Анализ эффективности применения рекуперативного торможения при проведении энергетического обследования объектов железнодорожного транспорта

УДК 629.4

Е. А. Сидорова, А. И. Давыдов

АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РЕКУПЕРАТИВНОГО ТОРМОЖЕНИЯ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБСЛЕДОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

В статье рассмотрены основные элементы анализа эффективности применения рекуперативного торможения при проведении энергетического обследования объектов железнодорожного транспорта.

Полное энергетическое обследование железной дороги невозможно 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. С целью объективной оценки тягового энергопотребления и выработки мероприятий по повышению энергетической эффективности перевозочного процесса специалистами кафедры «Прикладная математика и механика» Омского государственного университета путей сообщения (ОмГУПСа) предложены методика энергетического обследования тяги поездов, состав и структура специальных таблиц статистического анализа энергозатрат на тягу поездов (САЭТ) для эксплуатационного локомотивного депо (САЭТ-ТЧ), региональной дирекции тяги (САЭТ-Н) и центральной дирекции тяги ОАО «Российские железные дороги» (САЭТ-Ц), а также порядок их заполнения. Базой для формирования этих документов являются данные соответствующих аналогичных таблиц нижестоящих структурных подразделений и информация автоматизированной системы интегрированной обработки маршрута машиниста (ИОММ), содержащей генеральную совокупность данных о результатах поездок локомотивных бригад. Схема информационных потоков процесса формирования комплекса аналитических таблиц об энергопотреблении на тягу поездов на различных организационных уровнях железнодорожной отрасли приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема информационных потоков формирования аналитических таблиц САЭТ

В соответствии с методологией системного подхода объект исследования - энергозатраты на тягу поездов - целесообразно систематизировать по различным группам и признакам, позволяющим упростить их рассмотрение с учетом влияния на них основных эксплуатационных факторов. Таблицы САЭТ следует объединить в группы в соответствии с функциональным назначением входящих в них показателей, например, на уровне региональной ди-

рекции тяги рекомендовано выделить следующие комплекты таблиц:

ретроспективные ряды фактических показателей работы и энергопотребления эксплуатационных локомотивных депо железной дороги за пять лет. Эти данные служат основой для проведения анализа выполнения программы энергосбережения и повышения энергетической эффективности, выработанной при предыдущем энергообследовании, а также 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;

детализированные данные о расходе электрической энергии на тягу поездов и влияющих на него факторах на различных уровнях нормирования.

Выполненный анализ составляющих энергозатрат на тягу поездов в локомотивных депо Западно-Сибирской, Куйбышевской и Свердловской железных дорог за 2007 - 2010 гг. позволил выявить основные закономерности их изменения, определить влияющие на них эксплуатационные факторы и установить внутренние взаимосвязи между таблицами САЭТ, схема которых приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Схема внутренних взаимосвязей таблиц САЭТ

Важнейшим резервом повышения безопасности движения и энергоэффективности электрической тяги поездов является применение рекуперативного торможения, которое затрагивает интересы многих служб: движения, электроснабжения, локомотивной, пути, вагонного хозяйства, автоматики и телемеханики, связи. Однако анализ, проведенный специалистами Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ВНИИЖТа), Иркутского государственного университета путей сообщения (ИрГУПСа) и Восточно-Сибирской железной дороги в 2005 - 2007 гг., показал, что существует ряд причин субъективного и объективного характера, тормозящих применение рекуперации [1]. Это связано с тем, что различные подразделения дорог имеют не только положительные (снижение удельного расхода электроэнергии на тягу, увеличение пропускной способности участков железных дорог, повышение технической скорости, экономия тормозных колодок и др.), но и отрицательные (увеличение уровня помех на устройствах автоматической локомотивной сигнализации и в рельсовых цепях, увеличение интенсивности бокового износа рельсов и др.) результаты работы в этой сфере деятельности. Несмотря на это комплексная оценка общего технико-экономического эффекта от использования электрического торможения позволяет сделать вывод о его целесообразности. Поэтому в специальных таблицах САЭТ преду-

№ 3(7) 2011

смотрено отражение показателей эффективности применения рекуперации в структурных подразделениях железной дороги за пять лет, предшествующих проведению энергетического обследования. Базовый вариант такой таблицы для региональной дирекции тяги приведен в таблице 1.

При анализе данных об эффективности применения рекуперации особое внимание следует уделять не только абсолютным значениям удельного возврата электроэнергии в контактную сеть, но и доле возвращаемой энергии относительно ее расхода на тягу поездов. Так, данные, приведенные в таблице 1, свидетельствуют о том, что 11,7 % работы всей железной дороги выполняется в ТЧ-1 локомотивами серии ВЛ10, однако эффективность возврата электроэнергии при этом низка. Такие результаты можно объяснить несколькими причинами, подлежащими подтверждению или опровержению при дальнейшем углубленном анализе:

- машинисты не обладают навыками применения режима рекуперативного торможения;

- неисправна схема рекуперации на значительной доле электровозов локомотивного депо;

- неверно настроены инверторные установки на тяговых подстанциях;

- профиль и план пути обслуживаемых поездоучастков не позволяют применять рекуперативное торможение.

Таблица 1 - Эффективность применения рекуперативного торможения

Удельный

Удельный вес работы серии локомотива в депо в работе в целом по железной дороге, % вес возврата электро- Доля Удельный возврат Отношение

Год Серия локомотива Локомотивное депо энергии по серии локомотива в депо в возврате возвращаемой энергии от расхода на тягу электроэнергии при рекуперативном тормо- удельного возврата энергии по серии локомотива в депо к удельному возврату

в целом по желез- поездов, % жении, кВт-ч в целом по железной дороге

/0 ной дороге, % 104 ткм бр.

ТЧ-1 11,7 6,8 3,7 2,9 1,526

ТЧ-2 9,4 11,2 7,4 9,3 4,895

ВЛ10

тч-к 14,8 3,8 1,1 1,6 0,842

2010 Всего 37,2 41,6 3,2 2,6 1,368

ТЧ-2 1,5 10,2 5,2 6,6 3,474

ТЧ-4 2,6 1,9 0,8 1,3 0,684

ВЛ80Р

тч-к 0,9 5,2 2,7 1,8 0,947

Всего 4,7 19,8 3,5 3,8 2,000

Всего по дороге в 2010 г. 100 100,0 2,4 1,9 1,000

Результаты детального исследования по приведенным выше направлениям являются основой для разработки организационных и технических мероприятий по устранению выявленных негативных фактов.

Для оценки эффективности рекуперативного торможения в структурных подразделениях железной дороги целесообразно проведение комплексного эксперимента, схема которого приведена на рисунке 3. Такие исследования были выполнены специалистами ОмГУПСа на Свердловской железной дороге [3]. При этом на одном из поездоучастков был выявлен резерв снижения удельного расхода электроэнергии на тягу поездов до 20 % только за счет применения рекуперации.

Одним из важных этапов энергетического обследования является сравнительный анализ эффективности применения рекуперативного торможения локомотивными бригадами на подвижном составе разных структурных подразделений железной дороги с расчетом наиболее значимых статистических характеристик. Фрагмент аналитической таблицы результатов работы разных локомотивных депо на общем поездоучастке А - Б приведен в таблице 2, данные которой свидетельствуют о необходимости проведения обследования исправности и качества настройки систем рекуперации на электровозах ТЧ-2.

Г1 1

ЖЕ

Тяговая подстанция

Контроль качества возвращенной энергии

Потребление электроэнергии

Ш А-

Возврат электроэнергии

Показания приборов учета ТП

цгтп

Электроподвижной состав

Показания приборов учета ЭПС

ууЭПС.сч.

Измерение тока якоря и напряжения в контактной сети в режиме рекуперации

Анализ небаланса энергопотребления по счетчикам ТПи ЭПС А1¥ 'и погрешности приборов учета на ЭПС

ДЦГ (1) _ цгТП _цг ЭПС.сч.. дуу{2) _ууЭПС.расч. _ууЭПС.сч.

Расчет количества

и возвращенной энергии

Г уу ЭПС.расч.

Р-

Рисунок 3 - Схема проведения экспериментальных исследований по оценке эффективности рекуперации

Графическая схема алгоритма проведения такого анализа для показателя удельного возврата электроэнергии при рекуперативном торможении приведена на рисунке 4, где приняты следующие обозначения: Я - количество электрической энергии, возвращенной в контактную сеть при рекуперативном торможении, кВт-ч; (С>Ь) - тонно-километровая работа, 104 ткм брутто; аг - среднее квадратическое отклонение величин удельной рекуперации ^ относительно их математического ожидания (г) [2]. Аналогичное исследование проводится для определения доли возврата электроэнергии в контактную сеть относительно расхода на

Таблица 2 - Сравнительный анализ эффективности применения рекуперативного торможения

Серия локомотива Поездо-участок Ло-комотив-ное депо Доля работы на участке от работы по депо, % Доля работы на участке от работы в целом по дороге, % Средняя масса грузовых поездов, т Возврат электроэнергии при рекуперативном торможении, кВт-ч Доля возврата на участке от расхода на тягу поездов, % Удельный возврат электроэнергии при рекуперативном торможении, кВт-ч 104 ткм бр.

ТЧ-1 9,2 1,7 2886 687200 3,4 5,4

ТЧ-2 42,8 14,3 3152 3874600 2,5 4,3

ВЛ10 А-Б тч-з Все- 21,3 7,6 3350 1468100 3,1 4,7

го - 11,5 3211 6029900 3,1 4,5

Статистические характеристики

Математическое ожидание 3096 3014950 3,0 4,8

Среднее квадратическое отклонение 286 2424877 0,4 0,6

Нижняя граница доверительного интервала 2810 590072 2,6 4,2

Верхняя граница доверительного интервала 3382 5439827 3,4 5,4

с

Начало

3

Определение количества депо К, работающих на поездоучастке /

Обследование ТЧ-1

Обследование ТЧ-2

С

Конец

)

Г. =

1

(г

V к

1

Яг,-(г)?

к

1

т = 1

Обследование ТЧ-т

т = т+1

Рисунок 4 - Графическая схема алгоритма сравнительного анализа эффективности рекуперации на накладных участках работы локомотивных бригад

Рассмотренные особенности анализа применения рекуперативного торможения были реализованы при проведении энергетического обследования трех локомотивных депо на двух железных дорогах России в 2008 - 2010 гг. На основе полученного опыта можно утверждать, что потенциал снижения удельного расхода электрической энергии за счет повышения эффективности рекуперации составляет 1 - 3 %.

Список литературы

1. Рекуперация повышает энергетическую эффективность дорог [Текст] / В. Котельников, А. Я. Коган и др. // Локомотив. 2008. - № 4,- С. 20 - 22.

2. Теория вероятностей и математическая статистика: Учебник [Текст] / А. А. Белов, Б. А. Баллод и др. - М.: Феникс, 2008. - 318 с.

3. Вильгельм, А. С. Баланс электроэнергии в режимах тяги и рекуперации [Текст] // А. С. Вильгельм, А. Н. Ларин, А. И. Давыдов // Локомотив. 2011. - № 5. С 36 - 38.

УДК 658.567.1

М. С. Шерстобитов, В. М. Лебедев СПОСОБЫ УТИЛИЗАЦИИ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ

Статья посвящена рассмотрению проблемы утилизации твердых бытовых отходов (ТБО) в городах с большой плотностью населения и анализу существующих путей решения данной проблемы. К основным способам утилизации ТБО относятся складирование отходов на полигонах, комплексная сортировка с переработкой выделенных компонентов, биотермическое компостирование, мусоросжигание. Из перечисленных вариантов обезвреживания ТБО особое внимание уделено сжиганию отходов на колосникового решетке с наклон-но-переталкавающам механизмом.

Твердые бытовые отходы - это бытовой мусор, который за ненадобностью выбрасывается населением городов и поселков городского типа из жилых и общественных зданий. Сюда же можно отнести мусор сооружений непроизводственного назначения, а также смет улиц и отходы садово-парковых хозяйств (листья, трава, ветки деревьев и т. п.).

На городских свалках даже среднего города ежегодно скапливаются сотни тысяч тонн бытовых отходов. Разлагаясь, они отравляют воздух, почву, подземные воды и превращаются, таким образом, в серьезную опасность для окружающей среды и человека.

Во всем мире переработка и утилизация бытовых отходов становятся все более актуальной проблемой. Известно, что ежегодно в нашей стране скапливается порядка 190 млн м твердых бытовых отходов. Это количество ТБО с каждым годом увеличивается, и их ликвидация и обезвреживание в настоящее время становятся сложной экологической, технической и экономической проблемой городского коммунального хозяйства. Особенно остро стоит эта проблема в городах с большой плотностью населения [4].

В периодической печати появилось достаточно много статей в части утилизации ТБО, однако единой определяющей точки зрения в использовании ТБО до сих пор нет, что в значительной степени продолжает наносить вред окружающей среде.

В настоящее время известны следующие способы утилизации ТБО:

1) складирование отходов на полигонах;

2) комплексная сортировка с утилизацией выделенных компонентов;

3) биотермическое компостирование;

4) мусоросжигание.

Цель всех этих способов едина - обезвредить твердые бытовые отходы, максимально утилизировать продукты обезвреживания, ликвидировать существующие и не допускать образование новых свалок бытовых отходов, не допускать, чтобы вторичные продукты обезвреживания отходов наносили какой-либо вред окружающей среде.

Рассмотрим известные способы утилизации ТБО.

№ 3(7) 2011