ЭЛТРАНС 2017


Энергетическая эффективность железнодорожных перевозок

Снижение энергоемкости перевозочного процесса является одним из ключевых условий обеспечения конкурентоспособности железнодорожного транспорта.

Актуальным вопросам обеспечения энергетической эффективности железнодорожных перевозок посвящена статья ректора Омского государственного университета путей сообщения, доктора технических наук доцента Сергея Михайловича Овчаренко.

Поиск путей повышения эффективности использования энергоресурсов на тягу поездов как основного вида деятельности ОАО «Российские железные дороги» можно считать приоритетным.

В Омском государственном университете путей сообщения вопросам обеспечения энергетической эффективности железнодорожных перевозок уделяется большое внимание. Так, для развития научной деятельности в данном направлении в 2013 году под руководством почетного работника транспорта России, доктора технических наук В.Т. Черемисина создан научно-исследовательский институт энергосбережения на железнодорожном транспорте, осуществляющий научные исследования и разработки в области энергоэффективности и энергетического аудита по следующим направлениям.

Мониторинг показателей энергоэффективности

Омский государственный университет путей сообщения имеет значительный опыт исследования энергетической эффективности структурных подразделений ОАО «РЖД». Так, проведенная в 2016 году специалистами Омского государственного университета путей сообщения апробация системы мониторинга показателей энергоэффективности структурных подразделений Западно-Сибир­ской железной дороги позволила выявить структурные подразделения с низкими показателями энергоэффективности и подготовить рекомендации по устранению фактов нерационального использования энергоресурсов.

Развитием этого направления должен стать регулярный мониторинг эффективности потребления всех видов ТЭР с учетом влияния объемов производственной деятельности, характеристик производственного процесса, состава и режимов работы энергопотребляющего оборудования и иных факторов, в том числе по цехам и производственным участкам. Одним из инструментов мониторинга может стать устройство для контроля энергетической эффективности, разрабатываемое в Омском государственном университете путей сообщения, которое в режиме реального времени осуществляет оценку показателей энергоэффективности, степени загрузки энергопотребляющего оборудования и позволяет выявлять случаи нерационального использования ТЭР.

Важнейшим фактором повышения энергетической эффективности ОАО «РЖД» является реализация Программы энергосбережения и повышения энергетической эффективности. Однако, следует отметить, что действующие методики оценки фактической экономии ТЭР не во всех случаях позволяют объективно оценить достигнутый эффект от применения энергосберегающих технических средств и технологий. Решение указанной проблемы в целом ряде случаев представляет собой сложную научно-техническую задачу, связанную с необходимостью учета влияния производственных, климатических и иных факторов на расход ТЭР.

В настоящее время в Омском государственном университете путей сообщения ведутся исследования по разработке методик оценки энергетической эффективности для мероприятий Программы энергосбережения, что позволит повысить точность определения достигаемого от их внедрения эффекта и даст возможность реализовывать комплексный подход к планированию внедрения мероприятий, направленных на повышение энергоэффективности.

Исследование рекуперативного торможения

В ОАО «РЖД» в части эффективности применения рекуперативного торможения наблюдается положительная динамика на протяжении последних лет. При этом вопросы повышения объема рекуперируемой электроподвижным составом электроэнергии и эффективности ее использования на электрифицированных участках железных дорог и в настоящее время являются актуальными. Данная проблематика сегодня рассматривается в контексте повышения эффективности тяги поездов за счет реализации организационных решений и внедрения дополнительного оборудования, например, установки на тяговые подстанции выпрямительно-инверторных преобразователей или накопителей электроэнергии на электроподвижном составе и в системе тягового электроснабжения.

В Омском государственном университете путей сообщения в 2011 году по заказу ОАО «РЖД» была разработана методика, позволяющая выполнять оценку потенциала энергоэффективности применения рекуперативного торможения, а в 2016 году методика оценки эффективности использования выработанной ЭПС энергии рекуперации. Таким образом, указанные вопросы с методической точки зрения можно считать закрытыми. Открытым остается вопрос автоматизации данных методик, которые в перспективе позволят аналитическим путем, без затрат на оснащение участков дополнительной измерительной техникой, выполнять оценку энергоэффективности перевозочного процесса.

Отдельно следует упомянуть актуальность вопросов, связанных с применением рекуперативного торможения на Московском центральном кольце (МЦК), которое по своим характеристикам является уникальным. Для принятия решений по повышению энергетической эффективности тяги поездов на МЦК в первую очередь необходимо внедрить разработанную в ОмГУПС автоматизированную систему мониторинга энергоэффективности перевозочного процесса (АСМЭПП), позволяющую выполнять синхронные измерения электрических величин (напряжения, токов, мощности и приращения энергии) на фидерах контактной сети тяговых подстанций и электропоездах для обеспечения контроля электропотребления на тягу поездов. При этом необходимо предусмотреть связь АСМЭПП с другими автоматизированными системами. Это обеспечит постоянный мониторинг энергетической эффективности перевозочного процесса с учетом состояния системы внешнего электроснабжения, применяемой технологии вождения и организации движения поездов. Организация уникального полигона в границах МЦК позволит исследовать вопросы обеспечения энергетической эффективности проектируемых в стране высокоскоростных магистралей.

Потери электрической энергии в системе тягового электроснабжения

В настоящее время в ОАО «РЖД» для оценки эффективности борьбы с потерями электрической энергии в СТЭ используется понятие небаланса в границах полигонов железных дорог. Средний уровень небаланса по сети железных дорог в 2016 году составил 7,1%. При этом небаланс в границах полигона постоянного тока составил 13,3% при разбросе значений по дорогам от 9,1 до 17,1%, в границах переменного тока – 3,4% при диапазоне от 1,4 до 8,8%. Между тем, согласно экспертной оценке допустимый диапазон технических потерь электроэнергии в системе тягового электроснабжения постоянного тока должен составлять от 4 до 7%, в системе тягового электроснабжения переменного тока – от 1,5 до 3%. Учитывая вышеприведенные сетевые значения небаланса, потенциал его снижения может составлять от 6,3 до 9,3% на постоянном токе и от 0,4 до 1,9% на переменном, что в абсолютном выражении составляет от 0,8 до 1,6 млрд кВт•ч в год по сети железных дорог.

За последние годы учеными Омского государственного университета путей сообщения проведены многочисленные расчетные и натурные эксперименты, а также аналитические изыскания, посвященные вопросам исследования составляющих небаланса электрической энергии и влияющих на его значения факторов. Разработана Методика прогнозирования небаланса электрической энергии на тягу поездов в границах железных дорог, утвержденная распоряжением ОАО «РЖД» от 29.12.2016 г. №?2783/р.

На основании полученного опыта в ОмГУПС ведутся работы по созданию методики определения составляющих технических потерь электроэнергии в системах тягового электроснабжения постоянного и переменного тока. Это, в свою очередь, позволит вырабатывать адресные организационно-технические мероприятия по их снижению. Результаты расчета уровня технических потерь электроэнергии позволят также оценить долю коммерческой составляющей потерь в структуре небаланса, обусловленной неудовлетворительным состоянием средств измерения электроэнергии и организации ее учета на тяговых подстанциях и электроподвижном составе.

Оптимизация перевозочного процесса

Формирование энергосберегающих графиков движения поездов на базе АПК Эльбрус на сети дорог позволило существенно повысить энергетическую эффективность перевозочного процесса на электрифицированных участках. Однако, как показали исследования, проведенные ОмГУПС, потенциал дальнейшего повышения энергетической эффективности далеко не исчерпан.

Для проведения оценки энергетической эффективности прогнозного энергосберегающего графика движения в ОмГУПС разработана методика, позволяющая по параметрам графика движения поездов выполнить расчеты и на стадии принятия прогнозного графика выбрать более энергоэффективный вариант. Проводимые исследования показывают, что потенциал повышения энергетической эффективности зависит от условий профиля пути участка и рода тока системы тягового электроснабжения и может достигать в отдельных случаях 3–5%. Полу­ченные результаты позволили обосновать статистически значимые параметры графика движения поездов, чтобы на их основе создать модель, описывающую изменение электропотребления на участке от параметров графика движения отталкиваясь от эксплуатационных показателей текущего (отчетного) периода. Предложенный в методике инструментарий позволит избежать перегрузку межподстанционных зон, а также выбрать наилучший вариант реализации прогнозного графика движения, в том числе с точки зрения обеспечения наиболее эффективного применения рекуперативного торможения.

Если предложенное выше направление позволяет выбрать наиболее подходящий вариант реализации прогнозного графика движения, то инновационное направление по применению накопителей электроэнергии способствуют оптимизации режимов работы системы тягового электроснабжения с целью повышения энергетической эффективности всего перевозочного процесса.

В настоящее время ОмГУПСом при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и ОАО «РЖД» реализуется проект по теме «Совершенствование систем тягового электроснабжения постоянного тока с применением накопителей электроэнергии на полигонах обращения тяжеловесных и длинносоставных поездов». Результаты исследования показывают, что наиболее эффективным размещением накопителей электроэнергии в системе тягового электроснабжения являются линейные устройства – посты секционирования и пункты параллельного соединения, расположенные в непосредственной близости от лимитирующих участков. Эксперименты по определению нагрузочных режимов активных постов секционирования на Свердловской железной дороге и пассивных постов секционирования на Западно-Сибирской железной дороге показали, что возможность положительного влияния накопителей электроэнергии на условия пропуска поездов существует, особенно на участках с III-м и IV-м типом профиля.

Контроль потребления электроэнергии электроподвижным составом

К приоритетным задачам ОАО «РЖД» в области повышения энергоэффективности относится качественное улучшение структуры управления потреблением тягово-энергетическими ресурсами на основе использования современных информационных технологий, систем учета, нормирования и мониторинга потребления энергоресурсами. Решение поставленной задачи может быть достигнуто за счет: выявления локомотивов с систематическим перерасходом энергоресурсов, снижения доли непроизводительных потерь электроэнергии и отнесения их на виновных участников, снижения технологических и коммерческих потерь и повышения эффективности нормирования удельного расхода энергоресурсов.

В настоящее время ряд факторов препятствует реализации на должном уровне названных мероприятий. Так, например, зачастую существующие системы учета имеют низкий класс точности, отсутствуют системы спутниковой навигации, приборы уязвимы для несанкционированного вмешательства в их работу.

Имеются недостатки и в работе автоматизированной системы централизованной обработки маршрутов машинистов (ЦОММ). Так, источником данных ЦОММ являются маршруты машинистов, где указываются только общий расход и возврат электроэнергии по результатам работы локомотивных бригад, что ограничивает проведение более детального анализа энергопотребления ЭПС и поиска резервов сбережения энергоресурсов.

В ОмГУПС по данному направлению разработаны: технические требования к автоматизированным информационно-измерительным комплексам учета электроэнергии на тяговом ЭПС, технология контроля потребления электрической энергии ЭПС с использованием ИИК и спутниковых навигационных систем, метод снижения удельного расхода и непроизводительных потерь электроэнергии в границах зон учета железной дороги, технология определения непроизводительных потерь электроэнергии в границах зон учета железной дороги. Внедрение системы мониторинга энергетической эффективности ЭПС позволит обеспечить ежесуточный контроль непроизводительных потерь электроэнергии с отнесением их на участников перевозочного процесса и разрабатывать рекомендации по повышению эффективности использования электроэнергии ЭПС в зонах учета железной дороги.

Энергетический аудит

Одним из основных инструментов, обеспечивающих решение вопросов в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности железнодорожных перевозок, является проведение энергетического аудита. Главная задача энергоаудита – найти нерациональные потери энергоресурсов и предложить мероприятия, которые позволят их устранить. Итогом энергетического обследования может стать привлечение инвестиций для модернизации и реконструкции энергохозяйства предприятия.

Железнодорожный транспорт обладает рядом специфических особенностей, не позволяющих в полном объеме выполнить энергетической обследование по методикам, разработанным для других отраслей промышленности. В первую очередь, к таким особенностям относится технологический процесс тяги поездов.

В 2011 году сотрудниками Омского государственного университета путей сообщения была разработана, а в 2016 году актуализирована нормативно-методическая база, устанавливающая основные положения в рамках проведения энергетических обследований ОАО «РЖД».

В 2011, 2012 годах в ходе реализации Федерального Законода­тельства в ОАО «Российские железные дороги» уже выполнялось энергетическое обследование, непосредственное участие в организации и проведении которого в части электротяги принимали специалисты Омского государственного университета путей сообщения. Ожидаемый суммарный технико-экономический эффект для ОАО «РЖД», достигаемый за счет реализации предложенных мероприятий, составил 1,6% от расхода электроэнергии на тягу поездов.

Следует отметить, что 2017 год является годом проведения очередного энергетического обследования. Обладая всей необходимой для данного вида работ инструментальной базой и имея достаточное количество квалифицированного персонала, ОмГУПС планирует принять активное участие в проведении энергетического аудита на объектах ОАО «РЖД». К сожалению, на этот раз запланировано детальное обследование только объектов нетяговой энергетики. Такой подход не позволит в полной мере оценить эффективность железнодорожных перевозок, тем более что около 80% потребления ТЭР приходится именно на тягу поездов. Необходимо выполнить хотя бы комплексную экспресс-оценку энергетической эффективности тяги поездов.

И в заключении, хотелось бы отметить, что полученные результаты дают новый стимул не останавливаться на достигнутом и продолжать активно работать по новым актуальным направлениям в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности.

© Евразия Вести XI 2017

www.eav.ru