 178萬t，占生產(chǎn)量的31.2%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足中部地區(qū)湖南和湖北省對煤炭的需求。湖北省煤炭資源稀缺，大量從山西省和河南省調(diào)入，鐵路煤炭調(diào)入量占省際煤炭調(diào)入量的77.0%。湖南省是產(chǎn)煤大省，煤炭從山西、河南、貴州流入，流向江西省及本省。廣東省的煤炭調(diào)入一部分依靠進(jìn)口，主要是鐵水聯(lián)運(yùn)的運(yùn)輸方式，2009年鐵路調(diào)入量占省際調(diào)入量的13.9%。廣西壯族自治區(qū)消費(fèi)的煤炭主要依靠貴州省調(diào)入，2009年以鐵路方式從貴州省調(diào)入1 945萬t，占總調(diào)入量的75.8%。海南省煤炭消費(fèi)有限，依靠鐵路調(diào)入的煤炭數(shù)量很少。

（4）東北地區(qū)。東北地區(qū)是我國老工業(yè)生產(chǎn)基地，近年來隨著遼寧省和吉林省經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要和煤炭資源的枯竭，缺口越來越大。該地區(qū)鐵路網(wǎng)絡(luò)密集，在煤炭調(diào)運(yùn)中發(fā)揮著重要作用。2010年黑龍江省鐵路煤炭調(diào)出6 995 萬t，煤炭盈余主要供應(yīng)遼寧和吉林兩省，同時也從內(nèi)蒙古自治區(qū)東部調(diào)入煤炭。遼寧省和吉林省的煤炭來源于內(nèi)蒙古自治區(qū)、黑龍江省和山西省。

2.2.2 中部煤炭輸出區(qū)

晉陜蒙寧地區(qū)是我國煤炭主產(chǎn)區(qū)，2009年煤炭的生產(chǎn)量占到全國產(chǎn)量的52.4%。相應(yīng)的，煤炭調(diào)運(yùn)規(guī)模也大，2009年鐵路煤炭調(diào)運(yùn)占全國鐵路煤炭調(diào)運(yùn)的57.2%。山西省境內(nèi)有晉北、晉中、晉 東三大煤炭生產(chǎn)基地，一直以來是我國煤炭的生產(chǎn)中心，其煤炭供應(yīng)涉及全國大部分省份。晉煤外運(yùn)通道建設(shè)一直是我國鐵路建設(shè)的重點(diǎn)，2009年山西省鐵路煤炭調(diào)出量占煤炭生產(chǎn)量的比重為92.7%，鐵路居于晉煤外運(yùn)的主導(dǎo)地位。近幾年，內(nèi)蒙古自治區(qū)煤炭生產(chǎn)增長迅猛，成為新興的煤炭生產(chǎn)基地，2009年生產(chǎn)量已超過山西省，成為我國第一大煤炭生產(chǎn)省份，但其服務(wù)半徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于山西省。鐵路在內(nèi)蒙古自治區(qū)煤炭外運(yùn)的作用也不及山西省，2009年鐵路煤炭調(diào)運(yùn)量僅占煤炭生產(chǎn)量的31.2%。與內(nèi)蒙古自治區(qū)情形相同的還有陜西省，陜西省的煤炭產(chǎn)量增長較快，但受到鐵路運(yùn)力的制約，2009年鐵路煤炭調(diào)運(yùn)量僅占生產(chǎn)量的15.0%。寧夏回族自治區(qū)由于煤炭產(chǎn)量遠(yuǎn)低于“三西”，其鐵路煤炭調(diào)運(yùn)量占煤炭生產(chǎn)量的比重較高，為54.3%。從圖1可以看出，2001—2009年晉陜蒙寧地區(qū)鐵路煤炭調(diào)出量一直是增加的趨勢，雖然內(nèi)蒙古自治區(qū)煤炭生產(chǎn)量幅度較大，但受制于鐵路運(yùn)力，鐵路煤炭調(diào)出量增幅不大，調(diào)出量不及山西省的一半。2001—2009年陜西省和寧夏回族自治區(qū)鐵路煤炭調(diào)出量處在一個穩(wěn)定并且略有增加的趨勢上。此外，“三西”煤炭外運(yùn)通道是我國鐵路煤炭運(yùn)輸?shù)淖钪饕ǖ?，所承?dān)的我國鐵路煤炭運(yùn)輸?shù)谋戎貧v年均在40%左右，已有大（大同）秦（秦皇島）、神（神木北）朔（神池南）黃（黃驊港）2條煤炭運(yùn)輸專線，在建的第三條煤炭運(yùn)輸專線將更方便于將寧東地區(qū)的煤炭外運(yùn)。

2.2.3 西部煤炭后備區(qū)

圖1 2001—2009年晉陜蒙寧地區(qū)鐵路煤炭調(diào)出量

（1）西南地區(qū)。西南地區(qū)包括重慶、四川、云南和貴州四省市，除貴州省外，其余三省市鐵路煤炭調(diào)入調(diào)出基本平衡，50%以上的鐵路煤炭調(diào)運(yùn)限于本省以內(nèi)。2010年，重慶、四川、云南三省市鐵路省內(nèi)調(diào)運(yùn)占鐵路省際調(diào)入量的56.4%、49.9%、67.7%，占鐵路調(diào)出量的61.7%、56.3%、67.3%。貴州省煤炭資源豐富，服務(wù)于湖南、廣東、廣西、重慶、四川和云南等省市。隨著南昆復(fù)線、西康復(fù)線的建設(shè)，鐵路運(yùn)輸能力可以適應(yīng)西南地區(qū)的煤炭北調(diào)和南運(yùn)的需要。

（2）新甘青地區(qū)。該地區(qū)煤炭基本上以區(qū)內(nèi)平衡為主，鐵路承擔(dān)了絕大部分的省際調(diào)出量。甘肅省煤炭調(diào)出量較大，煤炭主要流向山東省和河南省，而調(diào)入新疆維吾爾自治區(qū)、寧夏回族自治區(qū)的煤炭。青海省調(diào)入甘肅、寧夏回族自治區(qū)的煤炭。新疆維吾爾自治區(qū)煤炭資源豐富，是未來開發(fā)的重點(diǎn)，由于受制于運(yùn)輸距離和鐵路運(yùn)力，新疆維吾爾自治區(qū)煤炭外運(yùn)集中于河西走廊。2010年，新疆維吾爾自治區(qū)煤炭鐵路調(diào)運(yùn)的71.5%流入甘肅省。

3 鐵路省際煤炭調(diào)運(yùn)優(yōu)化

3.1 優(yōu)化假設(shè)

（1）僅將鐵路煤炭凈調(diào)出量和凈調(diào)入量大于1 000萬t的省市（雖然黑龍江省鐵路煤炭凈調(diào)出量略低于1 000萬t，但絕對調(diào)出量非常大，暫且將其作為供給地）分別作為供給地和需求地。

（2）2個省份之間的距離用省會城市間的鐵路最短距離近似代替。

（3）任何2個省份之間都由鐵路連通，并且運(yùn)力無限制。

（4）不考慮各省份對煤種需求的差異。

3.2 優(yōu)化模型

煤炭調(diào)運(yùn)優(yōu)化模型如下：

式中：目標(biāo)函數(shù)z為煤炭運(yùn)輸總成本最小；cij為煤炭供給地i到需求地j的運(yùn)輸單價；xij為決策變量，表示煤炭供給地i到需求地j的運(yùn)輸量；aij表示某煤炭供給地i運(yùn)往所有需求地j的煤炭總量；bij表示某煤炭需求地j從所有煤炭供給地i調(diào)入的煤炭總量；m和n分別表示煤炭供給地和需求地的個數(shù)。

3.3 數(shù)據(jù)來源及求解

研究所需的數(shù)據(jù)來源于《2010年全國鐵路統(tǒng)計資料匯編》，把凈調(diào)出和凈調(diào)入量大于1 000萬t的省份及黑龍江省作為供給地和需求地，2010年鐵路行政區(qū)域間煤炭交流統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表2所示。

根據(jù)《鐵路貨物運(yùn)價規(guī)則》計算鐵路煤炭運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)價費(fèi)用，其公式為：鐵路煤炭運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)價=發(fā)到基價+（運(yùn)行基價+電氣化附加費(fèi)+鐵路建設(shè)基金+新路新價均攤運(yùn)費(fèi)）×里程。由于新建鐵路所占的比例較小，因此忽略新路新價均攤運(yùn)費(fèi)，把鐵路煤炭運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)價的公式定義為：鐵路煤炭運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)價=發(fā)到基價+（運(yùn)行基價+電氣化附加費(fèi)+鐵路建設(shè)基金）×里程。2009年12月13日開始執(zhí)行新的鐵路貨物運(yùn)價率，整車運(yùn)輸方式中，鐵路煤炭運(yùn)輸?shù)陌l(fā)到基價為10.50元/t，運(yùn)行基價為0.053 7元/（t·km），電氣化附加費(fèi)為0.012元/（t·km），鐵路建設(shè)基金為0.033元/（t·km）。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，計算得到各產(chǎn)地到需求地的運(yùn)價，如表3所示。

研究采用的優(yōu)化模型屬于運(yùn)籌學(xué)中典型的產(chǎn)銷平衡運(yùn)輸問題，采用軟件LINDO6.1進(jìn)行求解，得到鐵路省際煤炭調(diào)配的優(yōu)化方案如表4所示。

3.4 結(jié)果分析

3.4.1 鐵路省際煤炭調(diào)運(yùn)成本和距離的優(yōu)化分析

對鐵路省際煤炭調(diào)運(yùn)成本和距離進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)果表明，2010年鐵路省際煤炭調(diào)運(yùn)成本為571.4億元，比優(yōu)化前的653.6億元節(jié)省了82.2億元；運(yùn)輸平均距離為577.0 km，比優(yōu)化前的675.3 km縮短了98.3 km。

3.4.2 鐵路省際煤炭調(diào)運(yùn)格局的優(yōu)化分析

（1）京津冀地區(qū)的煤炭來源。煤炭調(diào)運(yùn)格局優(yōu)化之前，京津冀地區(qū)的煤炭大部分來源于山西地區(qū)，不足的由內(nèi)蒙古自治區(qū)和寧夏回族自治區(qū)補(bǔ)充；優(yōu)化之后，北京和天津的煤炭調(diào)入依靠內(nèi)蒙古自治區(qū)供給，而河北省的煤炭全部來自于山西省。

表2 2010年鐵路行政區(qū)域間煤炭交流統(tǒng)計 萬 t

表3 各供給地到需求地的單位運(yùn)價 元 / t

（2）東北地區(qū)的煤炭來源。煤炭調(diào)運(yùn)格局優(yōu)化之前，遼寧省和吉林省的煤炭主要來源于內(nèi)蒙古自治區(qū)，其余的從黑龍江省和山西省調(diào)運(yùn)；優(yōu)化之后，東北地區(qū)鐵路省際煤炭調(diào)運(yùn)的流向未變，流量重新分配。遼寧省從內(nèi)蒙古自治區(qū)調(diào)運(yùn)，吉林省從黑龍江省調(diào)運(yùn)，不足部分由內(nèi)蒙古自治區(qū)補(bǔ)充。

（3）晉陜寧貴地區(qū)的煤炭流向。山西省的煤炭流向河北、江蘇和山東三省，陜西省的煤炭服務(wù)于江西和湖北兩省，寧夏回族自治區(qū)的煤炭供應(yīng)山東和湖北兩省，貴州省的煤炭集中流向廣西和湖南兩省，相比于優(yōu)化之前，晉陜寧貴地區(qū)的服務(wù)省份減少，呈集中供應(yīng)的趨勢。

表4 鐵路省際煤炭調(diào)配的優(yōu)化方案 萬 t

（4）江浙地區(qū)的煤炭來源。煤炭調(diào)運(yùn)格局優(yōu)化之前，江浙地區(qū)的煤炭來源地較為分散；優(yōu)化之后，江蘇省的煤炭來源于山西省和安徽省，浙江省的煤炭來源于安徽省。相對而言，江蘇和浙江兩省更加依靠于安徽省，鐵路煤炭調(diào)入量分別增加了1 188萬t和317萬t。

4 結(jié)束語

在對我國鐵路省際煤炭調(diào)運(yùn)格局進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了鐵路省際煤炭調(diào)運(yùn)的優(yōu)化模型，并做了優(yōu)化分析。研究結(jié)果表明：2001—2010年我國鐵路煤炭運(yùn)輸量增長率低于煤炭生產(chǎn)增長率，鐵路運(yùn)輸在各省煤炭調(diào)運(yùn)中發(fā)揮著不同作用；優(yōu)化后的鐵路省際煤炭調(diào)運(yùn)成本比優(yōu)化前節(jié)約了82.2億元，平均運(yùn)輸距離縮短了98.3 km，各供給地和需求地的鐵路煤炭流向和流量重新進(jìn)行了分配。

需要指出的是，研究對象僅為凈調(diào)入量和凈調(diào)出量大于1 000萬t的省份及黑龍江省，未考慮全國具有鐵路調(diào)運(yùn)關(guān)系的31個省市，存在一定的局限性。此外，也未考慮各省份對煤種需求的差異，例如浙江省從安徽省調(diào)入焦煤用于鋼鐵產(chǎn)業(yè)，而安徽省從河南省調(diào)入動力煤用于發(fā)電，由于在理論上本省生產(chǎn)的煤炭優(yōu)先供應(yīng)本省，這時運(yùn)輸成本就成為次要的目標(biāo)了。下一步的研究方向是綜合考慮進(jìn)口、煤種和鐵路直達(dá)及鐵水聯(lián)運(yùn)的合理運(yùn)輸半徑對全國省際煤炭調(diào)運(yùn)的影響。

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1003-1421(2012)02-0014-06

F532.1

B

2011-12-12

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(71173218)；國家軟科學(xué)研究計劃項(xiàng)目(2010GXQ5D331)；中國博士后基金(2011M500976)

金 穎