Анализ сезонного изменения показателей энергопотребления на тягу поездов при проведении энергетического обследования структурных подразделений железных дорог

УДК 629.4

А. И. Давыдов

АНАЛИЗ СЕЗОННОГО ИЗМЕНЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ НА ТЯГУ ПОЕЗДОВ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБСЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРНЫХ ПОДРАЗДЕЛЕНИЙ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

В статье рассмотрены основные направления анализа сезонного изменения показателей потребления энергоресурсов на тягу поездов при энергетическом обследовании структурных подразделений железных дорог.

Совершенствование системы управления планированием и потреблением топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) является одним из важнейших направлений в реализации «Энергетической стратегии ОАО «Российские железные дороги». В повышении эффективности энергосбережения большое значение имеет не только внедрение нового оборудования, передовых технологий, совершенствование и модернизация существующего оборудования и подвижного состава железных дорог, но и правильно организованное управление энергопотреблением - энергетический менеджмент. Его основным инструментом является энергетическое обследование, при проведении которого должно быть сформировано два документа -энергопаспорт и программа повышения энергетической эффективности структурного подразделения.

В соответствии с Федеральным законом № 261-ФЗ от 23 ноября 2009 г. «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности...» основными целями энергетического обследования железных дорог являются:

- получение объективных данных об объеме используемых энергетических ресурсов;

- определение показателей энергетической эффективности;

- определение потенциала энергосбережения и повышения энергетической эффективности;

- разработка перечня типовых, общедоступных мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности.

Полный энергоаудит на железной дороге невозможен без учета специфики отрасли, где до 80 % потребления топливно-энергетических ресурсов 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 специальных таблиц статистического анализа энергозатрат на тягу поездов (САЭТ). Базой для их формирования являются данные аналогичных таблиц, заполняемых для нижестоящих структурных подразделений, и информация автоматизированной системы интегрированной обработки маршрута машиниста (ИОММ), содержащей генеральную совокупность данных о выполнении перевозочного процесса. Как было отмечено выше, результаты энергетического обследования являются основной составляющей системы энергетического менеджмента в сфере тяги поездов, которая приведена в виде циклической структурной схемы на рис. 1.

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

68 ИЗВЕСТИЯ Трансе НОТ ЩИ

06301360

основным эксплуатационным показателям, оказывающим влияние на тяговое энергопотребление;

заполнение и анализ таблиц САЭТ, информационной основой для которого являются карты потребления ТЭР;

заполнение типовой формы энергетического паспорта, отражающей основные технические характеристики и потребление энергетических ресурсов основными технологическими комплексами структурного подразделения;

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

Рисунок 1 - Система управления использованием ТЭР на тягу поездов

Важнейшим инструментом статистического анализа энергозатрат на тягу поездов являются таблицы, отражающие 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. В таблице 1 приведен пример таблицы «Фактические показатели удельного расхода электрической энергии на тягу поездов».

При определении целевых показателей повышения энергетической эффективности тяги поездов необходимо учитывать тенденцию изменения показателей энергопотребления, а также основных факторов, оказывающих на него влияние, для адекватной оценки технико-экономического эффекта от внедрения предложенных при энергоаудите мероприятий.

№ 2(6) 2011

Таблица 1 - Пример таблицы САЭТ «Фактические показатели удельного расхода электрической энергии на тягу поездов»

Удельный расход электроэнергии, Отношение УРЭ

Локомотивное депо кВт-ч / 104 ткм брутто, по годам в 2010 г.

Вид ТПС к УРЭ

2006 2007 2008 2009 2010 в 2006 г., о. е.

1 78,2 77,8 80,1 78,0 77,9 0,996

Электровозы

постоянного тока N 87,9 88,2 88,2 89,0 88,1 1,002

Всего 84,1 84,5 85,1 83,9 84,0 0,999

1 138,1 136,9 139,2 138,7 137,9 0,999

Электровозы

переменного тока N 154,2 155,1 153,9 154,7 154,0 0,999

Всего 146,8 145,9 147,1 147,2 146,9 1,001

Мотор-вагонный 1 224,7 225,2 224,4 226,2 225,9 1,005

подвижной состав постоянного тока

N 227,2 227,8 226,5 226,9 227,0 0,999

Всего 225,9 226,4 225,9 226,6 226,7 1,003

Мотор-вагонный 1 274,4 277,3 275,4 273,9 274,5 1,000

подвижной состав переменного тока

N 265,8 266,1 266,5 265,7 266,2 1,002

Всего 272,1 271,4 273,2 271,4 271,7 0,998

Всего по железной дороге 98,6 98,1 99,2 98,7 98,1 0,995

Для получения обобщающих показателей динамики удельного расхода энергии (УРЭ) определяются средние значения по каждой строке таблиц «Оценка выполнения действующей программы повышения энергоэффективности»: средний уровень, средний абсолютный прирост, средний темп роста и прироста и др.

Средний уровень ряда динамики характеризует типическую величину абсолютных уровней и определяется по формуле [1]:

п

_

,

п

где Р - показатель;

п - число лет между энергетическими обследованиями железной дороги.

Средний уровень удельного расхода электроэнергии для обобщающей строки таблицы 1 по этой формуле а = 98,5 кВт-ч / 104 ткм.

Средний абсолютный прирост представляет собой обобщенную характеристику индивидуальных абсолютных приростов ряда динамики. Для его определения сумма цепных абсолютных приростов ДРц делится на их число к\

к

АР = —-.

к

Значение этого показателя для удельного расхода энергии Аа, рассчитанного по общей формуле (2), равно -0,13 кВт-ч / 104 ткм брутто.

Средний темп роста - обобщающая характеристика индивидуальных темпов роста ряда динамики. Для определения среднего темпа роста показателя Р применяется формула:

70 ИЗВЕСТИЯ Транссибу Ир

06301360

где Г  = —'-— индивидуальный рост показателя в ьм периоде по сравнению с (ь1)-м.

При расчете темпа роста удельного расхода энергии Гр в рассматриваемом примере получено значение 0,999.

Средний темп прироста можно определить на основе взаимосвязи между темпами роста и прироста. При наличии данных о средних темпах роста для получения средних темпов прироста используется зависимость:

Гп=Гр-1.

В рассматриваемом примере темп прироста значения удельного расхода Гп в структурном подразделении равен -0,001.

При сравнении квартальных и месячных данных об энергопотреблении на тягу поездов часто обнаруживаются периодические колебания, возникающие при смене времен года. Эти колебания являются результатом влияния природно-климатических условий, особенностей перевозочного процесса, а также многочисленных факторов, которые могут быть регулируемыми.

Для выявления устойчивой сезонной волны, на которой не отражались бы случайные условия одного года, индексы сезонности целесообразно вычислять по данным за несколько последних лет, распределенным по месяцам. Для каждого месяца рассчитывается средняя величина уровня, затем вычисляется среднемесячный уровень для всего ряда, после чего определяется показатель сезонной волны - индекс сезонности Л - как процентное отношение средних величин для каждого месяца к общему среднемесячному уровню ряда, %:

100,

где Р1 - средний уровень для каждого месяца;

Р - среднемесячный уровень для всего ряда.

При проведении расчетов по формуле (5) следует иметь в виду, что среднемесячный уровень ряда для объемных показателей, таких как тонно-километровая работа, общий пробег, расход энергии, принимается равным среднему арифметическому, а для удельных, таких как удельный расход, удельный возврат электроэнергии в контактную сеть при рекуперативном торможении, техническая и участковая скорость, - отношению соответствующего объемного показателя и величины работы с учетом ее измерителя. Например, расчет среднемесячного УРЭ производится по формуле:

12

_

а =

X Л

к=1

где Ак - расход энергии в к-м месяце, кВт-ч или кг натурального топлива;

Л- работа локомотивов, 104 ткм брутто или 100 локомотиво-километров

При анализе сезонных колебаний удельного расхода энергоресурсов на тягу поездов целесообразно исследовать динамику этого ряда совместно с динамикой ряда тонно-километровой работы. Рассмотрим пример такого анализа по данным априорной железной дороги за три года (таблица 2).

Основным нормообразующим фактором, определяющим удельный расход ТЭР на тягу поездов, является средняя масса на ось вагона [2]. В связи с этим среднегодовое значение средней нагрузки на ось предлагается рассчитывать с учетом доли выполненной в каждом месяце тонно-километровой работы:

=ИВНЕСТИЯ Транссиба 71

- 12

^ =

/=1

7=1 7

где д, - средняя нагрузка на ось состава в ьм месяце, т;

QLi- тонно-кнлометровая работа, выполненная в ьм месяце, 104 ткм брутто. Индекс сезонности в этом случае рассчитывается также по формуле (5).

Таблица 2 - Динамика УРЭ и работы априорной железной дороги по месяцам

Месяц УРЭ, кВт-ч 104ткм бр., по годам Среднемесячный УРЭ, кВт-ч 104ткм бр. /,„, % Работа, млн ткм брутто по годам Среднемесячная работа, млн ткм брутто IsQL,%

2008 2009 2010 2008 2009 2010

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

1 95,2 95,7 94,9 95,3 101,6 590,3 607,3 612,9 603,5 84,5

2 94,6 94,9 95,1 94,9 101,2 681,6 649,5 694,2 675,1 94,5

3 93,8 93,4 94,1 93,8 100,0 678,5 705,1 691,9 691,8 96,9

4 93,9 94,0 93,7 93,9 100,1 726,1 715,9 731,2 724,4 101,4

5 93,6 93,3 93,4 93,4 99,7 744,2 732,5 741,6 739,4 103,5

6 92,9 93,0 93,1 93,0 99,2 768,0 756,1 767,7 763,9 106,9

7 92,7 92,8 92,6 92,7 98,9 775,3 769,2 778,2 774,2 108,4

8 92,8 92,6 92,8 92,7 98,9 771,5 759,4 768,8 766,6 107,3

9 93,4 93,5 93,3 93,4 99,6 769,5 762,3 747,4 759,7 106,4

10 93,6 93,7 93,8 93,7 99,9 742,7 740,1 758,2 747,0 104,6

11 94,0 93,8 93,6 93,8 100,1 703,8 677,8 711,5 697,7 97,7

12 94,3 95,1 94,0 94,5 100,8 662,3 603,5 619,7 628,5 88,0

Среднее 93,7 93,8 93,7 93,8 100,0 717,8 706,6 718,6 714,3 100,0

за месяц

Вариативность средней массы на ось по месяцам относительно значения, рассчитанного по формуле (7), определяется по формуле:

и = 100

V

12 , _v

/=1v '

12

Результаты расчета для рассматриваемого примера приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Расчет вариативности средней массы на ось вагона

Месяц Средняя масса на Доля работы за месяц от рабо- Составляющие средней массы Isq,% Квадрат отклонения массы на ось в месяце от суммы составляющих за год, т2

ось, т ты за год, o.e. на ось за год, т

1 2 3 4 5 6

1 16,1 0,070 U 101,0 0,025

2 15,8 0,079 1,2 99,1 0,020

3 15,9 0,081 1,3 99,7 0,002

4 15,7 0,085 1,3 98,5 0,058

5 16,1 0,086 1,4 101,0 0,025

6 15,7 0,089 1,4 98,5 0,058

72 ИЗВЕСТИЯ Транссиб^ Ир

06301360

Окончание таблицы 3

1 2 3 4 5 6

7 16,0 0,090 1,4 100,4 0,004

8 16,0 0,089 1,4 100,4 0,004

9 16,0 0,089 1,4 100,4 0,004

10 16,1 0,087 1,4 101,0 0,025

11 15,9 0,081 1,3 99,7 0,002

12 16,0 0,073 1,2 100,4 0,004

Всего 1,000 15,9 100,0 0,229

Вариативность средней массы на ось, % 3,9

Для наглядной оценки наличия сезонной волны индексы сезонности целесообразно представлять в виде графика. На рисунке 2 приведены индексы сезонности по данным таблиц 1,2.

109 ^ 104

99 — -^

^ дельный \

94__/ ^ \_Расход_\_

' Тонно-километровая »

/ работа *

% 89—7-^

84 I I I I I I I I I I

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Месяц -^

Рисунок 2 - График сезонного изменения УРЭ и работы априорной железной дороги

Данные графика на рисунке 2 свидетельствуют о наличии сезонной тенденции изменения тонно-километровой работы и слабого сезонного изменения удельного расхода энергии. При этом изменение средней массы на ось вагона носит случайный характер. Поэтому увеличение тонно-километровой работы в летние месяцы при отсутствии устойчивых сезонных колебаний средней массы на ось вагона обеспечивает в это время снижение величины удельного расхода электроэнергии. Рассчитанные выше показатели могут быть использованы при оценке выполнения программы повышения энергетической эффективности железной дороги.

Список литературы

1. Чернова, Т. В. Экономическая статистика: Учебное пособие [Текст] / Т. В. Чернова / Таганрогский техн. ун-т. Таганрог, 1999. - 140 с.

2. Медлин, Р. Я. Масса вагона на ось - главный нормообразующий фактор удельного расхода электроэнергии на тягу поездов [Текст] / Р. Я. Медлин, Е. А. Сидорова // Актуальные проблемы экономии электроэнергии и топлива на железнодорожном транспорте / МИИТ. М., 1988.-№4406.-С. 135- 142.

Средняя масса на ось вагона

А

\

^ Тонно-километровая / работа

дельный _расход

\

№ 2(6) 2011