方奕

（中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司科學(xué)技術(shù)信息研究所，北京100081）

1 背景

近年來，德國政府著力推動能源轉(zhuǎn)型國家戰(zhàn)略，其中交通行業(yè)作為能耗大戶是需重點關(guān)注的領(lǐng)域，交通帶來的能源消耗、環(huán)境污染和擁堵等問題必須切實得到解決。交通轉(zhuǎn)型是實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵一環(huán)。在交通轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略中，德國政府確定了運輸向鐵路轉(zhuǎn)移，實現(xiàn)鐵路系統(tǒng)能源轉(zhuǎn)型的實施路徑，并部署了一系列政策措施，鐵路作為環(huán)保的交通方式成為需重點扶持的產(chǎn)業(yè)，被寄予高度期望。

1.1 能源轉(zhuǎn)型

早在2000年，德國政府將能源轉(zhuǎn)型作為其能源政策的指導(dǎo)方針，能源轉(zhuǎn)型旨在將傳統(tǒng)的以石化能源和核能為基礎(chǔ)的能源供應(yīng)體系轉(zhuǎn)向以可再生能源為基礎(chǔ)的能源體系，最終達到節(jié)能減排。為實現(xiàn)這一愿景，德國政府在出臺的系列文件中規(guī)定了2020、2030、2040、直到2050年時在諸多能源領(lǐng)域要實現(xiàn)的量化指標(biāo)。德國推進能源轉(zhuǎn)型的目的不僅是為了確保能源供應(yīng)的安全、可持續(xù)，以及保護環(huán)境，還試圖引領(lǐng)以能效和可再生能源開發(fā)為主的新一輪技術(shù)競爭，從而助推德國經(jīng)濟，確保德國核心競爭力的提升。2016年德國實現(xiàn)了可再生能源領(lǐng)域共計120億歐元產(chǎn)品的出口，并與眾多國家建立了能源合作關(guān)系，借助能源轉(zhuǎn)型平臺提升政治和經(jīng)濟地位，能源轉(zhuǎn)型的德語“Energiewende”已被收入英語詞匯，其影響力可見一斑［1］。

1.2 交通轉(zhuǎn)型

交通領(lǐng)域作為國民經(jīng)濟中的能耗大戶，在能源轉(zhuǎn)型過程中扮演非常重要的角色。2017年德國交通行業(yè)能耗占全社會的30%，CO2排放占全社會總排放的20%。根據(jù)聯(lián)邦德國交通路網(wǎng)規(guī)劃預(yù)測，2030年全社會貨運周轉(zhuǎn)量比2010年增長38%，旅客周轉(zhuǎn)量同期增長13%［2］。在交通周轉(zhuǎn)量仍持續(xù)增長的背景下，德國政府、學(xué)術(shù)界一致認為，實現(xiàn)交通轉(zhuǎn)型，即交通領(lǐng)域的能源轉(zhuǎn)型是能源轉(zhuǎn)型國家戰(zhàn)略取得成功的必要前提。

1.3 目標(biāo)

2010年聯(lián)邦政府在能源方案中制定的交通領(lǐng)域氣候保護目標(biāo)為：到2020年和2050年能耗分別比2005年降低10%和40%；2020年和2050年溫室氣體排放分別比1990年減少40%和80%。為達到2015年巴黎氣候變化大會上的減排目標(biāo)，2016年11月聯(lián)邦政府結(jié)合實際情況制定了2050氣候保護綱要，調(diào)整了所設(shè)定的減排目標(biāo)：交通領(lǐng)域2030年溫室氣體排放比1990年降低42%，2050年交通領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)CO2零排放［3］。

2 交通轉(zhuǎn)型背景下的鐵路發(fā)展策略

為減少因交通產(chǎn)生的環(huán)境危害，尤其要減少CO2的排放量并實現(xiàn)交通轉(zhuǎn)型，聯(lián)邦德國交通和數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施部2013年首次頒布《交通和燃料戰(zhàn)略》，決定從2個途徑入手：一是交通方式的轉(zhuǎn)變，即將客貨運輸轉(zhuǎn)移至環(huán)保的交通方式，客運方面提倡短途使用自行車、中途使用包括鐵路在內(nèi)的公共交通方式、長途使用高速鐵路；貨運方面提倡長距離運輸使用水路和鐵路運輸［4］；二是加快實現(xiàn)交通系統(tǒng)的能源轉(zhuǎn)型，將交通領(lǐng)域的供能來源改為可再生能源，即用綠色電能或由綠色電能生產(chǎn)的電子燃料和生物燃料來代替汽油、柴油燃料［5］。

2.1 提高鐵路運量

2016年德國鐵路旅客周轉(zhuǎn)量和貨物周轉(zhuǎn)量的市場份額分別為7.7%和18%，但在交通行業(yè)中能耗占比僅為2%，CO2排放占比為3%。由此可見，要實現(xiàn)政府的氣候保護目標(biāo)，必須將運輸骨干力量轉(zhuǎn)移至鐵路［6］。

2.1.1 加大鐵路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)支持力度

路網(wǎng)規(guī)劃方面，德國政府加大了對鐵路網(wǎng)建設(shè)投資的力度，著重擴大主干道運輸能力和消除交通瓶頸，提高運輸網(wǎng)絡(luò)的整體效率，并針對鐵路貨運線路能力不足的現(xiàn)狀提出解決方案。聯(lián)邦交通路網(wǎng)規(guī)劃（BVWP 2030）從提升綜合運輸效率、降低對環(huán)境的影響出發(fā)，將超過一半的建設(shè)投資分配給了鐵路和水路2種環(huán)保的運輸方式，其中鐵路建設(shè)資金1 123億歐元，占總資金的41.6%［2］。規(guī)劃指出，未來將加快建設(shè)和改造適用于740 m長貨車運行的基礎(chǔ)設(shè)施，同時研發(fā)開行1 000 m長貨運列車的解決方案；加快鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的立項審批流程，推進鐵路路網(wǎng)的電氣化改造工程；加快推進超大型樞紐擴建工程，重點推進萊爾特超級轉(zhuǎn)運中心、杜伊斯堡-魯爾地區(qū)港口的萊茵魯爾聯(lián)合運輸樞紐建設(shè)。

政策支持方面，根據(jù)德國政府頒布的《對多式聯(lián)運轉(zhuǎn)運設(shè)備的資助條例》，多式聯(lián)運轉(zhuǎn)運設(shè)備的建造和擴建將得到德國政府高達85%的資助。2017年德國政府共發(fā)放了1 400萬歐元的此類補貼。

2.1.2 提高鐵路客運吸引力

目前德國絕大多數(shù)出行意愿由私家車完成，將個人汽車、德國國內(nèi)航班乃至歐洲境內(nèi)航班的出行需求轉(zhuǎn)移至鐵路，是達到交通轉(zhuǎn)型目標(biāo)的必經(jīng)之路。除了降低車票價格之外，向鐵路轉(zhuǎn)移的主要舉措為利用數(shù)字化、自動化技術(shù)提升鐵路運營效率和產(chǎn)品質(zhì)量，提升旅客體驗，提高鐵路的競爭力和吸引力。

客運產(chǎn)品方面，德國鐵路致力于為乘客提供長短途無縫銜接、門到門的一體化運輸方案來提高客運產(chǎn)品及服務(wù)質(zhì)量。聯(lián)邦交通和數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施部（BMVI）于2018年提出“德國節(jié)拍”戰(zhàn)略［5］，將鐵路長途和短途交通更加緊密地銜接起來，所有列車包括短途、市郊列車都在固定時間點發(fā)車，長途列車按0.5 h或1 h開行，短途列車按1 h或2 h節(jié)拍運行，由此達到縮短旅行時間、長短途無縫可靠換乘、增加線路運輸能力的目標(biāo)。德國鐵路股份公司（DB AG）一方面努力擴大經(jīng)營范圍，為乘客提供包括共享單車、共享電動車、汽車租賃等方式在內(nèi)的一體化出行產(chǎn)品，另一方面加強與城市交通、機場的合作，為乘客提供聯(lián)程聯(lián)運產(chǎn)品。

客運服務(wù)方面，德國鐵路致力于提供實時、準(zhǔn)確、跨交通方式的旅客信息和一站式票務(wù)服務(wù)。旅客信息方面，DB AG近年來一直致力于為乘客提供旅程陪伴服務(wù)，監(jiān)控運輸服務(wù)過程中的動態(tài)變化，采集路網(wǎng)公司調(diào)度系統(tǒng)內(nèi)的信息，實時為乘客提供晚點、延誤、列車編組等信息，晚點情況下能提出旅程替代方案［7］。一站式票務(wù)方面，DB AG的目標(biāo)是：旅客只需1次點擊，即可訂購歐洲不同運營商所提供的各類運輸產(chǎn)品與餐飲、旅游等增值服務(wù)的產(chǎn)品組合，且無需比價自動以最優(yōu)價格付款。近期，DB AG推出的手機應(yīng)用DB Navigator已將約一半的城市交通票務(wù)吸納進來，實現(xiàn)了城市公共交通從單程票到年票所有票種的數(shù)字化。

政策支持方面，政府計劃通過減稅措施降低長途客運票價。德國鐵路是歐洲唯一1家要全額承擔(dān)稅費的鐵路企業(yè)。在此背景下，德國政府從2020年起將鐵路長途客運的增值稅率降低至7%，由此德國鐵路長途客運票價將總體降低10%。此外，德國政府將在2021年開始征收10€/t的CO2排放稅，2025年這一稅費將升至35€/t，2026年后稅費將升至35～60€/t，這一舉措將使汽油和柴油價格上漲，以此支持鐵路發(fā)展［5］。

2.1.3 提高鐵路貨運競爭力

以貨物周轉(zhuǎn)量噸公里計算，鐵路貨運的溫室氣體排放量僅約為卡車的1/4，將貨運量轉(zhuǎn)移至鐵路是實現(xiàn)交通及能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。近年來，德國鐵路貨運由于成本上升較快、盈利性不斷下降，在與公路運輸?shù)母偁幹刑幱谌鮿荩瑢?dǎo)致鐵路貨運量不斷小幅下降。盡管聯(lián)邦政府提出300 km以上的貨運轉(zhuǎn)移至鐵路和水路的目標(biāo)，但德國鐵路在貨運市場的份額長時間停滯在18%，鐵路貨運的盈利性也持續(xù)惡化。針對上述狀況，政府制定了一系列政策，鐵路公司也采取了多種措施提高鐵路貨運的競爭力。

貨運產(chǎn)品方面，一是實現(xiàn)與整個物流系統(tǒng)緊密結(jié)合的固定運行圖，為客戶提供包括“最后一英里”在內(nèi)的完整點到點全程貨運產(chǎn)品，開發(fā)用于鐵路貨運兩端接駁運輸?shù)碾妱悠嚱鉀Q方案；二是提高整車運輸?shù)男?。整車運輸存在效率低、耗時長、成本高的問題，需進一步縮短運輸時間和降低運輸成本；三是大力發(fā)展多式聯(lián)運，優(yōu)化集裝箱轉(zhuǎn)運系統(tǒng)，簡化綜合運輸?shù)淖鳂I(yè)環(huán)節(jié)和流程等。

貨運服務(wù)方面，通過應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)改善貨運服務(wù)質(zhì)量，一是推出線上預(yù)訂系統(tǒng)，引入運能管理系統(tǒng)，方便客戶實時掌握運能信息并實現(xiàn)快速預(yù)訂；二是完善不同貨運公司間的信息交換系統(tǒng)，對于晚點超過30 min的列車，可提供準(zhǔn)確的預(yù)計到達時間；三是推出貨物實時追蹤服務(wù)，向客戶實時提供集裝箱內(nèi)溫度、濕度、氣壓、位置等關(guān)鍵信息。

政策支持方面，政府一方面于2018年起降低了鐵路貨運的線路及設(shè)施使用費，減輕鐵路公司的負擔(dān)；另一方面鼓勵鐵路貨運進行技術(shù)創(chuàng)新，通過推進貨車自動化編組、自動駕駛技術(shù)的研發(fā)、開發(fā)新一代貨車等提高鐵路貨運的作業(yè)效率和降低成本。

2.2 實現(xiàn)鐵路系統(tǒng)的能源轉(zhuǎn)型

盡管鐵路已經(jīng)是一種環(huán)保的交通方式，但在能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的推動下，其他交通方式均努力采取各種措施降低能耗和溫室氣體的排放，鐵路也應(yīng)繼續(xù)挖掘在節(jié)能減排方面的潛力，繼續(xù)保持環(huán)保優(yōu)勢。主要實現(xiàn)途徑為：一是對于非電氣化鐵路開發(fā)替代驅(qū)動技術(shù)；二是對電氣化鐵路，大力提高綠色電力在牽引電能中的占比；三是提高鐵路運行的能耗效率。

2.2.1 推進替代驅(qū)動技術(shù)研發(fā)

德國鐵路長途客運線路已實現(xiàn)100%電氣化，而許多短途交通路段和貨運鐵路卻依然使用內(nèi)燃機車。近年來，德國政府通過國家創(chuàng)新計劃（NIP）對機車車輛的替代驅(qū)動技術(shù)的研發(fā)、試驗進行了資助，研發(fā)重點主要包括：

（1）電池動力系統(tǒng)。2016年起，BMVI設(shè)立了“電力驅(qū)動技術(shù)”“電池驅(qū)動的電動車組”等研究項目，促進對安裝有電池的混合動力機車及動車組的研發(fā)。研究對象是裝配有高效的鋰電池的機車車輛，可同時在電氣化及非電氣化線路上運行，項目除了要完成混合動力機車車輛的研發(fā)、認證，并投入客貨運輸以外，還需證明電池驅(qū)動的總體經(jīng)濟性。目前，龐巴迪、Stadler等公司在德國政府的資助下已完成了原型車的制造并于2019年開始進行試驗。

（2）氫燃料電池驅(qū)動列車。BMVI與國家氫能和燃料電池技術(shù)組織于2015年啟動了“鐵路氫能基礎(chǔ)設(shè)施”的相關(guān)科學(xué)研究。2016年7月發(fā)布的研究結(jié)果表明，氫燃料電池列車的效率高，維護成本低，相比現(xiàn)在的柴油列車可節(jié)約25%的成本，氫能和燃料電池的電動技術(shù)特別適合替代內(nèi)燃機車。用于“鐵路短途客運”領(lǐng)域的燃料電池與蓄電池混合動力車已有具體應(yīng)用案例或項目研究，例如CoradiaiLint（阿爾斯通）、Mireo Plus H-燃料電池-蓄電池混合系統(tǒng)（西門子交通有限公司）、Wink零排放-新型的短途短編組列車（Stadler鐵路集團）。

2.2.2 提高綠色電力在牽引供電中的占比

綠色電力是指利用特定的發(fā)電設(shè)備，如風(fēng)機、太陽能光伏電池等，將風(fēng)能、太陽能等可再生的能源轉(zhuǎn)化成電能，只有采用綠色電能才能真正實現(xiàn)CO2零排放。為此，在能源轉(zhuǎn)型的國家戰(zhàn)略指引下，DB AG在2011年宣布，到2020年可再生能源在牽引電能來源中的比例要提至35%，2050年提至100%，即實現(xiàn)100%CO2零排放的鐵路運輸。2018年DB AG綠色電力在總電力中的占比從上一年度的44%增至57%，已提前達到此前設(shè)定的目標(biāo)。DB AG計劃到2030年將牽引電力中綠色電能的占比提高到80%。大規(guī)模應(yīng)用可再生能源產(chǎn)生了大幅度減排的積極效果。2018年CO2排放量比2006年減少33.2%，提前達到了2020年減少30%的目標(biāo)［7］（見表1）。

表1 DB AG環(huán)保指標(biāo)完成情況%

作為德國最大的綠色能源消費者，DB AG一方面與水力發(fā)電廠、風(fēng)場簽訂電力采購協(xié)議，保證綠色電力的供應(yīng)；另一方面為客戶提供100%無CO2的綠色運輸產(chǎn)品，既增加了鐵路作為環(huán)保交通方式的吸引力，又快速提高了綠色電力占比。該公司從2009年起嘗試推出綠色運輸產(chǎn)品，實現(xiàn)途徑見圖1。2013年4月起，凡持有BanhCard的旅客和經(jīng)過注冊的公司客戶在乘坐ICE或者IC長途客運列車時，DB AG將全部采用可再生能源制造的電能。無Bahncard的一般乘客在購買車票時，可選擇加1€購買“環(huán)?！碑a(chǎn)品，這樣也能實現(xiàn)零排放［8］。

2018年DB AG綠色電力占比大幅提高主要歸功于長途鐵路客運，使用100%綠色電力運行的長途客運列車?yán)塾嫲l(fā)送旅客的人數(shù)已超過1.4億。從2019年起，DB短途客運公司和DB貨運公司將加大使用綠色電力的力度，德國最大的15個火車站也將使用可再生能源供電［7］。

圖1 DB AG綠色鐵路運輸產(chǎn)品的實現(xiàn)途徑

2.2.3 提高能源利用效率

技術(shù)層面，德國政府著力推進生態(tài)列車、貨車改造等項目的研發(fā)。生態(tài)列車是指通過安裝模塊化設(shè)備，讓列車在啟動和制動過程中，能將柴油驅(qū)動產(chǎn)生的多余能量儲存在蓄電池中，配合駕駛輔助系統(tǒng)及能源系統(tǒng)的應(yīng)用，從而優(yōu)化存儲能量的利用效率。上述模塊系統(tǒng)現(xiàn)已安裝在一列VT 642型短途運輸列車上，正在進行驗證試驗，預(yù)計2021年將率先小批量安裝在薩克森州埃爾茨山脈列車中的12列車上。此外，BMVI還鼓勵鐵路公司在使用年限較長的貨車上安裝新型制動系統(tǒng)、自動化車鉤以及制動能反饋系統(tǒng)，以此達到節(jié)能減排的目標(biāo)。

政策方面，2018年1月德國政府公布了高能效技術(shù)資助計劃，目的在于進一步降低鐵路運輸成本，提高能源效率。只要鐵路運輸公司的能源效率同比增長1.75%，政府即給予該公司高達50%的高能效措施補貼，補貼對象包括購置混合動力機車和現(xiàn)代化節(jié)能型機車車輛，或是采取能夠提高公司能源效率的自動化解決方案。

3 經(jīng)驗及啟示

交通轉(zhuǎn)型是一個涉及技術(shù)、政治、經(jīng)濟、社會各方面的系統(tǒng)工程，是持續(xù)的結(jié)構(gòu)變遷過程。德國政府為實現(xiàn)交通轉(zhuǎn)型設(shè)定了雄心勃勃的目標(biāo)，并設(shè)計了可行的實施路徑及周密的政策措施。在鐵路系統(tǒng)的能源轉(zhuǎn)型方面德國已取得初步成果，在運輸向鐵路轉(zhuǎn)移方面，政策的有效性還有待進一步觀察。系統(tǒng)研究德國在交通轉(zhuǎn)型背景下的鐵路發(fā)展戰(zhàn)略，有利于我國鐵路在促進鐵路綠色發(fā)展、提高客貨運輸?shù)母偁幜拔Φ确矫婕橙〉聡南冗M經(jīng)驗，為我國鐵路的可持續(xù)發(fā)展提供參考和建議。

（1）確立優(yōu)先發(fā)展鐵路的戰(zhàn)略定位。從可持續(xù)發(fā)展角度看，鐵路運輸是一種環(huán)保的交通方式，根據(jù)德國鐵路行業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計，鐵路長途客運平均每人公里的能耗分別是小汽車和飛機的1/6和1/10；鐵路貨運平均每噸公里的能耗是重載卡車的1/5，是水運的3/4［6］。在能源供應(yīng)緊張、減排任務(wù)較重、氣候保護越來越受重視的背景下，德國制定了支持鐵路優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略規(guī)劃，致力于將長距離貨運、中短距離客運轉(zhuǎn)移至鐵路上來，由此達到擺脫對小汽車及石油資源依賴的目標(biāo)［7］。近年來我國對鐵路等環(huán)境友好型交通運輸方式的政策支持力度不足，鐵路客貨運輸面臨著來自航空和公路的激烈競爭，尤其是鐵路貨運市場份額呈下降趨勢，需統(tǒng)籌考慮各種交通方式的外部效應(yīng)，確立優(yōu)先發(fā)展鐵路的戰(zhàn)略；制定其他配套優(yōu)惠政策保障運量大、特別是大宗貨物長距離運輸向鐵路及水運等環(huán)境友好的運輸方式轉(zhuǎn)移，支持鐵路發(fā)揮更大的作用，促進綜合交通體系的合理分工［9］。

（2）著力提高鐵路客貨運輸產(chǎn)品的競爭力和吸引力。提高鐵路客貨運輸產(chǎn)品的競爭力和吸引力是實現(xiàn)運輸向鐵路轉(zhuǎn)移的主要途徑。德國鐵路在客運領(lǐng)域致力于通過提供長短途無縫銜接、門到門的一體化運輸方案以及實時、準(zhǔn)確、跨交通方式的旅客信息來優(yōu)化乘車體驗；貨運領(lǐng)域則主要采取提供包括“最后一英里”在內(nèi)的完整的點到點全程貨運產(chǎn)品、大力發(fā)展多式聯(lián)運、應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)改善貨運服務(wù)質(zhì)量等措施來提高貨運產(chǎn)品的競爭力來提升服務(wù)品質(zhì)。我國鐵路由于運輸產(chǎn)品單一，存在與其他運輸方式銜接融合不緊密、多式聯(lián)運發(fā)展滯后、服務(wù)質(zhì)量尚需進一步提高等問題，在越來越激烈的市場競爭中處于被動地位，近年來尤其是鐵路貨運遭受了較為嚴(yán)重沖擊。需堅持公共交通優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略，不斷深化運輸供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，加強低碳出行行為引導(dǎo)，促進各種運輸方式的協(xié)調(diào)融合；系統(tǒng)提升鐵路運輸?shù)男畔⒒?，提高整體運營效率和服務(wù)質(zhì)量，增加客貨產(chǎn)品的有效供給［10］；加快推進多式聯(lián)運的發(fā)展，促進各種運輸方式之間的信息共享，不斷鞏固和擴大鐵路運輸市場份額。

（3）加強綠色技術(shù)的研發(fā)。鐵路是最清潔的運輸方式，但僅僅把運輸轉(zhuǎn)向鐵路還不夠，還應(yīng)針對非電氣化線路研究應(yīng)用新的技術(shù)解決方案，并進一步提高能源利用效率、擴大綠色電力在牽引供電中的占比。德國鐵路在此方面已經(jīng)取得了顯著成果：用于非電氣化線路的替代驅(qū)動技術(shù)已有具體的應(yīng)用案例；2018年DB AG綠色電力在總電力中的占比提高至57%，已提前達到預(yù)設(shè)目標(biāo)，距離2030年綠色電力占比為80%的目標(biāo)已經(jīng)不遠；德國鐵路一直積極擴大生態(tài)列車、駕駛輔助系統(tǒng)、制動能反饋系統(tǒng)等節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用范圍，并致力于高能效技術(shù)的研發(fā)。近年來，我國鐵路單位運輸工作量綜合能耗有所降低，污染物排放有所減少，但與德國相比，在替代驅(qū)動技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用、綠色電力的應(yīng)用以及能效提高方面還存在一定差距，未來應(yīng)加強鐵路節(jié)能環(huán)保技術(shù)的研發(fā)力度，加大綠色電力、新能源、清潔能源在鐵路客貨運輸領(lǐng)域的應(yīng)用［11］，不斷降低運行能耗，持續(xù)提升鐵路綠色環(huán)保水平。