问题

为什么要建大秦铁路运煤而不是直接在当地发电再通过输电线传输回来?

回答
这是一个非常好的问题,它涉及到能源运输、经济效益、技术可行性以及环境影响等多个层面的考量。将煤炭通过大秦铁路运输并用于秦皇岛等地发电,而不是在煤炭产地直接发电再输电,虽然看起来似乎多了一个环节,但背后有着复杂的经济、技术和战略原因。下面我将详细解释:

1. 煤炭的特性与运输成本

能量密度低,运输成本相对高: 煤炭是一种相对低能量密度的固体燃料。要获得与输送相同能量的电力所需的煤炭量是巨大的。虽然煤炭本身的价格较低,但其运输成本占总成本的比例不容忽视。
集中产地与分散消费地: 中国的煤炭资源在地域上分布非常不均。优质、储量丰富的煤炭资源主要集中在山西、陕西、内蒙古等地(北方地区),而主要的能源消费中心,如环渤海经济圈、长三角、珠三角等沿海地区,煤炭资源相对匮乏,需要大量进口。

2. 直接在产地发电再输电的挑战

虽然理论上可以直接在煤炭产地发电,然后通过输电线路将电力输送到消费地,但这样做存在以下几个关键挑战:

输电损耗:
长距离输电损耗: 将电力从内陆地区(如山西、陕西)输送到沿海地区(如秦皇岛、上海),输电距离可能高达上千公里。长距离输电会产生显著的电能损耗(电阻损耗),输送效率会随着距离的增加而降低。例如,普通交流输电线路的损耗可能在5%10%甚至更高,而特高压直流输电技术虽然能大大降低损耗(可降至3%5%),但建设成本极高,且对电网的稳定性和控制要求也非常高。
电压等级和输电能力: 为了克服长距离输电的阻力和提高输电能力,需要建设高电压等级的输电线路(如特高压)。这涉及到巨额的建设投资、复杂的技术支持和严格的安全标准。
电网的稳定性与可靠性:
负荷中心与电源点脱节: 如果所有发电厂都建在产煤区,而所有用电都在消费区,那么就需要构建一个庞大、复杂的、能将电力稳定输送到数千公里外的电网系统。一旦电网出现故障或不稳定,将严重影响大范围区域的电力供应。
调峰调频的难度: 电力系统需要实时平衡发电和负荷。在负荷中心附近建电厂,可以更灵活地响应负荷变化;而远距离输电则会增加调峰调频的难度和响应时间。
环境保护与资源限制:
产煤区环保压力: 虽然在产煤区发电可以减少煤炭运输的碳排放,但大规模发电厂的建设和运行会对当地的生态环境造成巨大的压力,包括空气污染(SO2, NOx, PM2.5)、水资源消耗(冷却水)、固体废弃物(煤灰、炉渣)等。产煤区本身也可能面临环境承载力的问题。
水资源限制: 火力发电需要大量的水进行冷却。中国一些重要的煤炭产区(如晋陕蒙)本身就属于水资源相对匮乏的地区。如果在此地大规模建设火电厂,将加剧当地的水资源短缺问题,甚至与农业、生活用水产生冲突。
经济性与灵活性:
一次性巨额投资: 建设超长距离的特高压输电线路需要天文数字的投资,这笔投资需要通过长期的电力销售来回收。
电厂选址的灵活性: 将煤炭运往沿海地区发电,可以在靠近主要负荷中心、靠近港口、方便进口煤炭(在国产煤不足或价格不经济时)以及获得更好的环保和水资源条件的地方建设电厂。这种分散布局提供了更大的灵活性。

3. 大秦铁路运输煤炭的优势

大秦铁路(秦皇岛大同)是中国“西煤东运”的战略通道,其建设和运行正是为了解决上述矛盾,并具有以下显著优势:

经济高效的煤炭运输:
规模化运输: 大秦铁路采用了重载列车和先进的运输技术(如轮对滚动阻力降低、先进信号系统等),实现了巨大的运力规模和高运行效率。一次性运送大量煤炭的成本,相比于分散的小规模运输或管道运输(煤浆管道技术不成熟且成本高),更加经济。
降低运输损耗: 相比电力输送损耗,煤炭在铁路运输中的损耗虽然存在,但在同等能量运输量下,其比例相对可控且易于管理。
战略意义和国家能源安全:
保障能源供应: 煤炭是中国最主要的能源基础,保障稳定的煤炭供应是国家能源安全的关键。大秦铁路作为重要的能源运输大动脉,将内陆的资源优势与沿海的经济优势紧密连接起来。
促进区域协调发展: 煤炭的运输促进了产煤区资源的开发和经济发展,同时也为东部沿海地区的经济提供了动力。
就近利用港口和进口煤:
港口优势: 秦皇岛是重要的能源输出港,靠近消费市场和海外进口通道。通过铁路将煤炭运至秦皇岛,便于与海运相结合,可以更灵活地调配国产煤和进口煤,应对市场变化和供应短缺。
就近发电,降低输电成本: 在消费地附近建电厂,缩短了电力输送的距离,大大降低了输电损耗和电网投资需求。
优化资源配置:
水资源合理配置: 沿海地区相对比内陆产煤区有更充足的水资源(或更容易通过海水淡化等方式获取),或者可以将发电厂建在用水压力较小的沿海区域,从而避免在水资源紧张的产煤区加剧水资源矛盾。
环境负荷分散: 将发电厂建设在消费地,虽然会带来当地的环保压力,但相比于将所有的重工业污染集中在少数产煤区,是一种更分散和可控的环境负荷分配。同时,可以通过更严格的环保标准和先进的污染治理技术来应对。
成本效益分析:
综合成本评估: 在进行决策时,需要综合考虑煤炭从矿山到电厂的“一磅煤”成本(包括开采、铁路运输、海运(如果需要)、电厂建设和运营成本、输电损耗成本、环保成本等)。大秦铁路运输方案在很大程度上优化了这一链条的整体成本。
经济带动效应: 铁路建设本身及其运营能够带动相关产业的发展,创造就业机会,产生税收,具有显著的经济效益。

总结

总而言之,建设大秦铁路运输煤炭而不是直接在产煤区发电再输电,是一个经过深思熟虑的战略选择,是基于以下几个关键因素的综合考量:

1. 煤炭运输的经济性和规模化: 铁路是最高效、最具经济性的长距离散装固体运输方式。
2. 长距离输电的损耗和高昂成本: 将电力从内陆输送到沿海,输电损耗大,特高压输电技术投资巨大且复杂。
3. 水资源和环境承载力: 产煤区水资源相对匮乏且环境承载力有限,不适合承载大规模的电力生产。
4. 优化能源配置和国家能源安全: 将资源优势转化为经济优势,并保障国家能源供应的稳定性。
5. 靠近消费市场和港口优势: 方便电力供应,便于进口煤调配,降低整体能源成本。

大秦铁路模式是中国在特定历史条件下,为了解决能源供需矛盾、促进经济发展而采取的一种高效且具有战略意义的能源运输和利用方式。虽然随着可再生能源的发展,未来能源输送的模式可能会发生变化,但对大秦铁路这样的能源动脉的重要性,在很大程度上仍然体现在其连接资源与市场的强大能力上。

网友意见

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这是个数学问题。


大秦铁路在2010年时运力突破4亿吨(如今已降到3亿多),换算成火力发电量,大概是1万亿度电。(2010年平均325g/度,5500千卡电煤换算为7000千卡的标煤)


1万亿度电,相当于2010年时全国发电量的1/4,或者说10座三峡电站的年发电量。


换算成装机容量(按较高的5000小时/年算,实际只有不到4000),差不多就是2亿千瓦。


而我们十三五规划(2016-2020)是这么说的:

新增跨省输电能力1.3 亿千瓦左右”。


我们再看看进行中的特高压示范工程:


锡盟-泰州工程途经内蒙古、河北、天津、山东、江苏5省(区、市),新建锡盟、泰州2座换流站,换流容量2000万千瓦,线路全长1620公里,工程投资254亿元,于2015年10月获得国家发改委核准,计划于2017年建成投运。

锡盟—泰州±800千伏特高压直流输电工程输电能力达到1000万千瓦,是世界首条千万千瓦级的特高压直流输电工程。


大秦铁路的运力是在2000年左右跨越的1亿吨,换算成装机容量就是5000万千瓦。


也就是说,需要5条2015年开工的“世界首条千万千瓦”特高压项目,才能勉强满足2000年左右大秦铁路的“输电量”。


从上面数据可以看出,即便是近几年才突破的全球领先的特高压技术,面对中国如此巨大的用电量,也只能让“输电”起到辅助作用,而本地发电,才是主流。


下面是2016年上半年全国跨区送电量,全部加起来也就1505亿度,只相当于大秦线2010年“输电量”的1/7。


整个西南地区半年时间里送往华东地区的电量,大秦铁路拉煤的话10天就可以拉完。


广东、山东、江苏,三个中国经济规模最大人口大省,同时也是中国火电装机容量最大的三个省份。



回到大秦铁路刚新建的90年代,以及大秦铁路作用最大的2005-2010年左右。即使我们把全国1/4的电厂都修建在了山西,也根本没有技术和实力去修建能把这些电全部运到沿海发达省市的特高压线路。

从数量级上,题目中的方案就搞不起来。

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前面几位说的很清楚了,重载铁路的运煤量是每年2亿吨(大秦线4亿多),每条特高压线路的线路负载只能用千万吨标准煤(年)衡量。铁路的断面输送能力是单回路特高压的10-20倍,造价只是3-4倍,所以,在超导输电廉价化之前,中国跨区能源干线还得是重载铁路,而不是特高压线路。

此外补充一点,特高压对土地规划的影响不可忽视(顺便解释为什么不能随便多拉线)。

重载铁路的设施再多,绝大多数地段也就是一去一回四条铁轨,占地宽度10米多一点,再加上两侧的红线拆迁,二三十米就很充裕了。红线外的土地,虽然没多少人乐意盖住宅(其实噪音比高铁小得多),但做为工业用地毫无问题,搞农林牧渔业更是随意。

更何况重载铁路的桥隧很多,桥的占地更窄,隧道完全不影响地表。桥隧“节约”的占地基本就能满足车站的需求。即重载铁路的用地基本以宽度为限。

特高压可不一样,不是修个塔就完事。电线之间电线和建筑直接都要留足够的距离。就算只有一回路,两侧各留30米宽度是起码的要求。算上特高压电塔自身的宽度,80-100米的占地是少说的。大家可以用“特高压走廊”做关键词,看看各地的标准。虽然这个范围内还可以种地,但永久性设施基本不可能了。就算是农业,也不能像上面那张图那样随便种果树(树高了就影响输电)。更不要说现在居民对高压电塔普遍恐慌,特高压沿线一两公里的楼盘都要受影响,开发商都不肯拿商业和住宅用地。上海郊区少数能看到地平线的地方,就是高压走廊下的农业带。

上千米宽的土地规划客观上受影响,变电站等设施还要额外占地,这对于中东部地区是不可忍受的,沿线地区整个市(县)域规划可能都会随之调整,不要说通用航空机场,两边城区玩个无人机送货都不行。所以,仅从土地资源来看,特高压也只适合从大西部穿越地广人稀的山区向外送水电,而不适合山西这个偏中部的省份向东、向南送火电,何况山西缺水发电不易。将来特高压技术再成熟一些,或许可以把多条特高压线路统一规划,建设一两条超宽的西电东送平行走廊,摊薄占地成本,同时反向送水满足热电厂需求。到时候再说取代重载铁路吧。

最后,大秦线级别的重载铁路已经不是一般意义上的“路”了,根本就是间断性传送带——铁路线上列车覆盖的段落比没有覆盖的段落少不了太多,一列火车轻松填满一艘海轮。

他用30年青春守护一条路

大秦线目前是世界上列车密度最高的重载铁路,大概每13分钟就会有一辆列车通过,这也给小韩的工作增加了难度。不仅仅避车的频率很高,而且每次避车的时间也相对比较长。以目前大秦线日常开行的最主流的2万吨级列车为例,每列编组210节车厢,全长2500米,以每小时80千米的速度通过时将需要至少3分钟

(现在已经提升到三万吨列车,列车通过时间和间隔之比接近1:2)

这样来去两条传送带每年实现的运输量是3000亿吨公里,超过印度全国铁路货运吨公里数的一半。高压电想替代大秦线级别的超级战略运输工具,还得好好发展一阵才行。

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哪那么多莫名其妙的回答。其实根本原因就是超高压输电的技术还不过关,另一个就是要预备冬季应急的储备煤。高票答案里扯那么多莫名其妙的理由做什么。大秦铁路你也不看看修的年份。那时中国的超高压输电技术还很渣,输电过去的损耗跟铁路比起来亏大发了。包括现在建的蒙西华中铁路也是这样。华中地区一到冬天必须储备煤炭应急,否则一旦遇到冻雨等天气超高压输电就不靠谱了。一句话,存在就是合理的。未来有一天技术进步,说不定你说的完全有可能实现。

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