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何吉成, 徐雨晴, 张春英. 广梅汕铁路电气化改造的生态足迹分析[J]. 生态科学， 2010. 29(5)：483-486
HE Ji-cheng, XU Yu-qing, ZHANG Chun-ying. The ecological footprint analysis of railway electrification reconstruction for
Guangzhou-Meizhou-Shantou railway [J]. Ecological Science, 2010. 29(5)：483-486
广梅汕铁路电气化改造的生态足迹分析
何吉成1,2, 徐雨晴3, 张春英4
1 中国铁道科学研究院节能环保劳卫研究所， 北京 100081
2 交通运输部规划研究院环境资源所，北京 100028
3 中国气象局国家气候中心，北京 100081
4 中铁电气化勘测设计研究院有限公司，天津 300250
【摘要】根据我国机车能耗统计资料、电力年度统计数据，从生态足迹角度定量地分析了广梅汕铁路电气化改造前后机车牵引
能耗、CO2排放量和能耗生态足迹。广梅汕铁路电气化改造前，采用内燃机车牵引客货列车，每年需要直接耗用柴油 1.74×10
4 t，
每年向大气排放 5.50 ×104 t CO2，其总生态足迹为 1.27×10
4 hm2森林，平均生态足迹为每万吨公里 0.018 hm2森林。电气化改造
后，每年需耗电 1.05×108 kw·h，间接导致火电厂每年排放 8.45×104 t CO2，间接导致的火电总生态足迹为 1.96×10
4 hm2森林，间
接导致的水电总生态足迹为 36.37 hm2可耕地，平均间接生态足迹为每万吨公里 0.021 hm2森林和 3.91×10-5 hm2可耕地。
关键词：广梅汕铁路；电气化改造；生态足迹
doi:10.3969/j.issn. 1008-8873.2010.05.015 中图分类号：K902, F205 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2010)05-483-04
The ecological footprint analysis of railway electrification reconstruction for
Guangzhou-Meizhou-Shantou railway
HE Ji-cheng1,2, XU Yu-qing3, ZHANG Chun-ying4
1 Energy Saving, Environmental Protection & Occupational Safety and Health Research Institute, China Academy of Railway Sciences,
Beijing 100081, China
2 Division of Environment and Resources Research, Transport Planning and Research Institute, Ministry of Transport, Beijing 100028,
China
3 National Climate Center, China Meteorological Administration, Beijing 100081, China
4 China Railway Electrification Survey Design & Research Institute CO., Ltd., Tianjin 300250, China
Abstract: Based on the locomotive energy consumption data and state power statistic reports, we quantitatively analyzed the locomotive
energy consumption, CO2 emission and its ecological footprint before and after electrification reconstruction of the
Guangzhou-Meizhou-Shantou railway. Before the electrification reconstruction, the diesel locomotive tractions would annually consume
17.4 kiloton diesel oil and produce 55.0 kiloton CO2 emission, the total ecological footprint of diesel oil consumed were 12.7 kilo-hectare
forest, and the averaged ecological footprint were 0.018 hectare forest per 10 kiloton-km. After the electrification reconstruction, the
electric locomotive tractions would annually consume 1.05×108 kw·h power and indirectly produce 84.5 kiloton CO2 emission in thermal
power plants, the total indirectly induced ecological footprint were 19.6 kilo-hectare forest for thermal power, 36.37 hectare arable land
for hydropower, and the averaged ecological footprint were 0.021 hectare forest and 3.91×10-5 hectare arable land per 10 kiloton-km.
Keywords: Guangzhou-Meizhou-Shantou railway; electrification reconstruction; ecological footprint


收稿日期：2009-12-21 收稿，2010-10-20 接受
基金项目：广梅汕铁路电气化改造工程环境影响评价项目（2009JZB067HB09）资助。
作者简介：何吉成，男（1976—），地理学博士，生态学博士后，副研究员，从事生态学研究和交通环保工作。E-mail: jichenghe@gmail.com
第 29 卷 第 5 期 生 态 科 学 29(5): 483-486
2010 年 10 月 Ecological Science Oct. 2010

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1 引言 (Introd uction)

交通运输业是能源消耗型行业，随着我国客货运
输量的逐年增长，交通运输业的能耗逐年上升。为提
高能源利用效率和降低能耗，铁路运输部门不断提高
内燃和电力机车牵引比重，1980 年，我国蒸汽、内
燃和电力机车承担的牵引任务比重分别为 79.9%、
18%和2.1%，到了2001年，比重分别变为0.4%、65.1%
和 34.5%[1]。同时，由于大功率内燃、电力机车的使
用，以及内燃、电力机车在运用中采取各种节能技术
措施，使机车单位能耗也不断下降[2]。目前我国机车
单位能耗已经处于世界先进水平，我国铁路能耗在国
家交通运输总能耗中仅占 18%左右，但完成的换算周
转量却达到 50%以上[3]。电气化铁路具有功率大、能
耗低、污染小等优点，它不占用我国紧缺的石油资源，
对改善我国交通运输业的能源消费结构起到积极的
推动作用，因此建设电气化铁路已经成为我国铁路的
主要发展方向[4]。对既有线进行电气化改造，是今后
一段时期内我国铁路建设的主要任务之一。从牵引机
车的能源消耗上看，铁路经过电气化改造后，原来的
煤炭消耗（蒸汽机车）或柴油消耗（内燃机车）变为
电力消耗。在已有的研究工作中[5]，主要关注电气化
改造前后电磁、噪声、振动、水和大气等环境要素的
变化，而对电气化改造前后牵引机车的能耗变化研究
得不多。
广梅汕铁路横贯广东中部和东部，连接着东
莞、惠州、河源、梅州、揭阳、潮州和汕头等城市，
全长 475.774 km（图 1）。由于龙川至龙湖南段仍
为内燃牵引线路，因而运输效率较低。对该线路进
行电气化改造，不仅可大幅度提高运输能力，而且
对缩短旅客出行时间、加快货物周转、降低能耗等
都具有重要意义。生态足迹（Ecological Footprint）
是指能够持续地提供资源或吸纳废物的、具有生物
生产力的土地面积。生物生产力土地包括化石能源
用地、耕地、森林、草地、建筑用地和水域 6 种类
型[6]。在生态足迹分析中，可以以吸收化石能源燃
烧排放的温室气体所需要的森林来定量表征化石
能源的使用对生态环境造成的影响。本研究以广梅
汕铁路龙川至龙湖南段电气化改造为例，计算改造
前后牵引机车的化石能源和电力生态足迹，比较电
气化改造前后的机车牵引能耗变化。该研究可为我
国铁路节能降耗研究提供数据，也可为综合评估电
气化改造的经济环境效益提供参考。

图 1 广梅汕铁路的地理位置
Fig.1 The location of Guangzhou-Meizhou-Shantou railway

2机车能耗的生态足迹计算方法(Calculation Method
of Ecological Footprint for Locomotive Energy
Consumption)

William和Wackernagel将化石能源用地定义为“用于
吸收化石能源燃烧排放的温室气体的森林”[7]，根据上述
定义，广梅汕铁路运输能耗的化石能源生态足迹计算步
骤如下：1 由每年的客货运输量及牵引机车单位耗能求算
每年机车的牵引能耗；2 根据化石能源燃烧的CO2排放因
子，求算每年的CO2排放量；3 根据森林的NEP（生态系
统碳净积累量）算出森林对CO2的吸收能力；4 求算吸收
化石能源燃烧排放的CO2所需的森林面积。
NEP表征的是单位面积植被 1 年所固定的碳的数
量。在计算森林的NEP时，谢鸿宇等人[7]采用的是世
界均值，其值为 3.81 t C·hm-2·a-1，而我国森林植被的
NEP远远小于该值。在这里，我们采用我国森林植被
NEP数据来计算生态足迹将较为合理。根据方精云等
人的研究[8]，我国森林NEP均值为 1.177 t C·hm-2·a-1，
即CO2吸收能力为 4.316 t CO2·hm
-2
·a
-1。柴油和原煤的
CO2排放因子
[9]分别为 3.16 和 1.98，因此消耗 1t柴油
和原煤的生态足迹分别为 0.732 hm2和 0.459 hm2。

3 电气化改造前的化石能源生态足迹 (Ecological
Footprint of Fossil Fuel before the Electrification
Reconstruction)

电气化改造前，内燃机车承担着广梅汕铁路的客
484 生 态 科 学 Ecological Science 29 卷

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货运输牵引任务，内燃机车每年执行牵引任务所耗用
的柴油数量按以下公式计算：
365)
10
(
7



eNLG
Y （1）
式中：Y 为内燃机车每年执行牵引任务所消耗的柴油
数量（t），G 为内燃机车的牵引质量（t），L 为区
间距离（km），N 为区间每日通过列车列数（上行+
下行），e 为内燃机车单位耗油量（kg·10-4 t-1·km-1），
据统计[1]，1990-2001 年我国内燃机车单位能耗平均
值为 24.98 kg·10-4 t-1·km-1。
广梅汕铁路电气化改造前后的客货列车开行方
案见表 1，由公式（1）和表 1 计算得出，在广梅汕
铁路龙川-畲江，畲江-梅州和畲江-汕头三个区间段
上，每年内燃机车牵引运输量为 6.97×109 t·km，需要
直接耗用柴油 1.74×104 t，每年向大气排放 5.50 ×104 t
CO2，其能耗总生态足迹为 1.27×10
4
hm
2森林，平均
生态足迹为每万吨公里 0.018 hm2森林。

表 1 广梅汕铁路电气化改造前后的客货列车开行方案
Table 1 The train schedule for Guangzhou-Meizhou-Shantou
railway before and after electrification reconstruction
类别
Items
龙畲线
Longshe
Railway
畲梅线
Shemei
Railway
畲汕线
Sheshan
Railway
区间距离/km
Distance
96.206 34.269 135.621
改造前内燃机车牵
引质量/t
Traction tonnage
before reconstruction
3000 3000 3000
改造后电力机车牵
引质量/t
Traction tonnage after
reconstruction
4000 4000 4000
每日列车对数
Trains
14 14 10

4 电气化改造后的电力生态足迹 (Ecological
Footprint of Electricity after the Electrification
Reconstruction)

电气化改造后，电力机车承担着广梅汕铁路的客
货运输牵引任务，电力机车每年执行牵引任务所耗用
的电量由以下公式计算：
365)
10
(
4



eNLG
D (2)
式中：D 为电力机车每年执行牵引任务所消耗的电量
（kw·h），G 为电力机车的牵引质量（t），L 和 N
意义同公式（1），e 为电力机车单位耗电量（kw·h·10-4
t
-1
·km
-1）。据统计[1]，1990-2001 年我国电力机车单
位耗电平均值为 112.62 kw·h·10-4 t-1·km-1。
由公式（2）和表 1 计算得出，在广梅汕铁路龙
川-畲江，畲江-梅州和畲江-汕头三个区间段上，采用
电力机车牵引客货列车的话，每年需耗电 1.05×108
kw·h。不同的发电方式所消耗的资源是不同的，目前
我国电力主要由火电和水电组成，风电、核电所占的
比重很小。因此，这里只计算电力牵引用电中的火电
和水电的生态足迹。
2001-2003 年火电占我国发电量的平均比重为
81.9%
[10]，因此电力牵引用电中有 0.857×108 kw·h来自
火电，2001-2003年我国火电厂的发电标准煤煤耗量均
值为 356 g·kw-1·h-1[7]，1 t标准煤折合 1.4 t原煤，因此
电力牵引需要消耗火电厂 4.27×104 t 原煤，火电厂则每
年要向大气排放 8.45×104 t CO2，其能耗生态足迹为
1.96×10
4
hm
2森林。
2001-2003 年水电占我国发电量的平均比重为
16.2%，因此电力牵引用电中有 1.70×107 kw·h 来自水
电。水电是清洁能源，水电站不会排放 CO2，只是水
电站的蓄水库区会占用部分耕地。在生态足迹分析
中，可将水电的生态足迹归于水电站蓄水发电所淹没
的可耕地。目前我国 1kw·h 水电的生态足迹是
2.14×10
-6
hm
2可耕地[7]。因此电气化改造后，电力机
车牵引用电中的水电能耗的生态足迹为 36.37 hm2可
耕地。
可见，广梅汕铁路电气化改造后，每年电力机车
牵引运输量为 9.29×109 t·km，其能耗总生态足迹为
1.96×10
4
hm
2森林和 36.37 hm2可耕地，平均生态足迹
为每万吨公里0.021 hm-2森林和3.91×10-5 hm2可耕地。

5 讨论与结论(Discussion and Conclusions)

5.1 讨论
内燃机车燃烧柴油会排出 CO、SO2和碳烟等大气
污染物，同时也会向大气排放 CO2，由于 CO2无毒，
不属于大气污染物，因此我国至今尚未对机车废气中
的 CO2含量做出规定，也没有机车每年 CO2排放量的
估算数据。但是 CO2是一种重要的温室气体，它在大
5 期 何吉成，等. 广梅汕铁路电气化改造的生态足迹分析 485

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气中含量的增加会加剧地球的温室效应，随着全球变
暖的日益加剧，CO2 减排问题受到各国政府的重视。
因此需要针对我国铁路运输的自身特点，进行 CO2排
放量估算。本研究以广梅汕铁路电气化改造工程为例，
基于每年实际客货运量和能源的 CO2排放因子，从能
耗的生态足迹角度上分析了改造前后的 CO2排放量，
为我国铁路此方面的研究提供了借鉴。
从终端能源消费角度来看，电气化改造前，每
年能耗折合 2.54×104 t 标准煤，其单位能耗为每万
吨公里 36.38 kg 标准煤。电气化改造后，每年能耗
按电力当量值折合为 1.29×104 t 标准煤，其单位能
耗仅为每万吨公里 13.89 kg 标准煤。因此电力牵引
比内燃牵引能耗大为降低，电气化改造后，每年可
节约的能源折合 1.25×104 t 标准煤，因此优先采用
电力牵引可大幅减少能源消耗，提高能源的利用效
率。从来源上看，电气化改造前，内燃机车牵引耗
油导致的 CO2排放属于直接排放，其能耗生态足迹
属于直接生态足迹。在电气化改造后，铁路部门做
到了零排放，但电力机车牵引耗电又导致了电力生
产行业的 CO2排放问题。这属于 CO2的间接排放，
其能耗生态足迹属于间接生态足迹。从本研究的计
算结果来看，电气化改造后，间接 CO2排放量和间
接能耗生态足迹会增大，这与我国电力结构长期不
合理有关。在我国电力构成中，火电比例太高，水
电、核电等清洁能源比例太低，如果火电在我国发
电量中低于 50%的话，则电力牵引所导致的间接生
态足迹将大为降低。因此，大力发展水电、核电、
风电等清洁能源，对我国电力行业本身和其它相关
能源利用行业节能减排都具有重要的意义。

5.2 结论
广梅汕铁路电气化改造前，每年牵引运输量为
6.97×10
9
t·km，采用内燃机车牵引客货列车，需要直
接耗用柴油 1.74×104 t，每年向大气排放 5.50×104 t
CO2，其能耗总生态足迹为 1.27×10
4
hm
2森林，平均
生态足迹为每万吨公里 0.018 hm2 森林。电气化改造
后，每年电力机车牵引运输量为 9.29×109 t·km，每年
需耗电 1.05×108 kw·h。按照我国火电、水电发电量比
重，其牵引能耗为 8.57×107 kw·h火电和 1.70×107 kw·h
水电，火电能耗折合 4.27×104原煤，火电能耗间接导
致火电厂每年要向大气排放 8.45×104 CO2，间接导致
的火电总生态足迹为 1.96×104 hm2森林，间接导致的
水电总生态足迹为 36.37 hm2可耕地，平均间接生态足
迹为每万吨公里 0.021 hm2森林和 3.91×10-5 hm2可耕
地。从能源消耗上看，电气化改造前，每年客货牵引
能耗折合 2.54×104标准煤，电气化改造后，其能耗折
合 1.29×104标准煤，每年可节约 1.25×104标准煤的能
源，因此电气化改造大大降低了运输能耗。但是改造
后CO2 间接排放量和间接能耗生态足迹会增大，这与
我国电力结构中火电比例太高有关。

致谢（Acknowledgement）

现场调查工作，得到了广梅汕铁路公司、龙川机
务段及沿线各车站的协助配合，在此致以谢意。

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486 生 态 科 学 Ecological Science 29 卷

广梅汕铁路电气化改造的生态足迹分析
作者： 何吉成， 徐雨晴， 张春英， HE Ji-cheng， XU Yu-qing， ZHANG Chun-ying
作者单位： 何吉成,HE Ji-cheng(中国铁道科学研究院节能环保劳卫研究所,北京,100081;交通运输部规划研究院环境资
源所,北京,100028)， 徐雨晴,XU Yu-qing(中国气象局国家气候中心,北京,100081)， 张春英,ZHANG Chun-
ying(中铁电气化勘测设计研究院有限公司,天津,300250)
刊名： 生态科学
英文刊名： ECOLOGICAL SCIENCE
年，卷(期)： 2010,29(5)

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