中国煤炭运输系统的分析与优化

摘要：随着中国经济的高速发展，煤炭运输的供需量也在不断的增加，煤炭运输体系的优化调度迫在眉睫，如何更好地规划西煤东运和北煤南运两大主要的煤炭运输体系成为今后煤炭运输工作的重点。

本文通过对于煤炭运输供需点的分析，对煤炭运输系统提出规划，同时结合每年煤炭供需量的变化以及每月煤炭需求按月的波动情况对规划方案提出建议，以此实现今后在铁海联运的大趋势下的各种优化调度，以期在成本最低条件下的运力的合理分配。

最后，我们对于煤炭运输体系今后的发展方向提出自己的建议与期望，以期解决中国煤炭运输过程中所遇到的各类问题。

关键词：海铁联运；波动指数；运输规划
1. 引言
在经济高速发展的今天，人们对能源的发展越来越关注，煤炭作为我国目前最主要的能源，它的发展深刻影响人们的生活，为了煤炭资源更好的发展与利用，需要对煤炭运输体系进行优化，以减少运价的波动，稳定煤炭运输业的发展。

现阶段大多数文献在相关问题的探讨上主要是提出一些政策性的指导意见，本文希望通过将铁路运输与海路运输相结合，合理分配运输任务与运量，以减少不必要的消耗，缓解供需不平衡的现状，同时希望通过实现煤炭铁路直达运输与海铁联运方式的合理分工，促进铁路和水运煤炭运输市场的公平竞争，引导综合运输市场形成良好的竞争合作局面，保证我国煤炭的有效供给，从而保证我国经济健康稳定的发展。

2. 中国煤炭运输体系分析
2.1 现状分析
我国煤炭资源总量丰富。

煤炭产地主要集中在“三西”地区（即山西、陕西北部、内蒙古西部地区）、以山东、两淮为中心的华东产区、以贵州为中心的西南产区、以河南为中心的华中产区以及东北产区。

而我国煤炭消费则主要集中在经济较为发达的京津冀地区、长三角地区以及珠三角地区。

这种生产与消费在空间上的错位性分布导致我国煤炭运输基本上形成了北煤南运、西煤东运的格局[1]。

2.2 供需分析
我国煤炭运输供需量2010年分别为323500和312237万吨，2011年分别为352000和342523万吨[2]。

可以看出我国煤炭总体供需平衡，近几年出现供略大于求的情况。

由于我国煤炭消费总体是供需平衡的，一般不需要借助国外的进口，所以合理的国内运输规划是最为主要的方面。

既然要考虑总体的运输规划问题，那我们就先要明确各个供给点和需求点的供需状况，根据我国现阶段的各省煤炭的供需情况，我们的供给点主要可以设定为山西，陕西，内蒙古，河南，安徽和云南，需求点主要可以设为山东，辽宁，北京，天津，河北，江苏，浙江，福建和广东。

同时结合相关北方港口的位置.，主要有秦皇岛港，京唐港，天津港，黄骅港四港充当一个转运点，进行铁海联运[3-4]。

得到中国煤炭运输的大致运输辐射图，如图1所示[5]。

2.3 运输成本的分析
我国在煤炭运输过程中主要采用的是铁路运输以及铁海联运这一新形式，在铁路运价方面，主要由固定成本和可变成本两部分。

而港口的运价主要港口装卸费和运输费用两部分组成。

经过相关测算，发现在对东南沿海地区的煤炭供给的过程中，煤炭的铁海联运的运价要远远优于铁路直达的运价。

所以在运输的过程中，我们往往优先考虑铁海联运，但是由于港口吞吐量的限制，以及港口的位置一般仅限于沿海地区，所以铁海联运在很大程度上也受到了限制，但是随着港口建设的不断完善，铁海运输的成本优势也将更加明显，它也必将成为一个主流的运输方式[6]。

3. 优化调度的规划模型
现阶段国内的大多数优化方案都是针对煤炭运输的调度优化提出一些政策的建议和措施，缺乏规划的模型，我们在这里结合转运约束，港口吞吐量限制和铁路运输量的限制，可以找到初步的静态调度方案。

对于煤炭运输而言其主要的成本就在于运输费用，所以我们在设置目标函数时为总的运输费用最小。

这里的煤炭运输包含了港口作为转运点，形成了煤炭运输的陆路运输与海运结合的运输模型[7]。

设供给点为ai，i=1，2....n，且ai的可用供给量ai；需求点为bj，j=1，2…m，且bj 点的实际需求量为bj；港口点为ck，k=1，2，…p且ck的港口煤炭吞吐量为ck；铁路线为dl，每条铁路线的运量为dl。

变量设置：
xij从供给点i到需求点j的运输量
xik从供给点i到港口点k的运输量
xkj从港口点k到需求点j的运输量
xl为xij中经过铁路线l的运量
符号说明：
cij从供给点i到需求点j的运输费用
cik从供给点i到港口点k的运输费用
ckj从港口点k到需求点j的运输费用
目标函数为 minz= cijxij+ cikxik+ ckjxkj
约束条件设置：
1.港口转运约束：即各个港口的运入量和运出量相等，港口就相当于一个装运点，即 xik= xkj
2.供给点约束：由于总体是供略大于求，各供给省份的供给量应该大于等于运量，即ai ≧ xij+ xik
3.需求点约束：各地的需求应该都能够被满足，所以各需求省份的需求量等于运量，即bj= xij+ xkj
4.港口吞吐量约束：各供给点运送到港口的煤炭量应该在港口相应的煤炭吞吐量的范围之内，即不能超过港口吞吐量的限制，得到 xik ≦ck
5.铁路煤炭运量约束：在各条线路的各需求城市的需求量之和应该在到该需求点的各条线路的铁路煤炭运输能力之内。

即■ xl≦ dl 。

最后得到模型
将每年相应的运价，供需量带入运用excel或者lingo软件进行规划求解，就可以得到当年相应的规划方案。

4. 模型动态化的相关建议
上述的模型在很大程度上采用的是一种静态化的方法，即通过现有的供给与需求量的一个年度关系，对中国煤炭运输总体的大局运输规划进行一个优化，但是我们都知道煤炭运输时一个动态化的过程，其在两个方面表现出不确定性：1.每年各省的年供需量都会发生变化；
2.每年煤炭需求都有的淡旺季的月份，一年内的需求也会有所变化。

针对上述两种动态性我们提出两点建议。

1. 针对每年供需量的变化，可以对其进行预测，带入到模型，利用当年预测的供给与需求量，做出合理的调度与规划。

由于供给量的增长几乎每年都能赶上需求的增加，所以我们只需进行需求量的预测，供给量可以近似认为做同等增加，就各省需求变化预测而言，由于工业是煤炭需求的主要来源，可以找出第二产业gdp与煤炭需求的关系，通过对于各省第二产业gdp预测得到年需求量的值，带入到每年的模型计算中。

2. 针对煤炭需求在一年内存在的规律性波动，我们可以通过煤炭需求历年各月份的波动情况，找出规律性，来预测当月煤炭需求量的波动。

在这里可以引入一个月份波动指数θ，将它与供需点的供给量和需求量结合，得到随月份变化的各省的供给量和需求量，实现模型的动态化。

5. 结论及展望
1. 充分运用铁路与水路的联输方式：提高铁海联运的总体运输能力，以“三西”为中心的煤炭外运的铁路通道，结合现有的秦皇岛、黄骅、天津、京唐等煤炭下水港口，充分发挥铁海联运的低成本优势，实现中国煤炭运输铁路直达与铁海联运的大格局，实现运输调度的优化。

2. 扩大铁路运量及港口吞吐量：由于现在的铁海联运，以及一些铁路直达的运输受到铁路运量以及港口吞吐量的严重限制，所以需要国家出台相关政策，鼓励港口，铁路等相关基础设施的建设，以缓解当下的铁路运量紧张，港口吞吐量受限的情况，使得运输调动始终能以最优的形式呈现。

3. 根据用户的季节需求变化，适时的进行淡旺季煤炭的库存：针对煤炭淡旺季的需求，对各个煤炭需求地点进行配送，煤炭需求淡季将煤炭储存在配送中心，需求旺季，由配送中心配送，从而缓解煤炭需求旺季的压力[8]。