世 界 电 气 化 铁 路 125 年 的 历 程 与 未 来 10 年 的 动 向 一 电 气 化 铁 路 动 力 源 的 演 变 1 以 电 池 为 动 力 源 的 早 期 电 气 化 铁 路 1825 年 英 国 发 明 家 乔 治. 斯 蒂 芬 逊 发 明 了 蒸 汽 机 车 开 创 了 铁 路 运 输 事 业 1831 年 英 国 物 理 学 家 M. 法 拉 第 发 现 了 电 磁 感 生 电 流 的 原 理. 之 后, 许 许 多 多 的 科 学 家 对 用 电 能 作 为 铁 路 运 输 的 牵 引 动 力 进 行 了 大 量 的 研 究 1934 年 美 国 炼 铁 工 人 托 玛 斯. 达 文 波 特 利 用 电 磁 铁 制 作 了 一 台 往 复 式 电 动 机, 驱 动 车 辆 在 轨 道 上 运 行, 供 游 人 参 观 1839 年, 英 国 的 罗 伯 特. 戴 维 森 在 爱 相 丁 堡 格 拉 斯 哥 铁 路 线 上 利 用 玻 璃 槽 式 电 池 作 为 动 力 源 制 作 了 一 台 5t 重 的 电 动 车 用 整 流 子 式 电 动 机 驱 动 1847 年, 英 国 的 摩 西. 格. 法 尔 梅 又 研 制 了 一 台 电 磁 铁 式 电 动 车 后 来 美 国 的 霍 尔 于 1850 年 开 始 利 用 地 面 上 的 电 源 作 动 力 源, 经 轨 道 供 电. 驱 动 电 动 车 组 运 行 进 行 试 验 上 述 这 些 方 式 无 论 是 车 辆 上 的 还 是 地 面 上 的 基 本 上 都 是 利 用 电 池 作 动 力 源, 驱 动 车 辆 运 行 2 以 直 流 电 动 机 为 动 力 源 的 先 驱 电 气 化 铁 路 1861 年. 德 国 的 维 尔 纳. 冯. 西 门 子 利 用 电 磁 感 应 原 理 发 明 了 发 电 机, 1866 年 他 又 制 造 成 功 直 流 电 动 机 从 而 开 创 了 不 用 电 池 作 动 力 源 的 新 路 就 这 样 经 过 半 个 多 世 纪 的 努 力. 最 后 终 于 达 到 了 实 用 的 目 的, 这 就 是 1879 年 5 月 31 日 在 德 国 柏 林 举 办 的 世 界 工 业 博 览 会 上, 由 西 门 子 和 哈 尔 斯 克 公 司 展 出 的 世 界 上 第 一 条 电 气 化 铁 路 这 条 电 气 化 铁 路 长 300m, 线 路 呈 椭 圆 形, 轨 距 为 lm 在 上 面 运 行 的 电 力 机 车 重 954kg, 机 车 上 装 有 2.2kW 的 串 励 式 二 极 直 流 电 动
机, 由 125V 的 外 部 直 流 电 源, 经 由 铺 设 在 轨 道 中 间 的 第 三 轨 供 电, 以 两 条 走 行 轨 作 回 路 它 牵 引 3 节 敞 开 式 客 车, 每 节 车 上 乘 坐 6 名 乘 客, 最 高 运 行 时 速 达 13km, 在 4 个 月 的 展 览 期 间 共 运 送 了 8 万 多 乘 客 这 条 电 气 化 铁 路 看 起 来 比 今 天 的 儿 童 铁 路 还 小, 但 它 却 是 世 界 电 气 化 铁 路 的 先 驱 3 以 电 车 形 式 出 现 的 电 气 化 铁 路 1881 年 5 月 12 日, 西 门 子 和 哈 尔 斯 克 公 司 又 在 柏 林 近 郊 的 利 希 特 菲 尔 德 车 站 至 军 事 学 院 间 修 建 了 一 条 2.45km 长 的 有 轨 电 车 线 路. 这 条 线 路 采 用 180V 直 流 电 源, 由 两 条 彼 此 绝 缘 的 轨 道 供 电 和 作 回 路, 并 对 外 正 式 营 业 同 年, 在 法 国 巴 黎 国 际 电 工 博 览 会 上 展 出 了 一 条 500m 长 的 由 两 条 架 空 导 线 供 电 的 电 车 线 路. 这 就 为 提 高 电 压 采 用 大 功 率 电 动 机 创 造 了 条 件 这 种 电 车 形 式 的 电 气 化 铁 路 的 出 现, 很 快 就 引 起 了 西 欧 美 国 日 本 极 大 的 兴 趣, 于 是 纷 纷 开 始 修 建 电 气 化 铁 路 4 直 流 电 气 化 铁 路 1893 年, 瑞 典 在 斯 德 哥 尔 摩 以 北 1km 长 的 区 段 内 修 建 了 一 条 500V 的 直 流 电 气 化 铁 路,1895 年 德 国 在 法 兰 克 福 奥 芬 巴 赫 6km 长 的 区 段 内 修 建 了 一 条 600V 的 直 流 电 气 化 铁 路, 同 年 美 国 在 巴 尔 的 摩 俄 亥 俄 5.6km 长 的 隧 道 区 段 修 建 了 一 条 675V 的 直 流 电 气 化 铁 路 日 本 在 京 都 的 下 京 区 6.7km 长 的 区 段 内 修 建 了 一 条 500V 的 直 流 电 气 化 铁 路 5 三 相 交 流 电 气 化 铁 路
1898 年 德 国 在 什 塔 特 埃 格 里 堡,1899 年 瑞 士 在 泽 巴 哈 维 提 金, 1902 年 意 大 利 在 互 尔 切 里 纳 还 先 后 修 建 了 三 相 交 流 电 气 化 铁 路 这 些 电 气 化 铁 路 大 都 是 采 用 低 压 直 流 和 三 相 交 流 供 电, 而 且 又 都 是 修 建 在 城 市 近 郊 线 路 上, 后 来, 随 着 工 业 的 发 展 才 逐 渐 发 展 到 城 市 之 间 和 运 输 繁 忙 的 干 线 铁 路 上 来 二 电 气 化 铁 路 电 流 制 式 的 演 变 在 整 个 电 气 化 铁 路 的 发 展 过 程 中 牵 引 供 电 的 电 流 制 式 经 历 了 由 低 压 直 流 三 相 交 流 单 相 低 频 交 流 到 单 相 工 频 交 流 的 演 变 过 程 1900 年 一 1915 年, 在 电 气 化 铁 路 发 展 的 第 一 阶 段, 各 国 铁 路 主 要 采 用 500-750V 的 直 流 制 ;1915 年 1930 年. 各 国 铁 路 开 始 采 用 11kV 15kV 的 16 2/3 Hz 25 Hz 单 相 低 频 交 流 制 和 1.2 kv 1.5 kv 的 直 流 制, 有 一 些 国 家 还 采 用 了 3.6 kv 的 使 用 异 步 牵 引 电 动 机 的 三 相 交 流 制 ;1930 年 一 1950 年, 除 继 续 采 用 单 相 低 频 交 流 制 和 1.5kV 的 直 流 制 外, 还 采 用 了 3kV 的 直 流 制 1932 年 匈 牙 利 在 布 达 佩 斯 黑 基 也 什 霍 洛 姆 铁 路 上 第 一 次 采 用 了 16kV 的 单 相 工 频 交 流 制 电 力 牵 引,1950 年, 法 国 在 埃 克 斯. 累. 班 里 亚 罗 什 休 尔 伏 龙 区 段 试 建 了 一 条 25 kv 的 单 相 工 频 交 流 电 气 化 铁 路 1954 年 日 本 在 仙 山 松 岛 试 建 了 一 段 20kV 的 单 相 工 频 交 流 电 气 化 铁 路,1955 年 前 苏 联 在 奥 热 烈 利 耶 巴 维 列 兹 区 段 也 修 建 了 一 条 20 kv 的 单 相 工 频 交 流 电 气 化 铁 路 此 后, 这 种 电 流 制 在 俄 罗 斯 法 国 日 本 印 度 南 斯 拉 夫 保 加 利 亚 等 国 家 都 得 到 了 广 泛 采 用 单 相 工 频 交 流 制 虽 然 出 现 比 较 晚, 但 发 展 很 快 在 仅 仅 半 个 多 世 纪 的 时 间 内 就 修 建 了 106883km 已 占 全 部 电 气 化 铁 路 的 40.9% 这 种 电 流 制 的 优 点 是 能
直 接 从 具 有 巨 大 容 量 的 电 力 系 统 取 得 电 能, 不 需 要 在 牵 引 变 电 所 内 设 置 整 流 和 变 频 设 备, 又 能 以 较 高 的 电 压 向 电 力 机 车 供 电, 因 而 大 大 简 化 了 牵 引 变 电 所 的 供 电 设 备, 增 大 了 牵 引 变 电 所 间 的 距 离, 缩 小 了 接 触 导 线 的 截 面, 减 少 了 电 能 损 失, 降 低 了 建 设 投 资 和 运 营 费 用 中 国 电 气 化 铁 路 一 开 始 就 选 用 了 这 种 先 进 的 电 流 制 式, 避 免 了 重 走 世 界 各 国 先 直 流 后 交 流 先 低 压 后 高 压 的 发 展 老 路, 同 时 也 避 免 了 交 流 与 直 流 交 接 的 技 术 难 题, 为 中 国 电 气 化 铁 路 的 发 展 打 下 了 良 好 的 技 术 基 础 现 在 各 国 所 采 用 的 电 流 制 式 逐 渐 趋 向 统 一, 电 压 也 逐 渐 趋 向 提 高 如 德 国 瑞 士 瑞 典 奥 地 利 挪 威 等 北 欧 国 家 主 要 采 用 15 kv 的 16 2/3 Hz 单 相 低 频 交 流 制 ; 意 大 利 波 兰 南 非 西 班 牙 巴 西 捷 克 斯 洛 伐 克 比 利 时 智 利 等 国 家 主 要 采 用 3 kv 直 流 制 ; 俄 罗 斯 法 国 日 本 印 度 英 国 南 斯 拉 夫 罗 马 尼 亚 保 加 利 亚 匈 牙 利 和 中 国 等 国 家 都 采 用 了 25 kv 的 单 相 工 频 交 流 制 低 压 直 流 制 和 25Hz 单 相 交 流 制 已 不 复 存 在 近 年 来, 由 于 各 国 铁 路 运 量 急 剧 增 大, 行 车 速 度 不 断 提 高, 逐 渐 向 高 速 重 载 大 密 度 发 展, 有 些 国 家 积 极 发 展 采 用 2x25kV 的 自 耦 变 压 器 供 电 方 式, 如 日 本 的 东 海 道 山 阳 东 北 上 越 新 干 线, 法 国 的 巴 黎 里 昂 东 南 高 速 线 和 巴 黎 勒 达 / 图 尔 大 西 洋 高 速 线, 俄 罗 斯 的 维 西 马 布 列 斯 特 和 贝 阿 铁 路 大 干 线, 中 国 的 京 秦 大 秦 郑 武 候 月 铁 路 都 采 用 了 这 种 供 电 方 式 美 国 的 黑 台 地 波 维 尔 湖 运 煤 专 线 和 南 非 的 锡 申 萨 尔 丹 哈 铁 路 还 采 用 了 50 kv 的 单 相 工 频 交 流 制 三 世 界 电 气 化 铁 路 的 发 展 现 状
从 20 世 纪 50 年 代 起, 一 些 工 业 发 达 的 国 家 为 了 完 成 急 剧 增 长 的 运 输 任 务, 以 及 提 高 与 其 他 运 输 业 竞 争 的 能 力 开 始 大 规 模 地 进 行 铁 路 运 输 业 的 现 代 化 建 设, 主 要 是 牵 引 动 力 现 代 化 的 建 设 因 此, 电 气 化 铁 路 的 建 设 速 度 不 断 加 快, 修 建 的 国 家 逐 渐 增 多 电 气 化 铁 路 发 展 最 快 的 时 期 是 20 世 纪 60-70 年 代, 平 均 每 年 修 建 5000 多 km, 其 中 前 苏 联 2003km, 德 国 486km, 法 国 368km, 意 大 利 341 km, 波 兰 335km, 日 本 332km, 瑞 典 293km 到 了 20 世 纪 70 年 代 末 在 工 业 发 达 的 西 欧 日 本 前 苏 联. 以 及 东 欧 等 国 家, 运 输 繁 忙 的 主 要 干 线 都 已 经 实 现 了 电 气 化, 而 且 基 本 上 已 经 成 网 现 在, 这 些 国 家 正 在 集 中 力 量 修 建 时 速 200km 以 上 的 高 速 电 气 化 铁 路 和 改 造 既 有 线 电 气 化 铁 路, 以 提 高 列 车 运 行 速 度 从 20 世 纪 80 年 代 以 后, 世 界 范 围 内 又 出 现 了 一 个 电 气 化 铁 路 建 设 高 潮, 一 些 发 展 中 的 国 家, 如 中 国 印 度 南 非 土 耳 其 巴 西 智 利 摩 洛 哥 刚 果 等 国 家 的 电 气 化 铁 路 建 设 也 开 始 变 快, 例 如. 印 度 1990 年 一 1991 年 两 年 就 建 成 了 电 气 化 铁 路 1557km, 平 均 每 年 建 成 近 800km 中 国 的 电 气 化 铁 路 发 展 更 快, 在 九 五 (1996 年 一 2000 年 ) 期 间, 共 建 成 了 5291.9km, 平 均 每 年 建 成 1000 多 km, 特 别 是 2001 年 就 建 成 电 气 化 铁 路 3682.8km, 创 造 了 世 界 电 气 化 铁 路 建 设 速 度 的 历 史 记 录 现 在 中 国 电 气 化 铁 路 在 建 设 里 程 和 建 设 速 度 上 都 已 跃 居 世 界 前 列 截 至 2003 年, 世 界 电 气 化 铁 路 总 里 程 已 达 263857.4km, 约 占 世 界 铁 路 总 营 业 里 程 (1208843km) 的 百 分 比 及 电 气 化 率 为 21.8%, 承 担 世 界 铁 路 总 运 量 的 50% 以 上 目 前, 世 界 上 共 有 68 个 国 家 和 地 区 修 建 了 电 气 化 铁 路 按 洲 别 分 : 欧 洲 38 个 国 家 共 计 177167km, 约 占 世 界 电 气 化 铁 路 营 业 里 程 的 67.1%,
亚 洲 12 个 国 家 和 地 区, 共 计 62804.4km, 约 占 23.8%; 非 洲 7 个 国 家, 共 计 13884km, 约 占 5.3%; 美 洲 9 个 国 家,6591 km, 约 占 2.5%; 大 洋 洲 2 个 国 家, 3411km 约 占 1.3% 按 拥 有 电 气 化 铁 路 的 长 度 分 : 拥 有 电 气 化 铁 路 1 万 km 以 上 的 国 家 依 次 为 俄 罗 斯 德 国 中 国 日 本 印 度 法 国 波 兰 意 大 利 南 非 拥 有 电 气 化 铁 路 5000-10000km, 其 电 气 化 率 超 过 40% 的 国 家 有 瑞 士 (5200km, 占 本 国 铁 路 营 业 里 程 的 98%) 瑞 典 (7996km 占 62%) 西 班 牙 (8196 km, 占 56%) 乌 克 兰 (9170km 占 40%) 值 得 提 出 的 是, 中 国 和 印 度 的 电 气 化 铁 路 里 程 虽 然 很 长, 但 电 气 化 率 不 高 都 还 不 足 30% 这 说 明 这 两 个 国 家 的 电 气 化 铁 路 今 后 还 有 很 大 的 发 展 潜 力 ; 美 国 和 加 拿 大 是 世 界 铁 路 里 程 最 多 的 国 家, 美 国 拥 有 铁 路 258415km, 加 拿 大 71464km, 分 别 位 居 世 界 铁 路 的 第 一 位 和 第 四 位, 但 他 们 的 电 气 化 铁 路 却 很 少 仅, 占 本 国 铁 路 营 业 里 程 的 1% 和 0.3% 究 其 原 因 主 要 是 这 两 个 国 家 的 铁 路 都 是 私 有 制, 而 且 运 量 不 大, 特 别 是 客 运 量 更 少 并 且 认 为 电 气 化 铁 路 投 资 大. 对 通 信 信 号 有 干 扰 和 影 响 大 型 双 层 集 装 箱 运 输 但 近 年 来 随 着 世 界 石 油 资 源 的 日 益 短 缺 和 高 速 铁 路 的 迅 速 发 展, 已 经 出 现 了 发 展 电 气 化 铁 路 的 新 动 向 到 目 前 为 止, 已 建 成 高 速 电 气 化 铁 路 的 国 家 有 日 本 法 国 德 国 意 大 利 西 班 牙 比 利 时 英 国 和 韩 国 ; 正 在 修 建 的 国 家 除 上 述 国 家 外 还 有 荷 兰 美 国 瑞 士 瑞 典 奥 地 利 丹 麦 俄 罗 斯 澳 大 利 亚 和 中 国 台 湾 加 拿 大 捷 克 巴 西 印 度 土 耳 其 埃 及 和 中 国 也 在 积 极 筹 建 高 速 电 气 化 铁 路 截 至 2003 年, 世 界 上 已 经 投 入 运 营 的 时 速 250km 及 以 上 的 高 速 电 气 化 铁 路 已 有 20 条, 其 长 度 达 5898.6km 四 世 界 电 气 化 铁 路 未 来 10 年 的 发 展 动 向
目 前 世 界 铁 路 正 处 于 一 个 良 好 的 发 展 时 期, 主 要 表 现 在 铁 路 基 础 设 施 投 资 连 年 持 续 增 长 在 工 业 发 达 的 国 家 投 入 巨 额 资 金, 大 力 发 展 高 速 铁 路 和 城 市 轨 道 交 通, 发 展 中 国 家 也 投 入 巨 额 资 金 积 极 修 建 铁 路. 扩 大 铁 路 网 预 计 到 2015 年, 世 界 修 建 高 速 电 气 化 铁 路 的 国 家 和 地 区 将 达 到 23 个, 高 速 电 气 化 铁 路 里 程 将 达 到 3 万 km 例 如,1989 年 欧 共 体 曾 提 出 了 一 个 到 2010 年 的 欧 洲 高 速 电 气 化 铁 路 网 发 展 规 划, 其 发 展 目 标 是 新 建 和 改 建 1.5 万 km 的 时 速 250-350km 的 高 速 电 气 化 铁 路 网, 到 2015 年, 该 高 速 电 气 化 铁 路 网 还 将 延 伸 到 波 兰 的 华 沙, 俄 罗 斯 的 莫 斯 科 ; 日 本 计 划 到 2015 年 在 日 本 列 岛 上 建 成 一 个 一 日 可 达 的 总 长 达 3320km 的 新 干 线 网 ; 美 国 也 开 始 加 快 高 速 铁 路 和 城 市 轨 道 交 通 的 建 设 计 划 修 建 13 条 总 长 达 13364km 的 高 速 铁 路, 大 约 有 20 个 城 市 扩 建 和 新 建 城 市 轨 道 交 通 ; 亚 洲 的 韩 国 中 国 台 湾 土 耳 其 和 非 洲 的 埃 及 等 国 家 也 正 在 修 建 和 计 划 修 建 高 速 铁 路 ; 俄 罗 斯 已 是 电 气 化 铁 路 很 发 达 的 国 家, 在 新 世 纪 头 10 年 内 计 划 修 建 8000 多 km 电 气 化 铁 路, 到 2010 年, 俄 罗 斯 的 电 气 化 铁 路 总 里 程 将 达 到 49115km; 印 度 也 计 划 修 建 6000-7000km 电 气 化 铁 路 到 2010 年, 印 度 的 电 气 化 铁 路 总 里 程 将 超 过 2 万 km, 其 建 设 速 度 都 将 超 过 20 世 纪 90 年 代 ; 中 国 将 修 建 1.1 万 km 电 气 化 铁 路, 到 2010 年 中 国 的 电 气 化 铁 路 总 里 程 将 达 到 2.6 万 km, 届 时, 中 国 的 电 气 化 铁 路 里 程 将 仅 次 于 俄 罗 斯, 跃 居 世 界 第 二 位 同 时 据 新 批 准 的 中 国 中 长 期 铁 路 网 规 划, 中 国 的 电 气 化 铁 路 还 会 有 更 大 更 快 的 发 展 2000 年, 在 南 非 共 和 国 召 开 的 世 界 铁 路 会 议 上, 许 多 国 际 知 名 专 家 认 为 : 在 客 货 运 量 比 较 大, 基 础 设 施 又 比 较 好 的 国 家, 应 大 力 发 展 电 气 化 铁 路, 其 所 占 比 重 ( 即 电 气 化 率 ) 应 在 50% 60% 及 以 上, 所 承 担 的 铁 路 运 量 比 重 应 在 80% 以 上 这 些 专 家 预 测 在 世 界 能 源 储 量 方 面, 石 油 储 量 综 合 估 算 大 约 为 1180 亿
一 1510 亿 t. 仅 够 用 40 50 年, 天 然 储 量 大 约 为 131800 兆 一 152900 兆 m3, 只 能 够 用 50 60 年, 煤 炭 储 量 大 约 为 5600 亿 t, 仅 够 用 200 300 年 同 时 各 国 运 营 实 践 还 证 明. 电 力 牵 引 与 内 燃 牵 引 相 比, 其 优 越 性 越 来 越 大, 如 电 力 牵 引 耗 用 的 标 准 燃 料 比 内 燃 牵 引 低 15%, 电 力 机 车 的 生 产 率 比 内 燃 机 车 高 54%, 电 力 牵 引 的 运 输 成 本 比 内 燃 牵 引 低 60% 因 此, 专 家 们 建 议 : 像 俄 罗 斯 中 国 这 样 的 运 量 较 大, 基 础 设 施 又 较 好 的 国 家 在 双 线 铁 路 货 物 周 转 量 达 到 2000 万 2500 万 t km 时 ( 原 规 定 标 准 为 3300 万 一 3500 万 t km), 就 应 进 行 电 气 化 而 像 德 国 法 国 日 本 英 国 这 样 的 国 家. 在 双 线 铁 路 货 物 周 转 量 达 到 1000 万 一 1600 万 t km 时 ( 原 规 定 标 准 为 1500 万 一 2000 万 t km), 就 应 进 行 电 气 化 根 据 这 些 专 家 的 意 见 和 建 议, 特 别 是 考 虑 到 近 年 来 世 界 各 国 对 环 境 保 护 的 呼 声 日 益 强 烈, 预 计 今 后 10 年 世 界 电 气 化 铁 路 ( 包 括 城 市 轨 道 交 通 ) 必 将 迎 来 一 个 更 大 更 快 的 发 展