Целевые показатели энергосбережения и повышения энергетической эффективности системы тягового электроснабжения и электропотребления на нетяговые нужды

вагонов нового типа в нашей стране и обеспечить нормативную основу для развития современных видов транспорта.

Список литературы

1. Транспортная стратегия Российской Федерации на период до 2030 г. / Министерство транспорта Российской Федерации. - М., 2008.

2. Сафронов, Э. А. Транспортные системы городов и регионов: учебное пособие. [Текст] / Э. А. Сафронов. - М.: АСВ, 2007. - 288 с.

3. Сафронов, Э. А. Эффективность омского метрополитена [Текст] / Э. А. Сафронов, В.

B. Бирюков / Омский гос. техн. ун-т. - Омск, 1993. - 38 с.

4. Морозов, А. С. Легкий рельсовый транспорт - результат интеграции трамвая, метрополитена и пригородно-городских железных дорог [Текст] / А. С. Морозов // Социально-экономические проблемы развития транспортных систем городов и зон их влияния: Материалы XVI междунар. науч.-практ. конф. / Уральский гос. экон. ун-т. - Екатеринбург, 2010. -

C. 91 - 98.

5. Михайлов, А. Ю. Национальные особенности борьбы с пробками или общие проблемы транспортных систем городов [Текст] / А. Ю. Михайлов // Социально-экономические проблемы развития транспортных систем городов и зон их влияния: Материалы XVI междунар науч.-практ. конф. / Уральский гос. экон. ун-т. - Екатеринбург, 2010. - С. 36 - 46.

6. Сафронов, Э. А. Особенности решений омского метрополитена [Текст] / Э. А. Сафронов, К. Э. Сафронов // Социально-экономические проблемы развития транспортных систем городов и зон их влияния: Материалы XIII междунар. науч.-практ. конф. - Екатеринбург: АМБ, 2007. - С. 206 - 209.

7. Сафронов, К. Э. Эффективность организации транспортного обслуживания инвалидов в городах: Монография [Текст] / К. Э. Сафронов. - М.: АСВ, 2010. - 208 с.

8. Сафронов, Э. А. Сибирь и метро [Текст] / Э. А. Сафронов // Известия вузов. Строительство и архитектура. - 1995. - № 10. - С. 106 - 111.

УДК 620.9:005.93:502.174

М. М. Никифоров

ЦЕЛЕВЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ И ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ НА НЕТЯГОВЫЕ НУЖДЫ

В статье предложены целевые показатели энергосбережения и повышения энергетической эффективности системы тягового электроснабжения железных дорог и целевые показатели энергосбережения и повышения энергетической эффективности использования электроэнергии на нетяговые нужды. Дана оценка перспектив снижения значений предложенных целевых показателей.

Задача повышения энергетической эффективности перевозочного процесса на железнодорожном транспорте является одной из приоритетных при разработке «Энергетической стратегии холдинга «РЖД» до 2015 года и на перспективу до 2030 года и программа ее реализации на 2011 - 2013 гг.». Важнейшими параметрами, которые должны быть определены при разработке энергетической стратегии, являются теоретически достижимые на современном уровне развития науки и техники значения удельного расхода энергоресурсов, а также уровня потерь энергоресурсов при их транспортировке.

Оценка эффективности использования топливно-энергетических ресурсов должна осуществляться по данным о достижении целевых показателей энергосбережения и повышения энергетической эффективности, которые устанавливаются в натуральном и стоимостном исчислении и отражают удельный расход энергетических ресурсов, используемых при перевозочной деятельности.

Для ОАО «Российские железные дороги» как организации, осуществляющей регулируемые виды деятельности в сфере железнодорожных перевозок, Федеральной службой по тарифам установлены следующие целевые показатели энергосбережения и повышения энергетической эффективности ОАО «РЖД».

Энергоемкость производственной деятельности ОАО «РЖД» (условное обозначение -Ержд):

в натуральном исчислении (кг у.т./ 10 000 прив. ткм нетто) определяется как отношение годовых суммарных затрат энергоресурсов на производственную деятельность общества к приведенному грузообороту;

в стоимостном исчислении (кг у.т. / тыс. р.) определяется как отношение годовых суммарных затрат энергоресурсов на производственную деятельность общества к величине доходов ОАО «РЖД» от основных видов деятельности.

Энергоэффективностъ производственной деятельности ОАО «РЖД» (условное обозначение - Эржд):

в натуральном исчислении (ткм / кг у.т.) определяется как отношение приведенного грузооборота ОАО «РЖД» к годовым суммарным затратам энергоресурсов на производственную деятельность общества;

в стоимостном исчислении (тыс. р. / кг у.т.) определяется как отношение доходов ОАО «РЖД» от основных видов деятельности к величине годовых суммарных затрат энергоресурсов на производственную деятельность общества.

Указанные интегральные показатели позволяют оценить энергосберегающую деятель -ность ОАО «РЖД» и рассчитываются в соответствии с «Методикой определения энергоемкости производственной деятельности ОАО «РЖД», утвержденной 21 декабря 2009 г. Следует отметить, что перечисленные целевые показатели отражают эффективность использования топливно-энергетических ресурсов для ОАО «Российские железные дороги» в целом.

Однако для оценки эффективности работы отдельных хозяйств, филиалов, дочерних и зависимых обществ ОАО «Российские железные дороги» требуется установить собственные целевые показатели энергосбережения и повышения энергетической эффективности, отражающие специфику потребления ими энергоресурсов.

Для системы тягового электроснабжения железных дорог в качестве целевых показателей энергосбережения и повышения энергетической эффективности предлагается принять:

1) удельный расход электрической энергии на тягу поездов по счетчикам тяговых подстанций;

2) уровень небаланса электроэнергии на тягу поездов, отпущенной по счетчикам тяговых подстанций и потребленной по счетчикам электроподвижного состава;

3) расход электроэнергии на собственные нужды тяговых подстанций.

В условиях проходящего реформирования структуры ОАО «Российские железные дороги», связанного с разделением процессов ремонта и эксплуатации подвижного состава и стационарных объектов, не представляется возможным выполнить анализ энергетической эффективности потребления электроэнергии на нетяговые нужды на основе только статистики об объемах потребления электроэнергии на нетяговые нужды и объемах выполненной перевозочной работы.

При этом следует отметить, что значительное количество линейных подразделений железных дорог не ведут статистической отчетности об объемах выполненной работы, так как осуществляют эксплуатацию и текущий ремонт инфраструктурных объектов ОАО «РЖД» (дистанции электроснабжения, сигнализации и связи, гражданских сооружений, пути), что не зависит напрямую от объемов перевозочной работы.

Для оценки энергетической эффективности потребления электроэнергии на нетяговые нужды в ОАО «РЖД» целесообразно принять три целевых показателя энергосбережения и повышения энергетической эффективности:

1) доля расхода электроэнергии на нетяговые нужды в общем объеме потребления электроэнергии в ОАО «Российские железные дороги»;

2) отношение условно-постоянной и переменной составляющих расхода электроэнергии на нетяговые нужды;

3) удельный расход электрической энергии на выпуск единицы продукции (объема эксплуатационной работы) по видам работ для линейных подразделений хозяйств и дирекций, определенный по переменной составляющей расхода электрической энергии на нетяговые нужды.

При проведении анализа изменения целевых показателей энергосбережения и повышения энергетической эффективности системы тягового электроснабжения необходимо учитывать, что на первые два показателя оказывают влияние не только режимы работы системы тягового электроснабжения, но и техническое состояние и режимы эксплуатации электроподвижного состава, а также состояние учета электроэнергии на нем.

Анализ динамики удельного расхода электроэнергии на тягу поездов по счетчикам тяговых подстанций показывает, что основным фактором, способствующим снижению удельного расхода электроэнергии на тягу поездов является рост объемов перевозочной работы.

Одним из основных показателей, характеризующих состояние учета потребления электроэнергии на тягу поездов, является значение небаланса между расходом электроэнергии на тягу поездов, отпущенной с шин тяговых подстанций (с учетом потерь в тяговых трансформаторах), и расходом электроэнергии, потребленной по счетчикам электроподвижного состава, т. е. «условные» потери (далее - небаланс). Небаланс включает в себя технологические и коммерческие потери.

Технологические потери электроэнергии определяются технологией ее транспортировки от границы балансовой принадлежности системы тягового электроснабжения к электроподвижному составу, а также работой различных систем и устройств, связанной с организацией перевозочного процесса. Среднее расчетное значение технологических потерь электроэнергии по сети железных дорог находится в диапазоне 4,4 - 8,5 %.

Превышение значения небаланса над уровнем технологических потерь представляет собой коммерческие потери, обусловленные недостатками системы учета электроэнергии на тягу по -ездов, в том числе за счет ее отбора от контактной сети на эксплуатационные нужды, расхода на отопление, погрешности ее учета на электроподвижном составе в пути следования и в режиме горячего простоя и др.

Наблюдаемая в период с 2004 по 2009 г. тенденция снижения уровня небаланса электро-энергии на тягу поездов обусловлена следующими причинами.

Во-первых, в указанный период происходило внедрение на тяговых подстанциях автоматизированных систем коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ). В ходе внедрения указанных систем была выполнена замена измерительных трансформаторов тока и напряжения, приборов учета электроэнергии на оборудование с более высоким классом точности. В связи с этим повысилась точность измерения количества электроэнергии, отпускаемой на тягу поездов по счетчикам тяговых подстанций. Обеспечен баланс приема и распределения электроэнергии по тяговым подстанциям. Кроме того, в ряде случаев была выполнена установка приборов учета

электроэнергии на границе балансовой принадлежности, что позволило более точно учитывать технологические потери в понизительных и тяговых трансформаторах тяговых подстанций, что также привело к снижению расхода электроэнергии на тягу поездов.

Во-вторых, в рассматриваемый период было проведено значительное количество научно -технических работ, направленных на повышение точности отнесения расхода электроэнергии на тягу поездов по счетчикам электроподвижного состава границах железных дорог и участков работы локомотивных бригад с учетом взаимозаездов на смежные железные дороги.

В-третьих, в последние годы все более широкое распространение стала получать система регистрации параметров движения и автоведения (РПДА), а ее показания стали применяться для определения расхода электроэнергии по счетчикам электроподвижного состава. Это, с одной стороны, привело к увеличению удельного расхода электроэнергии по счетчикам электроподвижного состава и, с другой стороны, к снижению уровня небаланса электрической энергии на тягу поездов.

Анализ динамики потребления электрической энергии на собственные нужды тяговых подстанций в совокупности с изменением количества тяговых подстанций на сети железных дорог показал, что увеличение количества эксплуатируемых тяговых подстанций не оказывает сколько-нибудь серьезного влияния на уровень потребления электроэнергии на собственные нужды.

Основное влияние на уровень расхода электрической энергии на собственные нужды тяговых подстанций оказывает температурный фактор, так как большинство тяговые подстанции оборудованы системами электроотопления помещений, а также подогревом электрооборудования на открытой части распределительных устройств тяговых подстанций. А в летнее время значительное повышение температуры создает необходимость включения дополнительного обдува трансформаторов, что также приводит к увеличению потребления электрической энергии.

Анализ динамики потребления электроэнергии на нетяговые нужды, объема электропотребления по ОАО «Российские железные дороги» в целом и доли нетягового потребления за период 2004 - 2009 гг. показывает, что в указанный период происходило постоянное снижение как объема потребления электроэнергии на нетяговые нужды в натуральном выражении, так и его доли в общем электропотреблении в ОАО «РЖД».

Потребление электрической энергии на нетяговые нужды состоит из условно -постоянной и переменной составляющих. Условно-постоянная составляющая обусловлена наличием электрооборудования, режимы работы которого не зависят от объемов работ и носят вспомогательный характер выполнения производственно-технологического процесса. К условно-постоянной составляющей относится расход электроэнергии по следующим направ-лениям (группам) использования электроэнергии электрооборудования: наружное и внутреннее освещение, вентиляция и кондиционирование, электроотопление и калориферы, вычислительная и оргтехника, бытовые электроприборы.

Переменная составляющая обусловлена выполнением основного вида работ и зависит от его объема. К переменной составляющей относится расход электроэнергии по следующим направлениям (группам) использования электроэнергии электрооборудования: электропривод и станки, кузнечно-прессовое оборудование, насосы, электротермическое оборудование, подъемно-транспортные механизмы, сварочное и наплавочное оборудование; моечные машины; дробеструйные комплексы; окрасочно-сушильное оборудование, компрессоры, выпрямители, стенды и лабораторные установки, прочее оборудование.

В настоящее время отсутствует отчетная информация о структуре электрооборудования в структурных подразделениях железных дорог, дочерних и зависимых обществ ОАО «Российские железные дороги». Поэтому оценка существующей структуры электропотребления осуществлена на основании результатов энергетических обследований структурных подраз-

делений железных дорог, выполненных специалистами Омского государственного университета путей сообщения в 2007 - 2009 гг.

По результатам проведенных обследований выявлено, что соотношение условно-постоянной и переменной составляющих изменяется в широких пределах. Так, условно-постоянная составляющая может достигать 95 % для такого класса структурных подразделений, как станции, а для предприятий по ремонту подвижного состава условно-постоянная составляющая в отдельных случаях не превышает 20 %.

Обобщение имеющихся данных показало, что распределение электроэнергии между условно-постоянной и переменной составляющими расхода электроэнергии на нетяговые нужды происходит в настоящее время примерно поровну (с учетом статистической погрешности выборки), а отношение условно-постоянной и переменной составляющих электропотребления на нетяговые нужды близко к единице.

Показатель удельного энергопотребления на выпуск единицы продукции (энергоемкость продукции) является основным при оценке эффективности использования энергоресурсов.

Для структурных подразделений каждого хозяйства или дирекции ОАО «Российские железные дороги» существует своя номенклатура видов продукции или объемов эксплуатационной работы, по которой может быть выполнен расчет удельного расхода электроэнергии. При этом целесообразно выполнять расчет удельного расхода не от суммарного потребления электроэнергии, а только от потребления электроэнергии оборудованием, чей расход относится к переменной составляющей электропотребления структурного подразделения, зависящей от объема работы. Это связано с тем, что в структурном подразделении могут выполняться несколько видов работ и, соответственно, необходимо выполнять расчет удельного расхода электроэнергии раздельно по каждому из них. А использование при расчете удельного расхода электроэнергии общего электропотребления приведет к искажению результатов расчета из-за усредненного распределения по каждому значению удельного расхода условно-постоянной составляющей электропотребления.

В настоящее время на сети железных дорог отсутствует система статистической отчетности об объемах выпуска продукции (объемах выполненной эксплуатационной работы) по структурным подразделениям железных дорог, дочерним и зависимым обществам. Отсутствуют и консолидированные данные о структуре расхода электроэнергии по направлениям ее использования и разделения расхода на условно-постоянную и переменную составляющие. Это не позволяет выполнить анализ удельного расхода электрической энергии.

Одним из перспективных направлений снижения значений таких целевых показателей системы тягового электроснабжения, как удельный расход электроэнергии на тягу поездов по счетчикам тяговых подстанций и небаланс, является совершенствование системы учета электроэнергии.

В настоящее время объем потребления электроэнергии на тягу поездов по счетчикам тяговых подстанций на полигоне постоянного тока определяется по приборам учета, установленным на вводах 10 кВ тяговых преобразователей, входящим в автоматизированную систему коммерческого учета электроэнергии тяговых подстанций. На полигоне переменного тока объем потребления электроэнергии на тягу поездов определяется как разность между объемом принятой электроэнергии по счетчикам, установленным на вводах 27,5 кВ, и отпущенной по счетчикам, установленным на всех присоединениях 27,5 кВ кроме фидеров контактной сети. На фидерах контактной сети приборы учета электроэнергии в абсолютном большинстве отсутствуют, а в тех случаях, когда они установлены, они подключаются через измерительные трансформаторы тока и напряжения, не соответствующие требованиям, предъявляемым к системам учета электроэнергии. Для учета электроэнергии на тягу поездов по счетчикам электроподвижного состава полигона постоянного тока в основном используются электромеханические счетчики СКВТ-Д600М класса точности 2,5 и СКВТ-Д621 класса точ-

ности 2,0. На полигоне переменного тока подвижной состав оборудован в основном счетчиками СКВТ-Ф442 класса точности 2,0. Следует отметить, что значительную погрешность в учет электроэнергии на электроподвижном составе переменного тока вносит тот факт, что напряжение на счетчик подается с обмотки собственных нужд трансформатора, а не с отдельного измерительного трансформатора.

Совершенствование системы учета электроэнергии на тягу поездов может быть реализовано по двум направлениям:

1) внедрение автоматизированных систем коммерческого учета электроэнергии на фидерах контактной сети (АСКУЭ ARC);

2) внедрение на электроподвижном составе автоматизированных систем учета электрической энергии, отвечающих требованиям, предъявляемым к системам коммерческого учета электрической энергии.

В этом случае, учитывая, что расчетный уровень технологических потерь электроэнергии в тяговой сети находится в диапазоне 4,4 - 8,5 %, снижение небаланса электроэнергии на тягу поездов может составить от уровня 2009 г. от 2,8 до 6,9 %.

Следует учитывать, что само по себе совершенствование систем учета электрической энергии не приводит к экономии электроэнергии. Однако повышение достоверности учета позволит организовать контроль рациональности использования электроэнергии в указанных объемах, что в свою очередь позволит, по экспертным оценкам, повысить эффективность использования «поставленной на контроль» электрической энергии на тягу поездов на 20 %, что составит 0,56 - 1,38 % от общего расхода электроэнергии на тягу поездов. Соответственно удельный расход электроэнергии на тягу поездов по счетчикам тяговых подстанций только за счет внедрения современных систем учета электрической энергии на фидерах контактной сети и электроподвижном составе снизится на 0,65 - 1,6 кВт-ч на 10000 ткм брутто.

Снижение значения расхода электроэнергии на собственные нужды тяговых подстанций может быть достигнуто в основном путем внедрения современных систем освещения, отопления и вентиляции зданий тяговых подстанций, а также перспективных микропроцессорных систем управления, автоматики и телемеханики.

Снижение значений целевых показателей энергосбережения и повышения энергетической эффективности на нетяговые нужды может быть достигнуто за счет уменьшения потребления электроэнергии электрооборудованием по направлениям ее использования.

При этом в сегменте условно-постоянной составляющей расхода электроэнергии на нетяговые нужды основного снижения электропотребления можно добиться за счет замены ламп накаливания и газоразрядных ламп на светодиодные источники света, что позволит снизить расход электроэнергии на освещение в пять - восемь раз. Учитывая, что доля расхода электроэнергии на освещение в общем электропотреблении на нетяговые нужды со -ставляет около 23 %, ожидаемая экономия электроэнергии может составить от 18,7 до 20,5 % от общего потребления на нетяговые нужды.

Ожидать существенного снижения потребления электроэнергии по остальным направлениям использования электроэнергии, относящимся к условно-постоянной составляющей, не приходится, так как в последние годы происходит массовое внедрение современных систем кондиционирования и вентиляции воздуха, систем электроотопления, а также вычислительной техники.

В сегменте переменной составляющей электропотребления на нетяговые нужды более 80 % расхода электроэнергии приходится на станки, насосы, электротермическое, сварочное и наплавочное оборудование, компрессоры и прочее производственное оборудование.

Одним из перспективных направлений снижения расхода электроэнергии, которое находит все более широкое применение, является внедрение частотно-регулируемого привода компрессоров и насосов. В области электротермической обработки все большее распростра-

нение получают комбинированные системы нагрева (индукционный, с использованием других энергоресурсов и пр.), вакуумные электропечи, системы автоматического управления электротермической обработкой.

Эти и другие технические решения в совокупности с заменой электрооборудования избыточной мощности и проведением организационных мероприятий, направленных на обеспечение рациональности использования электроэнергии, позволят в перспективе получить снижение расхода электроэнергии на нетяговые нужды по переменной составляющей от 6,2 до 15,8 %.

Соответственно суммарное снижение расхода электроэнергии на нетяговые нужды мо-жет составить от 24,9 до 36,3 % от текущего потребления электроэнергии на нетяговые нужды при существующем объеме выполняемой ремонтно-эксплуатационной работы.

Определение конкретных мероприятий по улучшению целевых показателей энергосбережения и повышения энергетической эффективности возможно в ходе проведения обязательных энергетических обследований, которые в соответствии с действующим законодательством должны быть завершены в ОАО «Российские железные дороги» в 2012 г.

В ходе проведения энергетических обследований должны быть составлены энергетические паспорта структурных подразделений железных дорог, дирекций и иных филиалов ОАО «Российские железные дороги», подготовлены программы энергосбережения и повышения энергетической эффективности для каждого структурного подразделения, а также комплексные программы энергосбережения и повышения энергетической эффективности железнодорожных узлов.