CC BY
45
УДК 656.224/.225.004.4
М. Б. КУРГАН, Н. П. ХМЕЛЕВСЬКА, М. М. ЧЕРНЯКОВ (ДПТ)
ВПРОВАДЖЕННЯ РЕСУРСОЗБЕР1ГАЮЧИХ ТЕХНОЛОГ1Й ПРИ РОЗМЕЖУВАНН1 ВАНТАЖНОГО Й ПАСАЖИРСЬКОГО РУХУ
Встановлено аналiтичнi залежностi витрат електроенерги ввд середшх значень ухилiв на дшянщ, маси пойда i вантажонапруженостг
Установлены аналитические зависимости затрат электроэнергии от средних значений уклонов на участке, массы поезда и грузонапряженности.
The analytical dependences of electric energy losses on average track section gradient values, train mass and freight traffic density are determined.
Загальш положення. Мета дослщження
Для прискорення процесу штеграцп затз-ничного транспорту Украши в мiжнародну транспортну систему кра!н европейського еко-номiчного спiвтовариства, розробленi проект «Свро 2012», програма енергозбереження на залiзничному транспортi, спецiалiзацiя напрям-юв для розмежування вантажного й пасажирсь-кого руху тощо (рис. 1).
В Укра!ш прийнято «Стратегiю розвитку за-лiзничного транспорту до 2020 року» [1], яка передбачае модершзащю залiзничних лiнiй за напрямками мiжнародних транспортних коридорiв, подальшу електрифiкацiю затзнич-них лiнiй з iнтенсивним рухом вантажних по!з-дiв, пiдвищення швидкост руху вантажних по-iздiв до 100...120 i пасажирських - до 160...200 км/год, зниження питомих витрат енергоре-сурсiв.
Рис. 1. Схема розмежування пасажирського та вантажного руху
Розглянемо бшьш детально питання енергозбереження ресуршв, необхiднiсть вирiшення якого наголошуеться в «Стратегii ...».
Використання електричноi тяги при переве-зенш вантажiв i пасажирiв за останш десять
рокiв складае вiд 83 до 86 % у вантажному рус i близько 80 % у пасажирському русi [2]. Тому було виконано подальшi дослiдження стосовно електричноi тяги.
© Курган М. Б., Хмелевська Н. П., Черняков М. М., 2010
Як випливае з розрахунюв, результати яких зниження питомих витрат на одиницю роботи наведено на рис. 2, спостерпаеться стабiльне на електрифiкованих напрямках затзниць.
Рис. 2. Динашка питомих витрат електроенерги при електричнш тяз1
Аналiз витрат колiйного, локомотивного i господарства електропостачання показуе, що питома вага в загальнш сумi експлуатацшних витрат по колiйному господарству складае вiд 15,4 % (Приднiпровська й Ивденна залiзницi) до 21,2 % (Львiвська залiзниця), по локомотивному - вщ 30,9 (Донецька залiзниця) до 43,1 % (Пiвденна залiзниця), по господарству електропостачання цей показник змшюеться вiд 1,7 % (Ивденна залiзниця) до 3,0 % (Ивденно-За-хiдна).
Розрахунки показали, що iз загального обся-гу паливно-енергетичних ресурсiв найбiльшi витрати припадають безпосередньо на тягу по-lздiв. Встановлено, що ч^ко! залежностi мiж витратами електроенерги i витратами на пере-везення немае. Бiльш наглядно цей факт можна iлюструвати змiною коефщента, що визначе-ний як сшввщношення витрат на перевезення до витрачених енергоресуршв на тягу поlздiв (у фiзичних одиницях - т.у.п.) (рис. 3).
д Я
¡5 &
3 £
& ?
а «я
К ^
® I -
&
и
(О
12
10
10.5
7.5 8.5 7 1 8.8
А А
Донецька Придншр. Пiвденна Швд-Зах. Одеська а к ь с '2 ь
8
6
4
2
0
Рис. 3. Змша сшвввдношення витрат на перевезення до витрачених енергоресурав на тягу по!зд1в
Мета роботи - дослщити, як змшюеться енергоемнють вантажного по!зда, що рухаеться на рiзних дiлянках залiзницi, та яю фактори впливають на величину споживано! електро-енерги.
Системний пщхщ до вирiшення задачi енергозбереження
Постановка i вирiшення задачi енергозбереження потребуе системного шдходу. Для нор-
мального функцюнування системи (СМЗ) не-обхiдно мати мережу колiй iз роздiльними пунктами (1), вщповщний рухомий склад (2) та обладнання для забезпечення управлiння пере-везеннями (3). Щоб СМЗ безупинно функцю-нувала, необхiднi системи життезабезпечення (4): тягове електропостачання, обслуговування, що забезпечують пасажирське, колiйне, локо-мотивне, вагонне, енергетичне господарства (рис. 4).
(Системна модель залiзницi^
ш а а н 0 И
Мережа Рухомий Управ- П1дтрим- Взаемо- Норма-
коти з ка д|я 3 1Н- тивне
роздть- склад Л1ННЯ житте- шими та Ыфор-
ними д|яль- видами мац1ине
пункта- рухом ност1 транс- забезпе-
ми порту чення
Рис.4. Забезпечення нормал]
Iнформацiйне забезпечення (6) являе собою сукупшсть вiдомостей про саму СМЗ, мютить iнформацiю про транспортш потоки, технiчнi засоби транспорту, нормативну базу й iншi фактори. А яюсть СМЗ визначаеться через техш-чну ефективнiсть: безпеку руху, надiйнiсть пе-
>го функцюнування системи
ревезень, час доставки вантагав i пасажирiв тощо.
Розробка технологiй енергозбереження повинна базуватись на дiагностицi, мошторингу i прогнозi. З щею метою було запропоновано пiдсистему управлшня енергозбереженням (рис. 5).
Пщсистема управл1ння
енергозбереженням
Рис. 5. Конф1гурац1я пвдсистем
Пiдсистема управлшня енергозбереженням включае проведення комплексу заходiв та iнформацiйного забезпечення, що входять до дiагностики, монiторингу, прогнозу i прийняття рiшення.
Дiагностика - це система заходiв, пiсля проведення яких визначаеться фактичний стан параметрiв плану, поздовжнього профiлю, ко-лшно! iнфраструктури, наявнiсть постiйних i
управлшня енергозбереженням
тимчасових обмежень швидкосп руху вантаж-них i пасажирських поlздiв тощо.
Монiторинг - це контроль за використан-ням електроенерги i управлiння щодо забезпечення И економи. Монiторингу властивi не тшьки спостереження, але й аналiз шформацп, що отримана в ходi дiагностики з послiдуючим прогнозуванням.
1нформацшне забезпечення включае характеристики залiзнично! коли, динамiку накопи-чення деформацш i змiн параметрiв плану та поздовжнього профшю, спiввiдношення швид-костей руху вантажних i пасажирських по]дщв, осьового навантаження.
Прогнозування передбачае можливостi змiни шдсистеми на основi монiторингу дано! д^нки залiзницi (положення кривих, поздовжнього профшю, усунення обмежень швидко-сп, змiна спiввiдношення швидкостей руху ва-
нтажних i пасажирських поlздiв, осьового на-вантаження, тощо).
Рiшення - це розробка управлшських дiй щодо змiни само! пiдсистеми.
Аналiз електроенерги показав, що одними iз заходiв скорочення витрат повиннi бути змен-шення затримок i кiлькостi неграфшових зупи-нок поlздiв. Вiд загально! кiлькостi затримок у 2008 рощ найбшьша кiлькiсть приходиться на колшне (35,3 %) господарство (рис. 6).
400
§ 300
(-с
э
"¡5
о х
в и
Ш
х &
Й го
200
100
321
201.2
108.9
52.3
<и X
'ч
О
<и X и
в ¡-
о 5! о и о
ч
к X X
СЗ
Ел н о о X о
<и ч
м
<и <и
и X
л X
с р о
к а
* т
а
с
а
С
32.5
11.8
61.4
43.8
я ЕЕ
о X я о
сг <и В д
(я сг <и в <и р X р
и т о
сг X И
ы
РЧ р
л а с
Господарства
Рис. 6. Затримки по!зд1в по господарствах Укрзал1знищ
Монiторинг за використанням електроенер- представлено в табл. 1. ги на тягу поlздiв колiйним господарством
Мошторинг по кол1йному господарству
Таблиця 1
Заходи Результат
1. Зменшення шлькосп тривалих 1 тимчасових обмежень швидкосп руху по!зд1в Покращуеться використання рухомого складу й юнуючо! шфраструктури
2. Перехвд ввд велико! кшькосп малих за тривал1с-тю «в1кон» до невелико! кшькосп довготрива-лих «в1кон»
3. Зменшення опору ввд кочення кол1с по рейкам, що залежить ввд техшчного стану верхньо! бу-дови коли Знижуеться отр руху рухомого складу до 15 %, що призводить до зменшення зносу коли й рухомого складу, зменшенню роботи сили тяги локомотива й роботи сил опору, пвдвищенню швидкосп руху
4. Зменшення опору ввд удар1в в стиках рейок вна-слщок нер1вностей коли в профш й плаш
0
Досшження фактор1в, що впливають на витрати електроенергп
Дослiдження виконано для мереж залiзниць, що зв'язуе Львiв i Кш'в (рис. 7). Хiд Львiв-Здолбунiв-Киlв мае довжину 565 км, Львiв-Жмеринка-Киlв - 625 км. Керiвний ухил
в обох напрямках близько 8 %о. Розрахунки ви-конувались за допомогою програми MovRW для рiзних мас рухомого складу на рiзних за складнiстю дiлянках поздовжнього профшю, що дае можливiсть визначити вплив основних факторiв на величину спожито1 електроенергп.
Коростень
Здолбун1в
Новоград-Волинський
Льв1в
Кив
Фаст1в
Тернопть
П1дволочиськ
е9
В1нниця
610 Жмеринка
Рис. 7. Маршрути руху по1зд1в мгж Киевом 1 Львовом
Для визначення факторiв, якi впливають на енергетичш витрати, розглянемо рiвняння руху по1зда
Я. = та + Ж + Ж + Жг .
(1)
У виразi (1) ^ - сила тяги локомотива; т - маса по1зда; а - прискорення по1зда; Жо -сила основного опору руху; Ж,, Жг - сили до-даткового опору руху вщповщно вiд ухилiв i кривизни коли.
Значення основного i додаткових опорiв руху, визначаються для кожного рухомого складу емшрично за даними [3, 4].
При вщомш силi тязi, що витрачаеться на тягу поlздiв, можна визначити механiчну роботу локомотива на дшянщ довжиною Ь
i, в свою чергу, залежить вщ тертя кочення i ковзання колю по рейках, втрат живо1 сили вщ ударiв i коливань, тобто в кшцевому пiдсумку -вщ стану рухомого складу i коли.
Визначивши мехашчну роботу локомотива ЯМ i врахувавши коефiцiент корисно1 дп елек-тровоза п, визначаються витрати електроенергп на тягу по1зда [6]
Е = Ям
п
або
Е =
| Ж0 йз + | +1 Жгйз + | тайз
V г1
- (3)
Ям =|
(2)
де I - частина дiлянки Ь, на якiй сила тяги локомотива ^ > 0.
До дшянок I вiдносяться д^нки розгону, а також дiлянки, на яких по1зд рухаеться з по-стiйною швидкiстю на пiдйомах, площадках i спусках, якщо сила додаткового опору руху вщ ухилу Ж, i кривизни коли Жг не перевищуе величини основного опору руху, тобто (Ж + Жг) < Ж0. Основний отр руху мае мюце при рус по1зда по прямiй i горизонтально коли
Аналiзуючи рiзнi технологи енергозбереження [5 - 7], приходимо до висновку, що одним iз основних шляхiв скорочення витрат на тягу поlздiв е зменшення складових частин, що входять до формули (1).
Для порiвняння енергоемност вантажного по1зда, що рухаеться на дшянках залiзницi з рiзним значенням середнього ухилу, розрахунки виконаш для вантажного по1зда 4000 т. Результата розрахунюв для напрямку Львiв-Здолбушв-Кшв наведено на рис. 8 i 9 (в прямому й зворотному напрямках); для напрямку Львiв-Жмеринка-Киlв - вщповщно на рис. 10i 11.
Рис. 8. Залежнють витрат електроенерги ввд середнього ухилу (напрямок Льв1в-Жмеринка-Ки!в)
16 14 12
Та.
и
и
о &
и %
6
« 6 &
-0 £ 8
со
4 2 0
Львiв-Жмеринка-Киlв
-8.0 -6.0 -4.0 -2.0 0.0
Середнш ухил, %о
2.0
А = 0,0583 2 + 0,6443 i + 6,17
- | < < I
<
4.0
6.0
16 14 12
Та.
е
е
о &
и £
5 й 6
л
6
I10 ^ 8
СО
Ктв-Жмеринка-Ль в1в
А = 0,0281 12 + 0,5345 1 + 6,64
К
Л 1 \| ><
г V У
Л
»
-6.0 -4.0 -2.0 0.0 2.0
Серед нш ухил, %о
4.0
6.0
8.0
Рис. 9. Залежнють витрат електроенерги ввд середнього ухилу (напрямок Ки!в-Жмеринка-Льв1в)
Встановлено, що витрати електроенерги (А) в залежносп вiд середнього ухилу (/) можна описати полiномом друго! степенi. За знайде-ними на кожному напрямку аналiтичними за-лежностями визначено витрати електроенерги для рiзних середшх значень ухилiв (табл. 2) i встановлено, що пiвнiчний хщ Львiв-Здол-бушв-Кшв за параметрами плану й профшю дещо складшший i потребуе бiльших витрат
електрично! енерги, що повинно бути врахова-не при розмежуванш вантажного й пасажирсь-кого руху i спещатзаци напрямюв.
Безумовно, крiм параметрiв профiлю й плану на витрати електроенерги впливае маса i ю-льюсть по!Здiв. Для прикладу, на рис. 12 показана залежнють витрат електроенерги для парного й непарного напрямку на дшянщ Корос-тень-Шепеивка.
P^. 10. Зaлeжнicть витpaт eлeктpoeнepгiï в1д cepeдньoгo ухилу (нaпpямoк Льв1в-Здолбушв-Кшв)
Львiв-Здoлбyнiв-Kиïв
16 14
! 12 e
® S10 & S
5 J¿ S
a i- S s¿ б
s IS
p
H
s
Cû
4 2 0
-4 -2 0
Сepeднiй ухил, %o
А = 0,02б9 i2 + 0,S1S i + S,51
i A t
j Л i M
К iktl 4 \
/ 1 i V
4/ 4
г V N
•
Кшв-Здoлбyнiв-Львiв
'С
p
e
s
& ы
5 ¿ 3
Я À
IS
6
s
В
15
16 14 12 10
5
6 4 2 0
А = -0,0032 i2 + 0,951 i + 7.74
A
i ► t
ж t
ГД 4 1 Я 1
\
¡I
V
4
-4 -2 0 2 4
Сepeднiй ухил, %
Pиc. 11. Зaлeжнicть витpaт eлeктpoeнepгiï в1д cepeдньoгo ухилу (на^имок Киïв-Жмepинкa-Львiв)
2
4
Як видно з p^. 13, зaлeжнicть мiж витpaтa-ми eлeктpoeнepгiï i мacoю pyxoмoгo cклaдy ль нiйнa. Алe ^и збiльшeннi мacи змeншyeтьcя кiлькicть пoïздiв i зaгaльнi витpaти eнepгiï змe-ншyютьcя (pиc. 13).
ВИСНОВКИ
1. На ocнoвi пpoвeдeнoгo дocлiджeння вста-нoвлeнo, що на cyчacнoмy eтaпi пocтaнoвкa i виpiшeння зaдaчi eнepгoзбepeжeння пoтpeбye cиcтeмнoгo пiдxoдy. Зaпpoпoнoвaнo пiдcиcтeмy
loo
управлшня енергозбереженням, яка включае дiагностику, мошторинг i прогноз. Представлено мошторинг по колiйному господарству, що дозволяе впроваджувати конкретнi заходи i пе-редбачати очiкуваний результат з енергозбере-ження.
2. Встановлено аналiтичнi залежносп витрат електроенергй вiд середнiх значень ухилiв на дiлянцi, маси по!зда i вантажонапруженостi, що
дае можливють прогнозувати i оцiнювати ре-зультати заходiв з енергозбереження. Показано, що швшчний хiд Львiв-Здолбунiв-Ки!в за параметрами плану й профшю дещо складшший i потребуе бiльших витрат електрично! енерги, що повинно бути враховане при виршенш за-дачi розмежування вантажного й пасажирсько-го руху i спещатзаци напрямкiв.
Таблиця 2
Питом1 витрати електроенергй (Вт-г/т-км) в1д середнього ухилу
Середнш Львш-Жмеринка-Ки!в Льв1в-Здолбушв-Ки!в
ухил, %0 парний непарний парний непарний
-6 4,40 4,44 4,57 1.92
-4 4,53 4,95 5,67 3.88
-2 5,12 5,68 6,98 5.83
0 6,17 6,64 8,51 7.74
2 7,69 7,82 10,25 9.63
4 9,68 9,23 12,21 11.49
6 12,13 10,86 14,39 13.33
8 15,05 12,71 16,78 15.14
70
н И
а «
Ь
£ ч « :9
8 н я а
60
8 50
3 §
40
30
А (С )= 0,0107 С + 10,06 61.4
48.6 55.3
. — — * ~~ " _ ^ -А -- 47.7
д— ~~ 38.1 43.0 А (0= 0,008 С + 9,20
3500
4000 4500
Маса рухомого складу, т
5000
парний
.Шшйний (парний)
непарний
-Лшйний (непарний)
Рис. 12. Залежнють витрат електроенергй на 1 пойд на дшянщ Коростень-Шепепвка
Маса рухомого складу, т
О парний Д непарний
-Лшшний (парний) — Л1н1йний (непарний)
Рис. 13. Залежшсть витрат електроенергй ввд маси по!зда при вантажонапруженосп 10 млн т-км/км
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Стратепя розвитку зал1зничного транспорту на перюд до 2020 року [Текст] : Схвалено розпорядженням Кабм1ну Укра!ни в1д 16.12.09 № 1555-р. - К., 2009. - 5 с.
2. 1нженерна записка про техшчний стан зал1з-ничного транспорту Укра!ни [Текст]. - К., 2008. - 137 с.
3. Правила тяговых расчетов для поездной работы [Текст]. - М.: Транспорт, 1985. - 287 с.
4. Гребенюк, П. Т. Тяговые расчеты [Текст] : справочник / под ред. П. Т. Гребенюка, А. Н. Долганова, А. И. Скворцовой. - М.: Транспорт, 1987. - 272 с.
5. Впровадження технологш енергозбереження при перевезеннях зал1зничним транспортом на напрямку Знам'янка-Долинська-Мико-ла!в-Херсон-Джанкой [Текст] : техшко-економ1чне обгрунтування. - Д.: Дншродш-ротранс, 2008. - 179 с.
6. Метод постоянных перегонных скоростей для оценки энергозатрат на тягу поездов [Текст] / Л. А. Мугинштейн [и др.] // Вестник ВНИИЖТ. -2000. - № 4. - С. 16-19.
7. Вплив шдвищення швидосп руху по!зд1в на витрати енергоресурав [Текст] / I. П. Корже-невич [та 1н.] // Вюник Дн1пропетр. нац. ун-ту зал1зн. трансп. 1м. акад. В. Лазаряна. - 2008. -Вип. 22. - Д.: Вид-во ДНУЗТ, 2008. -С. 233-239.
Надшшла до редколеги 24.05.2010.
Прийнята до друку 08.06.2010.
