Характеристика энергопотребления на тягу поездов в энергетическом паспорте железной дороги

УДК 629.4

Е. А. Сидорова, А. И. Давыдов

ХАРАКТЕРИСТИКА ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ НА ТЯГУ ПОЕЗДОВ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ ПАСПОРТЕ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ

Статья посвящена вопросам проведения энергетического обследования тяги поездов на железных дорогах России.

Важнейшим инструментом, направленным на оптимизацию энергопотребления в структурных подразделениях железных дорог, является их энергетическое обследование. При его проведении формируются энергетический паспорт железной дороги, содержащий основные характеристики энергопотребления, и программа мероприятий по повышению энергетической эффективности предприятия. Полный энергоаудит на железной дороге невозможен без учета специфики отрасли, где до 80 % потребления топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) приходится на тягу поездов, однако в настоящее время никаких официальных рекомендаций по решению этой проблемы не существует. В связи с этим специалистами кафедры «Прикладная математика и механика» Омского государственного университета путей сообщения предложены методика энергетического обследования тяги поездов, состав и структура «тягового» раздела энергетического паспорта железной дороги (ЭПЖД-Т) и порядок его заполнения.

Разработанный алгоритм проведения энергоаудита тяги поездов является универсальным для структурных подразделений железных дорог с разной спецификой и включает в себя следующие основные этапы:

на подготовительном этапе решаются организационные вопросы, производится ознакомление с участками работы локомотивных бригад и структурой потребления ТЭР на тягу поездов;

непосредственно энергетическое обследование, в ходе которого производится сбор информации о работе локомотивов и потреблении ТЭР на тягу поездов в эксплуатационных локомотивных депо дороги, а также составление карт потребления ТЭР на тягу поездов по сериям локомотивов и видам движения, по непроизводительным затратам энергоресурсов и основным эксплуатационным показателям, оказывающим влияние на тяговое энергопотребление. Пример такой карты приведен в таблице 1, где приняты следующие обозначения: Э-электрическая тяга, Т - тепловозная тяга, ЭП - электровозы постоянного тока, ЭПр -электровозы переменного тока, ТМг - тепловозы магистральные, ТМн - тепловозы маневровые, РА-рельсовый автобус; гр-грузовой, пс - пассажирский, хз- хозяйственный, сб-сборный, мн - маневровый виды движения. На этом этапе производятся также предварительная оценка возможностей экономии ТЭР и выявление объектов, имеющих потенциал для энергосбережения. При этом целесообразно проведение в локомотивных депо контрольных поездок, выполняемых разными видами тягового подвижного состава;

заполнение «тягового» раздела энергетического паспорта, информационной основой для которого являются карты потребления ТЭР;

разработка программы повышения эффективности потребления ТЭР на тягу поездов, включающей в себя набор рекомендаций и план мероприятий по энергосбережению, а также оценку технико-экономического эффекта от их внедрения.

В соответствии с методологией системного подхода объект исследования «энергозатраты на тягу поездов» целесообразно разделить на составляющие по различным группам и признакам, позволяющие упростить их рассмотрение с учетом влияния основных эксплуатационных факторов. Состав раздела ЭПЖД-Т «Показатели эффективности расхода топливно-энергетических ресурсов на тягу поездов» приведен на рисунке 1. Таблицы данного раздела объединены в четырех группы в соответствии с их функциональным назначением:

ретроспективные ряды фактических показателей работы и энергопотребления эксплуатационных локомотивных депо железной дороги за пять лет. Эти данные служат основой для

06301360

проведения анализа выполнения программы энергосбережения и повышения энергетической эффективности, выработанной при предыдущем энергообследовании, а также для определения тенденций изменения основных показателей потребления ТЭР на тягу поездов;

сведения о работе локомотивов и топливно-энергетический баланс по видам тягового подвижного состава (ТПС) и структурным подразделениям железной дороги;

детальные показатели потребления электрической энергии и дизельного топлива на тягу поездов на различных уровнях нормирования, а также значения влияющих факторов.

Таблица 1 - Карта потребления ТЭР на тягу поездов по сериям локомотивов, видам движения и структурным подразделениям

Расход ТЭР, тыс. кВт-ч

Год Ме сяц Локомо- Вид тяги Вид ТПС Серия локомо- Вид дви- Общий пробег, км Работа, 104 ткм брутто норма факт рекуперация отопление пассажирских

тивное тива же- вагонов

депо ния

2010 1 ТЧ-1 Э эп ВЛ10 гр 46061 8542 645124 644861 64400 0

2010 1 ТЧ-1 Э ЭПр ВЛ80 хз 10748 258 193205 193458 0 0

2010 1 ТЧ-1 Т ТМг 2ТЭ11 с. сб 9310 1481 31946 32582 - 0

2010 1 ТЧ-1 Т ТМн О ТЭМ2 мн 5412 0 345978 346368 _ 0

2010 1 ТЧ-1 Т РА РА1 хз 621 0 1971 2114 - 0

2010 1 T4-N Э ЭП ЭП2К ПС 20758 2842 228271 228347 34200 15900

Выполненный анализ составляющих энергозатрат на тягу позволил установить основные закономерности их изменения, выявить основные эксплуатационные факторы, влияющие на отдельные составляющие, и определить внутренние взаимосвязи между табличными формами ЭПЖД-Т, схема которых приведена на рисунке 2.

Раздел «Показатели эффективности расхода ТЭР на тягу поездов»

Оценка выполнения действующей программы повышения энергоэффективности Балансы основных показателей работы и энергопотребления Расход электроэнергии Расход дизельного топлива

- Показатели работы локомотивов Структура работы локомотивов Расход электроэнергии на тягу поездов Расходдизельного топлива на тягу поездов

- Удельный расход энергии на тягу Топливно-энергетический баланс УРЭ по сериям локомотивов УРТ по сериям локомотивов

Возврат электроэнергии при рекуперативном торможении УРЭ по видам движения УРТ по видам движения

Непроизводительные потери ТЭР Возврат электроэнергии при рекуперации Непроизводительные потери диз. топлива

- Эксплуатационные показатели и метеофакторы, влияющие на потребление ТЭР Непроизводительные потери электроэнергии

Рисунок 1 - Состав ЭПЖД-Т

Для характеристики общего объема и структуры энергопотребления составляется топливно-энергетический баланс, который формируется на основе данных о потреблении электрической энергии и дизельного топлива различными видами тягового подвижного состава в разных локомотивных депо железной дороги. В отдельных формах энергопаспорта для разных видов тяги приводятся значения эксплуатационных факторов (средней массы грузовых и пассажирских поездов, технической и участковой скоростей движения, непроизводительных потерь и др.), оказывающих непосредственное влияние на величину расхода ТЭР. Исходя из информации об энергопотреблении и работе локомотивов на каждом уровне интеграции данных осуществляется расчет удельного расхода электроэнергии (УРЭ) и дизельного топлива (УРТ).

№ 4(4) 2010

Рисунок 2 - Схема внутренних взаимосвязей форм ЭПЖД-Т

С целью сравнительного анализа энергоемкости различных объектов наблюдения, а также выявления позитивных и негативных факторов, определяющих изменение уровня потребления ТЭР в структурных подразделениях железной дороги, в формах ЭПЖД-Т представлены удельные и относительные показатели структуры грузопотока и энергозатрат по различным категориям, например, по сериям локомотивов и видам движения или по сериям локомотивов и участкам нормирования за отчетный и базисный периоды. В качестве примера в таблице 2 приведен фрагмент такой формы, отражающей соотношения рассматриваемых показателей в структурных подразделениях дороги по сериям электровозов и участкам нормирования.

Таблица 2 - Удельный расход энергии по сериям локомотивов и участкам нормирования в электротяге

Серия локомоти- Участок нормирования Локомотивное депо Доля работы категории от работы в целом по дороге Удельный расход энергии, кВт-ч / 104 ткм брутто

УРЭ за отчетный период составляющие УРЭ по дороге отношение УРЭ по категории к УРЭ по участку нормирования отношение УРЭ по категории к УРЭ по дороге

ва ВЛ10 Участок 1 (Н) 1 0,058 67,3 3,9 1,015 0,772

2 0,020 62,9 1,3 0,949 0,721

3 0,005 68,5 0,3 1,033 0,786

По участку 1 (Н) 0,083 66,3 5,5 1,000 0,760

Участок 1 (Ч) 1 0,029 79,3 2,2 1,003 0,909

2 0,018 78,7 1,4 0,995 0,903

По участку 1 (Ч) 0,047 79,1 3,7 1,000 0,907

По участку N (Ч) 0,006 84,3 5,1 1,000 0,967

Всего поВЛЮ 0,384 78,1 29,9 - 0,896

Всего по дороге 1,000 87,2 100,0 1,000 1,000

В том числе по участкам нормирования

Участок 1 (Н) 0,137 79,3 10,7 - 0,909

Участок 1 (Ч) 0,081 78,9 6,4 - 0,905

Участок 2 (Н) 0,052 83,3 4,3 - 0,955

Участок 2 (Ч) 0,076 86,7 6,6 - 0,994

Участок N (Н) 0,001 95,6 ОД - 1,096

Участок N (Ч) 0,001 91,5 ОД - 1,049

06301360

На основе заполненных форм энергетического паспорта разрабатывается программа энергосбережения и повышения энергетической эффективности тяги поездов в структурных подразделениях железной дороги. Для ОАО «Российские железные дороги» как организации, осуществляющей регулируемые виды деятельности в сфере железнодорожных перевозок, Федеральной службой по тарифам в качестве основных целевых показателей энергосбережения и повышения энергоэффективности установлены следующие показатели:

энергоемкость производственной деятельности в натуральном исчислении, определяемая как отношение годовых суммарных затрат энергоресурсов на производственную деятельность (Аща) к приведенному грузообороту нетто ((С)нЬ)т(1):

12 N

X X А тс1

Е<Н>=_5!?Щ-_

т=1 а=1

где т - счетчик месяцев;

б/- счетчик локомотивных депо;

N - количество локомотивных депо на железной дороге;

энергоемкость производственной деятельности в стоимостном исчислении, определяемая как отношение годовых суммарных затрат энергоресурсов на производственную деятельность к величине финансовых доходов железной дороги (Рта):

12 N

X X Атс1

Т^<С> _ 111=1 с1=1_ . /г\ \

12 N ' К*)

X X Рцк1

111=1с1=1

энергоэффективность производственной деятельности в натуральном и стоимостном исчислении, определяемая как величина, обратная к энергоемкости:

э<н>= 1

Е<н>

1

3<с> =

?<с>

В связи с тем, что в основной отчетной форме об энергопотреблении на тягу поездов в локомотивном депо ТХО-1 отсутствуют данные о работе нетто, для расчета энергоемкости тяги поездов в натуральном исчислении целесообразно использовать работу брутто.

Для возможности контроля динамики целевых показателей по каждому направлению анализа энергопотребления на тягу поездов разработана система целевых индикаторов повышения эффективности тяги поездов, пример которой для электрической тяги приведен в таблице 3. С целью повышения энергетической эффективности тяги поездов целесообразно производить ежемесячный мониторинг ее индикаторов. Для достижения целевых индикаторов в первую очередь необходимо использовать основные энергосберегающие технические решения и технологии по тяговой и стационарной энергетике ОАО «РЖД», определенные Энергетической стратегией железных дорог России [1]. Среди них в сфере тяги поездов приведены повышение коэффициентов использования мощности локомотивов, применение энергооптимальных технологий вождения поездов (позволяет снизить энергопотребление на величину до 5 %), систем автоматизированного ведения поезда (возможно снижение до 10 % потребления ТЭР на тягу), исключение из эксплуатации локомотивов с выработанным сроком службы, которые восстанавливать экономически нецелесообразно, исключение грузовых локомотивов из пассажирских перевозок, расширение типажа маневровых локомотивов и др.

Таблица 3 - Система целевых индикаторов повышения энергетической эффективности тяги поездов

Название формы ЭПЖД-Т Индикатор Направление изменения

Расход электроэнергии на тягу поездов Расход электроэнергии Снижение

Удельный расход энергии по сериям локомотивов и видам движения Удельный расход электроэнергии по сериям локомотивов и видам движения Удельная рекуперация Снижение

Возврат электроэнергии при рекуперативном торможении Доля возврата электроэнергии в контактную сеть при рекуперативном торможении от величины потребления электроэнергии Количество неграфиковых остановок, выполнен- Увеличение

Непроизводительные затраты электроэнергии ных предупреждений об ограничении скорости, неполновесных и неполносоставных поездов; время нагона опоздания пассажирских поездов, горячего простоя; пробег в одиночном следовании Снижение

Разработанная методика проведения энергообследования тяги поездов апробирована в пяти локомотивных депо трех железных дорог Российской Федерации. При проведении технико-экономического анализа был определен потенциал снижения удельного расхода электроэнергии на тягу поездов за счет рекомендованных мероприятий, который составил не менее 3 %.

Список литературы

1. Котельников, А. В. Энергетическая стратегия железных дорог России [Текст] / А. В. Котельников // Железные дороги мира. - 2005. - № 2. - С. 16 - 23.

УДК 621.8.035

М. В. Тарута, А. Ю. Финиченко

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛОНАСОСНЫХ УСТАНОВОК ДЛЯ НУЖД ПОТРЕБИТЕЛЕЙ

В статье рассматриваются вопросы использования теплонасосных установок для обеспечения потребителей тепловой энергией. Приведены наиболее перспективные районы залегания подземных и грунтовых вод на территории России. Перечислены основные преимущества и недостатки, возникающие при эксплуатации тепловых насосов.

Широко известны преимущества использования теплонасосных установок (ТНУ): экологическая чистота, экономичность, повсеместная распространенность и др. Существенного улучшения экономических и экологических характеристик производства теплоэнергии можно достичь с помощью ТНУ, позволяющих переносить низкотемпературную возобновляемую природную энергию и вторичную низкопотенциальную теплоту до более высоких значений температуры, пригодных для теплоснабжения [1 - 3].

Применение ТНУ позволяет также приблизить тепловые мощности к местам потребления, минимизировать протяженность тепловых сетей, рассредоточить выбросы в регионе. Затрачивая на привод компрессора, к примеру, 1 кВт электрической энергии, на выходе теп-

06301360