12. Оцінка енергетичної й економічної ефективності видів тяги

Під енергетичною ефективністю тяги варто розуміти забезпечення заданого обсягу перевезень при мінімальній питомій витраті енергоносіїв, під економічної - те ж при мінімальній питомій вартості перевезень. Найкращою ситуацією є збіг (тобто мінімізація) того й іншого показника для обраних технічних засобів тяги поїздів.

Залізничний транспорт поки що використає для тяги електроенергію й дизельне паливо. Первинними джерелами енергоресурсу для них є органічні корисні копалини — вугілля, нафта, газ, уранова руда й гідроресурси. Починаючи з видобутку первинний енергоносій, перш ніж потрапити до кінцевого споживача, наприклад залізниці, перетерплює кілька стадій переробки й транспортування (мал. ). На кожній з них відбувається часткова втрата енергоносія (тобто зниження ККД), що виражається в додаванні до первісної вартості енергоносія витрат на операції транспортування й переробки.

Рис.2. Схема потокоутворення енергоносіїв для тяги поїздів по видах джерел енергоресурсу.

I-видобуток, II-збагачення й переробка, III-перетворення в електроенергію, IV- - транспортування (подача), ТП- тягова підстанція, ТС- тягова мережа

У результаті формується інтегральний ККД використання енергоресурсів для всього ланцюга проходження енергоносія від видобутку до споживача (мал. 2 ):

,

де - ККД відповідно доставки сирого енергопродукту, його збагачення й переробки, доставки переробленого продукту, переробки первинного енергоносія, доставки його після переробки до споживача — залізниці, доставки до локомотива, переробки енергоносія в механічну енергію.

Вартість енергоносія на вході в споживача, або, інакше кажучи, тариф на енергоносій, визначається (мал. 3) як

ККД використання енергоносія на залізничному транспорті для різних видів тяги визначається в такий спосіб:

електрична тяга - ;

тепловозна тяга -

Рис.3. Схема формування енергетичної складової собівартості перевезень С_п

У численних закордонних публікаціях по даному питанню приводяться наступні діапазони значень ККД для порівнюваних видів тяги: = 0,8-0,9 і = 0,25-0,35. Дані по інтегральному ККД у закордонних матеріалах практично відсутні.

Вітчизняні фахівці, особливо в період вибору видів тяги (50 - 60-і роки), часто порівнювали інтегральні значення ККД для електротяги із ККД власно тепловоза , не з огляду на всі попередні стадії проходження дизельного палива, і робили висновки іноді не на користь електрифікації залізниць.

У цей час у силу багатоваріантності реалізації проходження енергоносія й важкоприступності одержання реальних значень і внаслідок непрозорості формування цін на енергоносії в ринкових умовах визначити достовірні значення інтегральних ККД для різних видів тяги дуже складно. Однак, наприклад, в 1990 р. МПС були опубліковані наступні значення інтегральних коефіцієнтів корисного використання енергоресурсів: = 0,3 і = 0,17.

У минулому в умовах планової економіки для найбільш доцільного державного регулювання споживання енергоресурсів важливо було знати інтегральний ККД їхнього використання різними споживачами народного господарства. У сучасних умовах ринкової економіки визначальної стає підсумкова вартість Сп енергоносія на вході технологічного процесу одержання продукції (у нашому випадку — перевезення вантажів і пасажирів). Значення Сп визначається вартістю енергоносія Рє, що стягує із залізниці, і економічністю його використань у різних варіантах реалізації тяги. При цьому зручніше оперувати не ККД, а питомими витратами енергоносія на одиницю продукції (у нашому випадку на 1 т·км) відповідно для електричної и тепловозної тяги, виражені в килограмах умовного палива (кг), що витрачається на 10⁴ т·км брутто.

У закордонній практиці техніко-економічних оцінок використається саме такий підхід. Значення ККД важливі при зіставленні варіантів технічних засобів одного типу (електровозів або тепловозів різних серій і т.д.). Побічно ККД, природно, бере участь і в питомій витраті умовного палива, оскільки характеризує економічність його використання.

Проведемо зіставлення електричної й тепловозної тяги з обліком викладеного. По стану, наприклад, на початок 2000 р. для вантажного руху питомі витрати умовного палива становили р_э = 28,45 кг/10⁴ т-км брутто й р_т = 44,4 кг/10⁴ т·км брутто. ККД систе­ми тягового електропостачання змінного струму дорівнює 0,96 — 0,97 і постійного — 0,9 - 0,92. Тоді відповідно р_э~ = 28,45/0,965 = 29,5 кг/10⁴ т-км брутто; р_э= = 28,45/0,91 = 31,3 кг/10⁴ т-км брутто.

Відносини р_т/р_э відповідно рівні 1,5 і 1,42, тобто електрична тяга по використанню енергоносія більше ефективна, чим тепловозна. Інакше кажучи, при рівному споживанні енергії (в одиницях умовного палива) електротягою може бути виконаний майже на 50 % більший обсяг робіт.

Однак остаточний висновок можна зробити тільки після розрахунку питомої собівартості перевезень для порівнюваних видів тяги. За станом на вересень розрахункового року відпускна середньомережева вартість електроенергії для залізничного транспорту становила 0,38 руб. за 1 квт·ч, а дизельного палива — 3,1 руб. за 1 кг дизельного топлива. Тоді енергетична складова собівартості перевезень для електричної тяги С_п(э). = 0,38·29,5/0,3 = 37,4 руб./10⁴ т·км брутто;

С_{п(э) =} = 0,38·31,3/0,3=39,6 руб./10⁴ т·км брутто;

для тепловозної тяги

С_п(т) = 3,1·44,4/1,45 = 94,9 руб./10⁴ т·км брутто, де 0,3 — коефіцієнт перевода 1 кг умовного палива в кіловат-години; 1,45 - коефіцієнт перевода 1 кг умовного палива в кілограми дизельного палива.

(Дані отримані по РЖД)

У підсумку одержуємо: основний економічний показник - енергетична складова собівартості перевезень електротягою в 2,4 — 2,5 рази нижче, ніж тепловозною тягою, при сформованому на початок 2000 р. співвідношенні цін на енергоносії. Як уже було показано, енергетична ефективність використання енергоносіїв для електротяги вище тільки в 1,5 рази; різниця обумовлена більше високою питомою ціною дизельного палива, віднесеної до 1 кг умовного палива, у порівнянні з тією же вартістю електроенергії: 1 кг умовного палива на початок 2000 р., одержуваний залізницями у вигляді електроенергії, коштує 1,265 руб. /кг, а у вигляді дизельного палива — 2,14 руб./кг, тобто маємо співвідношення (2,14/1,265)-1,5 ~ 2,5. При електротязі питома вага вартості енергетичної складової в загальної середньомережевої сумарної собівартості перевезень становив 10 - 12 %; додаткове подорожчання перевезень на тепловозній тязі підвищить його в загальній собівартості перевезень до 25 - 30 %. Інша частина підвищення загальної собівартості (до 1,5-2 разів) визначається експлуатаційними факторами: більший парк тепловозів на ті ж обсяги перевезень і відповідно більше число локомотивних бригад; значно більші витрати на ремонт тепловозів і їхній зміст.

Наведені дані ще раз підтверджують більше високу ефективність електричної тяги в порівнянні з тепловозної й правильність технічної політики Російських залізниць, спрямованої на всіляке розширення їхньої електрифікації.

13. Інтегральний ККД використання енергоресурсів на залізницях.

14. Формування енергетичної складової собівартості перевезень Сп

15. Зіставлення електричної й тепловозної тяги за енергоефективністю.

16. Огляд основних положень розрахунку втрат електроенергії в трансформаторах.

При розрахунках з електроенергетичною системою оплачується вся відпущена споживачеві електроенергія, включаючи й втрати в пристроях споживача. В енергосистемах оцінка звітних втрат здійснюється як різниця показань лічильників на шинах підстанцій або електричних станцій енергосистеми й споживачів [159]. На тягових підстанціях облік електроенергії здійснюється з низького боку знижувальних трансформаторів і втрати в трансформаторах не відображаються в показаннях цих лічильників, тому оцінка втрат провадиться аналітично. У цей час, у зв'язку з зростанням цін на електроенергію, встає питання про облік не тільки активних втрат, але також і втрат реактивної потужності в трансформаторах, загострюється проблема більш точної їхньої оцінки. У країнах СНД втрати електроенергії становлять близько 12% і спостерігається тенденція їхнього росту. У той же час у Канаді частка втрат становить - 8.47. Англії - 8,02. Франції -7,17 [97]. Втрати у трансформаторах становлять до 1/3 втрат у ЛЕП відповідної напруги. Таким чином, більш об'єктивний облік втрат електроенергії дозволить намітити заходи щодо їхнього зниження.

Втрати енергії в трансформаторах відповідно до нормативних документів визначаються залежно від числи його обмоток, класу напруги, коефіцієнта потужності й змінності роботи підприємства, що живить даним трансформатором. Активні втрати приймаються певним відсотком від переробленої електроенергії залежно від згаданих факторів по таблицях [102]. Особливістю тягового навантаження є значний розмах її коливання протягом доби. не дозволяє використати середні значення навантаження для оцінки втрат енергії.

У цей час орієнтовно річні втрати активної енергії в трансформаторах визначаються по формулі

де: - втрати активної потужності в сталі трансформатора;

- те ж у міді при номінальному навантаженні ;

- середня розрахункова потужність у період максимального споживання енергії;

- час максимальних втрат:

де - час використання максимального навантаження.

Невизначеність і ускладнюють використання (3.1). Правда, для різних категорій споживачів, у тому числі й електротягових, наводяться емпіричні дані для , як , де W - витрата електроенергії за рік. Облік нерівномірності електроспоживання, у цьому випадку, здійснюється приблизно залежно від змінності роботи підприємства.