考慮外部成本的管道與鐵路電煤運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)比較

（武漢理工大學(xué)交通工程學(xué)院 武漢 430063）

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，各地電煤需求量與日俱增，電煤緊缺已逐漸從以往同期用電高峰期向淡季蔓延、從總量缺電向結(jié)構(gòu)性缺電轉(zhuǎn)變．從可持續(xù)發(fā)展的角度來看，要從根本上解決電煤供應(yīng)緊張的局面，一種重要途徑就是發(fā)展管道運(yùn)輸［1］．作為一種新興的尚未展開長距離運(yùn)營的運(yùn)輸方式，電煤管道運(yùn)輸比鐵路運(yùn)輸有無成本優(yōu)勢，對環(huán)境會(huì)造成什么樣的影響，水資源耗用的情況如何，這些都是迫切需要解決的問題．現(xiàn)有文獻(xiàn)主要關(guān)注管道或者鐵路運(yùn)輸?shù)募夹g(shù)經(jīng)濟(jì)分析，而將環(huán)境污染等外部成本納入運(yùn)輸成本的文獻(xiàn)較少．因此，針對長距離、大規(guī)模的電煤運(yùn)輸，在考慮外部成本的基礎(chǔ)上進(jìn)行管道和鐵路運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)比較具有現(xiàn)實(shí)意義．

1 電煤運(yùn)輸外部成本的涵義與比較

電煤運(yùn)輸與一般產(chǎn)品或服務(wù)不同，它對保障國民生產(chǎn)和居民生活具有特殊意義，是帶有公共產(chǎn)品性質(zhì)的服務(wù)，從運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)學(xué)角度來看，具有公共產(chǎn)品性質(zhì)的服務(wù)在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析時(shí)應(yīng)考慮外部成本（external cost）．所謂運(yùn)輸?shù)耐獠砍杀?，是指從運(yùn)營環(huán)境角度出發(fā)，在運(yùn)輸生產(chǎn)過程中給他人和社會(huì)所帶來的損失，包括環(huán)境成本、資源成本和交通安全成本［2］．

1.1 環(huán)境成本的比較分析

電煤運(yùn)輸給環(huán)境帶來的影響因運(yùn)輸方式以及運(yùn)輸速度而異，環(huán)境影響的貨幣換算價(jià)值因運(yùn)輸線路沿途條件而異．因此，運(yùn)輸速度和沿途條件不同的線路區(qū)間算出對于環(huán)境影響，再乘以貨幣轉(zhuǎn)換原單位就可算出對于環(huán)境影響的貨幣評(píng)價(jià)值．具體公式如下．

式中：ΔC環(huán)境為鐵路與管道運(yùn)輸產(chǎn)生的環(huán)境成本差；p為環(huán)境因素（空氣污染以及由此帶來的氣候變化，噪聲）；k為交通運(yùn)輸方式（鐵路，管道）；Lks為各交通方式的運(yùn)輸線路區(qū)間S的長度，km；為各方式的沿途狀況S的環(huán)境因素p的貨幣評(píng)價(jià)原單位，對空氣污染取元／g，對噪聲取元／（dB·km·a）為各方式對于環(huán)境因素P的影響程度，對空氣污染取g／（km·d），對噪聲取dB．

在此，運(yùn)輸方式包括鐵路和管道2種．運(yùn)輸速度使用平均運(yùn)輸速度．沿途狀況可分為人口稠密的建成區(qū)、其他建成區(qū)、非建成區(qū)的平坦地段和山區(qū)地段4種．

應(yīng)當(dāng)說明的是，鐵路一旦建成，其線路經(jīng)過的土地就無法作為他用，對土地資源的占用是永久性的．根據(jù)鐵路規(guī)劃的紅線大小，如果按鐵路規(guī)劃紅線寬度為20m算，建成1km鐵路就占用2hm2的土地資源，這使得耕地資源緊缺的問題更為突出；鐵路噪聲主要來源于車輪與鋼軌接觸時(shí)振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲，《鐵路留用土地辦法》規(guī)定距鐵路外側(cè)軌道中心線30m處為鐵路邊界．《城市五類環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，鐵路主次干線兩側(cè)區(qū)域夜間噪聲不得超過55dB．但實(shí)際上當(dāng)列車經(jīng)過時(shí)，鐵路兩旁的噪聲最高超過120dB；另外，空氣污染源于所消耗能源的類型，對于鐵路機(jī)車產(chǎn)生的空氣污染，由于近年來國內(nèi)大多鐵路完成了電氣化和現(xiàn)代化改造或建設(shè)，傳統(tǒng)蒸汽機(jī)車大面積淘汰，柴油和電成為主要的動(dòng)力源．因此，內(nèi)燃機(jī)排放的CO，HC，NOx和煙塵等排放物成為主要的空氣污染物；另外，電煤在在運(yùn)輸過程中會(huì)沿途遺撒，撒落的煤塵污染路面，危害人體健康，增加了清掃除塵的成本．

1.2 水資源消耗比較分析

對于缺水的西部而言，水資源的消耗狀況至關(guān)重要．因此，本文對能源中的水資源消耗進(jìn)行單獨(dú)分析．具體而言，鐵路與管道之間的水資源消耗的比較可以表示如下．

式中：ΔC水資源為鐵路與管道電煤運(yùn)輸?shù)暮乃杀静?，萬元；S管道為管道運(yùn)輸電煤的單位耗水量，t／（t·km）；S鐵路：鐵路運(yùn)輸電煤的單位耗水量，t／（t·km）；P水資源：當(dāng)?shù)氐墓I(yè)用水用水價(jià)格，元／t；Q為電煤的交通運(yùn)輸量，t·km．

鐵路輸煤水資源耗用極少，可以忽略不計(jì)．電煤中過大的含水量反而會(huì)浪費(fèi)部分運(yùn)力，對鐵路輸煤造成難以避免的損失．不同的是，管道輸煤前的煤炭漿化過程需要比較多的水，考慮到我國煤炭產(chǎn)地大多都處在西北等缺水地區(qū)，管道輸煤方式需進(jìn)一步進(jìn)行水資源耗用的分析．實(shí)際上煤炭輸煤的耗水量與其輸送質(zhì)量濃度有直接關(guān)系，而質(zhì)量濃度又與管道輸送的經(jīng)濟(jì)性有關(guān)：當(dāng)濃度偏低時(shí)，噸公里輸送的能耗就會(huì)增大；而質(zhì)量濃度偏高時(shí)，漿體的粘性和漿體與管道內(nèi)壁的阻力就會(huì)增加，同樣使得能耗增大，因此，選取適當(dāng)?shù)馁|(zhì)量濃度對節(jié)約成本和能耗至關(guān)重要，同時(shí)伴隨著存在一個(gè)最合適的耗水量．一般情況下，漿化1t干煤需要1t水，在上述案例中1 000萬t煤炭運(yùn)輸量每年需要消耗0．1億t水，相對于涇河16．7億m3的年平均徑流量來說，比重不高．實(shí)際上煤炭自身的含水量也使得這一需求量更少．有數(shù)據(jù)顯示，煤漿管道運(yùn)輸?shù)暮乃坎坏綄⒚禾繜崮苻D(zhuǎn)化為電能所需要的水量的1／6［3］．換言之，在根據(jù)實(shí)地情況選取合適的煤漿質(zhì)量濃度的前提下，管道輸煤的耗水量幾乎不會(huì)對當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生很大影響．

1.3 交通安全成本的比較分析

提高電煤的運(yùn)輸安全的成本計(jì)算公式可表示為

式中：ΔC安全為鐵路與管道間電煤運(yùn)輸安全的效益差，萬元；J鐵路為鐵路運(yùn)輸電煤的事故率，次／（t·km）；J管道為管道運(yùn)輸電煤的事故率，次／（t·km）；P事故為 運(yùn) 輸 事 故 平 均 損 失 費(fèi)，萬元／次；Q為電煤的交通運(yùn)輸量，t·km．

一般來說，安全成本包括事故的預(yù)防投入，事故直接經(jīng)濟(jì)損失，事故間接經(jīng)濟(jì)損失以及事故處理費(fèi)用四部分．對事故損失要進(jìn)行貨幣化衡量則需對上述直接經(jīng)濟(jì)損失和間接經(jīng)濟(jì)損失細(xì)化為醫(yī)療費(fèi)用、車輛損失、財(cái)產(chǎn)損失，人員傷亡及其帶來的運(yùn)輸延誤和人員生活質(zhì)量下降的損失．在此引用2006年公路科學(xué)研究所的研究成果，研究表明，在不計(jì)預(yù)防投入和事故處理的情況下，鐵路的電煤運(yùn)輸事故單位成本為0．093分／（t·km）．但實(shí)際上，安全成本需要將預(yù)防投入費(fèi)和事故處理費(fèi)納入其中．另外，因?yàn)殍F路的交通安全成本主要源于機(jī)車制動(dòng)和線路橋梁設(shè)備安全上，隨著近年來煤運(yùn)專列的逐漸重載化，這項(xiàng)數(shù)據(jù)將更大一些［4］．

相對而言，由于管道埋設(shè)在地凍土層以下，與地面以上的物體基本不產(chǎn)生沖突，且不會(huì)由于惡劣天氣引發(fā)運(yùn)輸中斷，所以是一種更為安全的交通方式．

[13][14] HELCOM, Helsinki Convention, http://www.helcom.fi/about-us/convention/.

2 電煤運(yùn)輸私人成本的比較分析

2.1 管道運(yùn)煤與鐵路運(yùn)煤私人成本構(gòu)成的特點(diǎn)

電煤運(yùn)輸?shù)乃饺顺杀究煞譃楣潭ǔ杀竞涂勺兂杀荆F路運(yùn)煤的成本結(jié)構(gòu)具有2個(gè)最顯著的特點(diǎn)［5］．（1）“與運(yùn)量無關(guān)”的成本費(fèi)用（指線路、通信設(shè)備、大型建筑物、技術(shù)建筑物的運(yùn)用、維護(hù)費(fèi)用，以及管理人員工資等）占鐵路運(yùn)煤成本的50%左右；（2）始發(fā)和終到作業(yè)費(fèi)用約占運(yùn)煤成本的18%左右．所以運(yùn)距短時(shí)，成本高，只有運(yùn)距較長時(shí)，成本才能大幅度下降．管道運(yùn)煤的成本結(jié)構(gòu)與鐵路運(yùn)煤類似，固定成本比較高，而可變成本所占比例低．

2.2 運(yùn)輸成本函數(shù)的建立（包括模型假定、模型、參數(shù)說明）

根據(jù)管道運(yùn)煤與鐵路運(yùn)煤私人成本的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立成本函數(shù)，見式（6）．第i種運(yùn)煤方式的單位運(yùn)輸成本UCi是關(guān)于第i種運(yùn)輸方式的固定成本FCi和可變成本VCi的函數(shù)，其關(guān)系為

式中：Qi為第i種運(yùn)煤方式的年運(yùn)輸量．

管道輸煤的年固定成本包括折舊費(fèi)D、維修費(fèi)Fm、攤銷費(fèi)Ft、管理人員工資wa和財(cái)務(wù)費(fèi)用Ff；可變成本主要包括直接管理費(fèi)Fa、工人工資we、能源Fe（燃料和動(dòng)力費(fèi)用）費(fèi)用和水費(fèi)Fw，其關(guān)系為

鐵路輸煤的費(fèi)用仍分為固定成本與可變成本2部分．有些文獻(xiàn)中鐵路運(yùn)輸?shù)目勺兂杀静豢紤]裝卸費(fèi)，本文基于私人成本內(nèi)涵的考慮，仍將裝卸費(fèi)Fz納入可變成本．固定成本包括折舊費(fèi)，管理人員工資，財(cái)務(wù)費(fèi)用和攤銷費(fèi)，其中的基建費(fèi)用包括購買路權(quán)、路基填筑、軌道鋪設(shè)以及控制系統(tǒng)的裝配，折舊費(fèi)包括路軌、設(shè)備以及機(jī)車的折舊費(fèi)．可變成本包括直接管理費(fèi)，裝卸費(fèi)，燃料和動(dòng)力費(fèi)以及工人工資，與管道不同的是，鐵路方面不用考慮水資源消耗費(fèi)用．

式中：折舊費(fèi)按照直線折舊法計(jì)提折舊，D＝F基建×（1－0．05）／T．

2.3 運(yùn)輸成本計(jì)算與比較

本文以某電煤管道運(yùn)輸投資項(xiàng)目為例，采用15a模擬方案對鐵路運(yùn)煤和管道運(yùn)煤進(jìn)行管道運(yùn)煤與鐵路運(yùn)煤的私人成本比較分析．

項(xiàng)目擬定在陜西彬縣和武漢陽邏之間建立一條全長約1 100km的輸煤管道或一條全長1 200 km的輸煤鐵路專線，直達(dá)武漢陽邏即將興建的大型煤炭物流戰(zhàn)略儲(chǔ)煤基地．假定從彬縣至陽邏的管道設(shè)計(jì)輸煤能力為1 000萬t／a，投資90億元，投入運(yùn)營的第1年運(yùn)輸量為500萬t，第2年達(dá)到700萬t，到第5年達(dá)到設(shè)計(jì)運(yùn)輸能力；鐵路設(shè)計(jì)輸煤能力為1 000萬t／a，投資70億元．運(yùn)營的第1年運(yùn)量為800萬t，第2年達(dá)到設(shè)計(jì)能力．各項(xiàng)資本成本的年度通貨膨脹率都假定為5%．

管道運(yùn)輸?shù)南嚓P(guān)參數(shù)取值依據(jù)如下：假定折舊年限為15a．參照美國黑邁沙管道的營運(yùn)經(jīng)驗(yàn)，全程采用高度集中的管理模式，設(shè)定9個(gè)泵站，制漿和泵輸定員110人，維修中心為30人，脫水系統(tǒng)定員60人．初始年平均工資定為40 000元／（人·a），職工福利為工資的14%．管理人員占到總職工數(shù)的10%，維護(hù)費(fèi)取為折舊費(fèi)的8%，財(cái)務(wù)費(fèi)用包括8a貸款期計(jì)息和流動(dòng)資金，流動(dòng)資金取專線基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資的4%，計(jì)息部分為70%．?dāng)備N期限8a，對象為建設(shè)費(fèi)用中的其他費(fèi)用部分，其他費(fèi)用按定員數(shù)×40 000元／（人·a）計(jì)算．直接管理費(fèi)取為工人工資的2倍．管道所需的水資源耗用按照1∶1計(jì)算，水源由自西而東斜貫彬縣的涇河提供，水費(fèi)取彬縣當(dāng)?shù)氐墓I(yè)用水價(jià)格，即4．3元／t計(jì)算．

鐵路運(yùn)煤的相關(guān)參數(shù)取值說明：假定鐵路初始建設(shè)費(fèi)在70億元，折舊年限為15a，殘值取5%．需要配備10列火車和2 500名職工進(jìn)行電煤運(yùn)輸，每輛運(yùn)煤專列價(jià)格為1 500萬／輛，其折舊年限定為15a，殘值為5%，初始年人均工資為40 000元／（人·a），職工福利為工資的14%．裝卸費(fèi)用取為5．5元／t．其管理人員工資、攤銷費(fèi)、維護(hù)費(fèi)工人工資與鐵路的取值方法相同．假定機(jī)車采用柴油驅(qū)動(dòng)，柴油初始年價(jià)格為7元／L，火車消耗柴油24．6kg／（t·km），動(dòng)力費(fèi)用按燃料費(fèi)用的5%?。?cái)務(wù)費(fèi)用包括8a貸款期計(jì)息和流動(dòng)資金，流動(dòng)資金取專線基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資額×4%，計(jì)息部分設(shè)為60%．

相關(guān)參數(shù)分別代入管道運(yùn)煤與鐵路運(yùn)煤的私人成本函數(shù)，計(jì)算得到兩者運(yùn)輸方式的單位運(yùn)輸成本、可變成本以及可變成本的比重．如表1所列．

如表1，由于管道起初低廉的可變成本還無法補(bǔ)償其高昂的投資，鐵路輸煤在一開始更具有競爭力，隨著運(yùn)營年份的遞增，運(yùn)輸量逐步達(dá)到設(shè)計(jì)能力，管道運(yùn)輸單位成本低于鐵路運(yùn)輸，其競爭力日趨顯現(xiàn)．從成本結(jié)構(gòu)來看，在項(xiàng)目運(yùn)營的15a中，管道的可變費(fèi)用占總費(fèi)用比例逐年上升，但相比鐵路而言，仍慢于鐵路中可變成本的增長．從第4年開始，由于廉價(jià)勞動(dòng)力和能源等可變成本的開支，年費(fèi)優(yōu)勢開始從鐵路轉(zhuǎn)向管道．到第15年，管道的單位運(yùn)輸成本為0．083元／（t·km），而鐵路單位運(yùn)輸成本則為0．109元／（t·km），管道的單位運(yùn)輸成本每年節(jié)約3．95億元．

管道的可變成本大大低于固定成本，即使在產(chǎn)出量很大的情況下也是如此．但整體而言，管道運(yùn)輸?shù)囊?guī)模經(jīng)濟(jì)效益還是非常明顯的．國外研究表明，管道運(yùn)輸能力增加一倍，其單位運(yùn)輸成本可降低30%［6］．可見，隨著電煤需求的增長，管道運(yùn)輸規(guī)模的擴(kuò)大，管道運(yùn)輸成本還有可觀的下降空間．

表1 管道運(yùn)煤與鐵路運(yùn)煤的私人成本對比表

3 綜合評(píng)價(jià)

本文中電煤運(yùn)輸總成本是指電煤運(yùn)輸私人成本和外部成本之和．因此電煤運(yùn)輸總成本函數(shù)是關(guān)于私人成本、交通安全成本、水資源耗用成本和環(huán)境成本．通過以上分析，可以建立式（11）對鐵路輸煤與管道輸煤成本作綜合比較．

以案例第15年的運(yùn)營情況為基準(zhǔn)可得管道運(yùn)煤和鐵路運(yùn)煤的總成本比較結(jié)果，見表2．這里將資源占用量、安全成本和環(huán)境成本分為很多、較多、較少和極少4個(gè)等級(jí)．

由表2可見，在運(yùn)輸規(guī)模達(dá)到1 000萬t，運(yùn)輸距離達(dá)到1 000km的前提下，除了要占用比鐵路輸煤更多的水資源外，管道輸煤在私人成本、環(huán)境成本和安全成本方面都具有明顯優(yōu)勢，另外，管道輸煤的單位成本下降速度也要比鐵路下降的快．綜合來看，管道輸煤是一種比鐵路更節(jié)約成本的高效的可持續(xù)的運(yùn)輸方式．

表2 鐵路運(yùn)煤和管道運(yùn)煤的總成本對比表

4 結(jié)束語

在電煤需求具有一定規(guī)模的前提下，考慮外部成本的鐵路運(yùn)煤和管道運(yùn)煤的成本比較結(jié)果表明，針對大規(guī)模、長距離的電煤運(yùn)輸，管道運(yùn)輸比鐵路運(yùn)輸更具成本優(yōu)勢．雖然西部地區(qū)缺水，消耗一定水資源的管道運(yùn)煤，仍可發(fā)展長距離運(yùn)輸，將其作為鐵路運(yùn)煤的重要補(bǔ)充方式，并逐步提高在整個(gè)交通運(yùn)輸系統(tǒng)中的比例，不啻為一種改善電煤供應(yīng)緊張局面的有效措施．

［1］張傳平．長距離管道技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性研究［D］．青島：中國石油大學(xué)（華東）經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，2006．

［2］邸 晶．中國交通運(yùn)輸系統(tǒng)外部成本計(jì)算理論與方法研究［D］．北京：北京交通大學(xué)交通學(xué)院，2010．

［3］Wilson J W．The principle of pipeline transportation of coal and its performance cylindrical［J］．Journal of South African Institute of Mining Metallurgy，1993，93（10）：387－395．

［4］Cole C．Heavy haul coal train dynamics simulation comparisons of the COAL link and central queensland systems［J］．Proceedings 7th International Heavy Haul Conference，2001，23（11）：217－223．

［5］Nikolaevich T V．The developing prospects of russia′s coal transportation［J］．Northeast Asia Forum，2004，13（3）：42－43．

［6］Wicks F．Analysis of options for increasing pipeline capacity［J］．Intersociety Energy Conversion Engineering Conference．2002，37（5）：231－239．