Інновації і залізниця – чому ми все більше відстаємо?

Останні кілька років про модернізацію й інновації на Укрзалізниці говорили достатньо. Прикладами успішних реформ й інновацій називали запуск міжнародних поїздів, автоматизацію розподілу вагонів, закупівлю американських тепловозів, впровадження “формули” в паливних тендерах та ін. Та чи справді ці реформи такі вже й реформи і які питання зараз вирішуються на світових сталевих магістралях?

На відміну від Української залізниці, де все ще намагаються вирішити проблему  туалетів і постільної білизни в пасажирських вагонів світові залізниці пішли значно далі. Що таке водневі технології, автономні енергетичні установки, суперконденсатори і повна автоматизація ми поговоримо далі.

І ЛОКОМОТИВИ НА “БАТАРЕЙКАХ”

Audi-Alstom-1

Гібридний тепловоз з дизель-акумуляторною системою Audi Alstom

Одна з головних проблем залізниць, яку намагаються розв’язати в світі – високий показник забруднення навколишнього середовища при використанні тепловозної тяги. Двома головними перспективами вирішення цієї проблеми є впровадження локомотивів з енергетичними установками, які працюють на водневих технологіях або ж застосування  літій-іонних акумуляторних батарей.

Обидва варіанти мають свої переваги і недоліки. Перевагами застосування акумуляторних батарей є значне скорочення витрат при експлуатації транспортного засобу.

Максимальне значення к.к.д. тепловозів, які застосовуються на УЗ, складає близько 30%. При цьому тепловоз має велику кількість деталей дизельного двигуна, які працюють в умовах підвищеного зносу (високе температурне навантаження, тертя, тиск). Все це призводить до низької ефективності використання енергії вуглецевих сполук дизельного палива та високі експлуатаційні витрати на ремонт дизелів.

Акумуляторні батареї не мають цих недоліків. Адже технологія зберігання електричної енергії не передбачає великих втрат і високого зносу.

synara_hybrid_2

Російський гібридний маневровый локомотив ТЭМ9Н

Однією з перепон широкого впровадження літій-іонних акумуляторних батарей є їх відносно висока вартість і тривалість процесу зарядки. Проте в наступні кілька років експерти прогнозують, що ціна за накопичувачі енергії може скоротитися в 2 рази і наблизитися до позначки 100$ за 1 кВт×год.

Маневровий тепловоз за 12 годин свої роботи використовує близько 200-400 кВт×год.  За таких умов вартість енергетичної установки маневрового локомотива на літій-іонних акумуляторних батареях становитиме близько 1,5-2 мільйона гривень. Але навіть за нинішніх цін комплекс батарей коштує дешевше ніж ремонт старого дизеля.

Так нещодавно ДТРЗ купував старі колінвали до дизелів маневрового тепловоза за ціною 2,1-2,2 мільйони гривень. Загальні ж витрати на ремонт старого дизеля складають близько 8 мільйонів. При тому, що на світовому ринку новий маневровий локомотив на акумуляторних батареях потужністю 1000 кВт коштує близько 40 мільйонів гривень.

При модернізації наявних тепловозів серії ЧМЕ3 вартість заміни старого дизель-генератора і тягових електродвигунів може не перевищувати 20 мільйонів гривень. Але за такого варіанту локомотиву буде подовжено термін служби не менше ніж на 25 років і в подальшому витрати на експлуатацію мають зменшитися на 60-70%.

ns999

Суто акумуляторний маневровий локомотив Norfolk Southern на 1000 кВт

Недоліком батарей залишається система їх зарядки, яка потребує значних витрат часу але для маневрових тепловозів, які працюють за змінним режимом, середній простій тепловоза під час зміни локомотивних бригад і проведення ТО складає близько 2-3 години на добу, чого абсолютно достатньо для забезпечення повного циклу обслуговування і зарядки акумуляторів.

ІІ ПАРА ЗАМІСТЬ ДИМУ

От для магістральних (пасажирських і вантажних тепловозів) система зарядки акумуляторів досить незручна. Хоча ця проблема може бути вирішена в майбутньому, так як вчені активно працюють над максимальним скороченням часу зарядження накопичувача енергії та впровадження технологій зарядки під час руху (зокрема від контактної мережі), поки “швидко” акумулятори заряджати не вийде.

19564302_303

Німецький поїзд, який працює виключно на водневі

Двигуни, що працюють на водневих технологіях цих недоліків не мають, адже процес зарядки ємностей водню триває хвилини, а його енергії достатньо аби забезпечувати високу потужність протягом тривалого часу.

Головним призом при цьому є те, що на відміну від тепловозних дизелів, водневий двигун замість викидів СО і більш шкідливих газів виділяє звичайний пар.

В цьому питанні водневі технології  більш екологічні навіть порівняно з літій-іонними батареями, які використовують електроенергію, вироблену на електростанціях, що зазвичай використовують шкідливі технології (АЕС, ТЕС).

При нинішньому стані виробництва водню вартість одного кВт енергії водневих технологій в Європі становить близько 0,85-0,95% від вартості енергії, виробленої дизельним двигуном. Але зі збільшенням обсягів виробництва водень потенційно стане значно дешевшим, що дозволить вийти на економію до 20% і більше.

Недоліком водневий двигунів залишається те, що технологія їх виробництва успішно освоєна вузьким колом виробників, що обумовлює високу їх вартість. До того ж не зникає проблема зносу деталей, які працюють при високих температурах в умовах тертя.

ІІІ СУПЕРКОНДЕНСАТОРИ

Іще одним потенційним джерелом енергії є неймовірна кількість надлишкової енергії поїзда, яка нівелюється під час гальмування. Технології рекуперативного гальмування завжди були привабливими але не надто поширеними через їх недовершеність. Наявні технології здебільшого отримували лише частину енергії, через надто велику інтенсивність енергії гальмування.

dav

Суперконденсатор Yunasko

Проте останні роки світ активно почав обговорювати технологію суперконденсаторів. На відміну від акумуляторних батарей суперконденсатори здатні накопичувати енергію і віддавати її протягом відносно невеликого проміжку часу.  Проте значення цієї енергії в десятки і сотні разів більше, ніж здатні отримати потужні акумуляторні установки.

Таким чином суперкондесатори можуть стати успішним вирішення акумулювання великої кількості енергії під час гальмування поїзду і її віддачі в пікові періоди навантаження (рушання з місця вантажного поїзду, розгін).

Найуспішнішим виробником суперконденсаторів в світі залишається українська компанія Yunasko.

IV АВТОМАТИЗАЦІЯ РУХУ ПОЇЗДУ

Іще одним джерелом скорочення витрат енергії під час руху поїздів є запровадження технологій автоматизації режимів руху.

На сьогодні ефективність роботи локомотива і кількість витрати енергії на перевезення вантажів залежить від професіоналізму машиніста. Загалом витрати палива і електроенергії на перевезення у випадку різних машиністів може відрізнятися на понад 10-15%.

Система планування витрат, яка застосовується на Укрзалізниці, явно не виконує функцію максимальної економії, а лише працює фактором певного обмеження, гірше за який не має бути.

Australias_first_fully_autonomous_train_run

Американський вантажний поїзд, який працює в автоматизованому режимі

При цьому навіть найдосвідченіший машиніст не може знати і враховувати всі фактори, які існують в даний момент часу. Автоматизовані системи дозволяють не тільки оцінювати оптимальність роботи дизель-генератора в умовах співвідношення швидкості до навантаження, а й дозволяють моделювати найвигідніший режим руху, який забезпечує вчасне прибуття поїзда з мінімальними витратами корисної енергії.

Потенційний ефект АРР (автоматизованих регуляторів руху), залежно від ваги поїзду і профілю колії може дозволити економити понад 30% корисної енергії і значно зменшувати зношення тягових систем.

Вивчення перспектив запровадження автоматизованих систем режимів руху поїздів на Укрзалізниці припинилося близько 5 років тому. Автору цієї статті пощастило бути учасником команди, яка займалася розробкою першої вітчизняної системи АРР, але Укрзалізниця, очевидно, поки не бачить перспектив у впровадженні цих технологій.

Электровоз-2ЭС5-Трансмашхолдинг-фото-с-сайта-trainpix.org_

“РЖД” виділяє 318 мільйонів рублів на розробку АРР до 2019 року

V БІМОДАЛЬНИЙ ТРАНСПОРТ

Одним з недоліків всіх залізниць світу є складність адресної доставки/відправлення вантажу. Автомобільний транспорт все більше і більше витісняє залізничні перевезення з цього ринку.

Близько 20 років тому на Заході з’явилася ідея використання бімодальних (гібридних) систем, які можна перевозити як залізничними коліями так і автошляхами.

maxresdefault

Бімодальний поїзд

Зараз справа вже дійшла до бімодальних вантажівок, які зможуть будувати автономні поїзди і транспортувати вантаж не тільки швидко, але й з доставкою “до дверей”.

На жаль, на шляху до впровадження швидкісних гібридних перевезень, нам ще таки варто вирішити питання оперативності формування поїздів і швидкості транспортування. Адже в XXI столітті Укрзалізниця продовжує демонструвати неймовірні 5-7 дів на транспортування вагона на відстань менше 1000 км, а технічна швидкість вантажного руху не перевищує 50 км/год.

Володимир Даценко

zbk.org.ua

Оставить комментарий

Ваш email нигде не будет показан. Обязательные для заполнения поля помечены *

*