Тема 12 "Экономическая эффективность применения различных видов тяги"

План:

1. Развитие новых видов тяги и их эффективность

2. Методика определения сферы экономически целесообразного применения различных новых видов тяги

3. Эффективность модернизации локомотивного хозяйства

Развитие новых видов тяги и их эффективность

Прогрессивные виды тяги — электрическая и тепловозная — начали развиваться на железнодорожном транспорте в XXвеке. В 1923 г. было принято решение о постройке первых тепловозов, а в 1924 г. в Ленинграде завершилась постройка поездного тепловоза серии Щ с электрической передачей. В 1926 г. был сдан в эксплуатацию первый в нашей стране электрифицированный участок БакуСабунчиСураханы, связавший Баку с нефтепромыс­лами на Апшероне.

В последующие годы были электрифицированы многие пригородные линии Московского узла, труднейшие горные участки железных дорог Закавказья, Урала, заполярный участок Мурманск-Кандалакша, линия Запорожье Долгинцево, ряд участков в Кузбаса и других районах страны.

Однако до Великой Отечественной войны основным видом тяги на железных дорогах продолжала оставаться паровая. В 1940 г. элек­трической и тепловозной тягой выполнялось всего лишь 2,2% от общего грузооборота железных дорог, а в 1950 г. — 5,4%. При паровой тяге железнодорожный транспорт расходовал до 30% общей добы­чи угля в стране, себестоимость и трудоемкость перевозок были вы­сокие, а условия труда большого числа работников тяжелые.

Во второй послевоенной пятилетке (1951—1955 гг.) внедрение электрической и тепловозной тяги осуществлялось несколько быс­трее, однако темпы развития были по-прежнему недостаточны. Железнодорожный транспорт, как правило, не осваивал средства, отпускаемые на реконструкцию тяги. Основным направлением уси­ления тяги оставалось повышение мощностных характеристик па­ровозов. Вместе с тем, в 1955 г. электровозы и тепловозы освоили уже 14,1% общего грузооборота железнодорожного транспорта, а протяженность линий с электрической и тепловозной тягой состав­ляла около 12 тыс. км.

Переломным стал 1956 г., когда был утвержден Генеральный план электрификации железнодорожного транспорта СССР. Осо­бенностью данного периода (1956—1970 гг.) является перевод на электрическую тягу целых направлений большой протяженности. Если в 1951—1955 гг. ежегодный прирост электрифицированных линий составлял около 0,5 тыс. км, то уже в 1956—1960 гг. он рав­нялся 1,7 тыс. км, а в 1961—1970 гг. превысил 2 тыс. км. Одновре­менно все эти годы на тепловозную тягу ежегодно переводилось по 7—8 тыс. км. В результате реализации Генерального плана элек­трификации в 1970 г. только электрической тягой было освоено 48,7%, а тепловозами и электровозами вместе — 96,5% грузооборо­та. Протяженность электрифицированных линий составила 25,1% эксплуатационной длины сети, а линий с тепловозной тягой — 56,4%.

Электрификация железных дорог и перевод их на тепловозную тягу сопровождались совершенствованием локомотивов, улучше­нием их технико-экономических характеристик.

Одним из решающих технико-экономических преимуществ элек­трической и тепловозной тяги, обусловивших полную замену ими паровой тяги, является высокий коэффициент использования энер­горесурсов, т. е. коэффициент полезного действия (КПД) электро­возов и тепловозов. Он характеризуется отношением полезно исполь­зованной энергии ко всей затраченной энергии при работе локомо­тивов. У современных электровозов КПД составляет около 0,85— 0,90 (как машины), а у тепловозов — 0,28—0,32 (самые совершенные паровозы имели КПД 0,07—0,10). Однако эти показатели не отражают уровня использования первичных энергоресурсов от момента добычи топ­лива или производства электроэнергии на ТЭС, ГЭС или АЭС до их превращения в полезную работу по передвижению поездов.

Следует различать КПД электровоза и КПД электрической тяги в целом. Суммарный коэффициент полезного действия электротя­ги учитывает все потери энергии: на ТЭС при сжигании топлива, в высоковольтных ЛЭП, на тяговых подстанциях, в контактной сети и на самом электровозе. Кроме того, учитываются также потери топлива при его добыче, транспортировке и хранении.

При прогрессивных видах тяги существенно возрастает пропуск­ная и провозная способность железных дорог. Замена тепловозной тяги электрической на однопутных линиях при профиле средней трудности повышает пропускную способность на 10—20%. На од­нопутных линиях с горным рельефом и небольшой долей перегонов с легким профилем электрическая тяга может дать прирост пропус­кной способности по сравнению с тепловозной 30—35% и более.

Рост пропускной и провозной способности электрической тяги как более надежной по сравнению с тепловозной происходит, во-первых, за счет увеличения массы поезда, что объясняется особенностью тяговых характеристик электровозов, мощность которых при небольших скоростях в условиях трудного профиля значительно повышается, у тепловозов же она постоянна в большом диапазоне скоростей; во-вторых, за счет увеличения ходовой и технической скоростей движения поезда, а также участковой скорости, осо­бенно на однопутных линиях.

Средние ходовые и техническое скорости при электрической тяге на 10—15% выше, чем при тепловозной. На загруженных двухпутных линиях применение электрической тяги позволяет благодаря росту ходовой скорости и сокращению интервала попутного следо­вания между поездами увеличить максимальную пропускную спо­собность по перегонам со 144—160 до 180—200 пар поездов (на 25%).

В результате повышения массы и скорости движения поездов при электрической тяге существенно увеличивается производитель­ность электровозов по сравнению с тепловозами. Она растет еще и потому, что электровозы могут работать на длинных тяговых пле­чах, совершая большие безостановочные рейсы, при которых зна­чительно увеличивается время их полезной работы. Наибольший прирост производительности электровозов достигается в услови­ях трудного профиля пути, так как скорость движения электровоза на руководящем подъеме может почти вдвое превышать скорость движения тепловоза. Электровозы, кроме того, могут работать по системе многих единиц, т. е. сочленяться друг с другом при синх­ронном управлении ими с одного поста, что позволяет увеличить массу поезда в несколько раз.

Производительность труда работников локомотивного хозяй­ства при электрической тяге значительно выше, чем при тепловоз­ной, а расходы по локомотивному хозяйству ниже. Это обусловли­вается более высокой производительностью электровозов по срав­нению с тепловозами, а также значительным сокращением числен­ности работников, занятых на ремонте и техническом обслужива­нии электровозов. В сопоставимых условиях при одинаковом объе­ме перевозочной работы в тонно-километрах брутто стоимость ремонта электровозов примерно вдвое, а технического обслужи­вания — втрое ниже, чем тепловозов.

Вместе с тем, при электрической тяге возникает потребность в дополнительном штате работников и дополнительных эксплуатаци­онных расходах, которых нет при тепловозной тяге. К ним относят расходы на содержание, ремонт и амортизацию контактной сети, тяговых подстанций и дистанций электроснабжения. Но эти расхо­ды относительно невелики и составляют примерно 5% в себестои­мости перевозок при электрической тяге. В целом, внедрение элект­рической тяги вместо тепловозной сокращает эксплуатационный контингент работников на 20—30%. Затраты на топливо в денеж­ном выражении при тепловозной тяге в сопоставимых условиях при­мерно в 1,5 раза больше затрат энергии при электрической тяге.

В сопоставимых условиях (при одинаковой грузонапряженнос­ти) внедрение электрической тяги вместо тепловозной снижает се­бестоимость перевозок на 10—15%. Различия фактической себес­тоимости перевозок сравниваемых прогрессивных видов тяги бо­лее существенны. Это объясняется тем, что полигон сети, обслужи­ваемый электрической тягой, имеет примерно вдвое большую гру­зонапряженность и лучшее техническое оснащение. Это преиму­щественно двухпутные линии с более высокой участковой скорос­тью, меньшим числом остановок и меньшими затратами механи­ческой работы на разгоны и торможения.

Применение электрической тяги позволяет осуществлять реку­перацию электроэнергии, т. е. возврат ее в электрическую сеть при движении поезда под уклон, когда тяговые двигатели работают как электрогенераторы. Экономия электроэнергии при этом достига­ет при тяжелом профиле 20—30%, а при профиле средней трудно­сти — 10—15%. При рекуперации одновременно обеспечивается плавное торможение, уменьшается износ тормозных колодок и повышается безопасность движения поездов, хотя при оборудова­нии электровозов устройствами рекуперативного торможения не­сколько увеличивается их первоначальная стоимость. Рекуперация оказывает также влияние на состояние ходовых частей вагонов и верхнего строения пути.

Особенно эффективно применение электрической (мотор-вагонной) тяги в пригородном пассажирском сообщении и в метро. Раздельные пункты на линиях размещены часто, много остановок, раз­гонов и торможений. Экономится значительное время при быстром наборе и снижении скорости при работе электродвигателей мотор-вагонных секций. Участковая скорость движения пригородных элек­тропоездов на 15—20% выше, чем пригородных дизель-поездов.

Электрическая тяга позволяет использовать низкосортное дешевое топливо (уголь, сланцы и др.) при сжигании его на ТЭС и дешевую электроэнергию ГЭС. При тепловозной же тяге исполь­зуется, в основном, дорогостоящее дизельное топливо.

Большой экономический эффект дает применение прогрессив­ных видов тяги на маневровой работе. Здесь существенны преиму­щества тепловозной тяги по сравнению с электрической. Примене­ние тепловозов на маневрах по сравнению с обычными питающи­мися от контактной сети неаккумуляторными электровозами не требует дорогостоящего оборудования этой сети над всеми стан­ционными путями в местах производства маневров. Особенно эф­фективно применение на маневровой работе тепловозов с гидро­механической и электрической передачами.

С социально-экономических позиций охраны окружающей сре­ды, особенно в крупных городах, доля электровозов в маневровой работе должна повышаться. Возможны три варианта применения электровозов на маневрах:

• наиболее дорогой — питание электровоза от контактного про­вода при работе на крупных станциях и примыкающих к ним круп­ных подъездных путях небольшой протяженности;

• использование специальных контактно-аккумуляторных элек­тровозов, способных работать как на крупных станциях, оборудо­ванных контактной сетью, так и на небольших, где сооружение контактной сети над путями неэффективно;

• применение дизель-контактных маневровых локомотивов — при поездах большой массы и высокой доле автономного режима работы этот вариант наиболее эффективен по стоимостным пока­зателям.

Электрификация магистральных железных дорог, давая суще­ственную экономию эксплуатационных расходов по сравнению с тепловозной тягой и сокращая время продвижения грузов и пасса­жиров, требует, однако, больших капитальных вложений в строи­тельство тяговых подстанций и контактной сети. Кроме того, в сметную стоимость электрификации включается большое количе­ство сопутствующих работ, которые технологически с внедрением электротяги не связаны, но нужны для повышения эффективности ее применения или для улучшения качества обслуживания пассажиров. К таким работам относят удлинение путей на станциях и раздельных пунктах, усиление верхнего строения пути, устройство автоблокировки и диспетчерской централизации, сооружение тоннелей, пешеходных мостов, пассажирских платформ и павильонов на станциях и некоторые другие работы. Такого рода работы при тепловозной тяге выполняют обычно по планам капитальных вло­жений других хозяйств железнодорожного транспорта и финанси­руют по отдельным сметам. Поэтому при сравнении эффективнос­ти вариантов тяги по капитальным вложениям затраты на сопут­ствующие работы должны либо исключаться из капитальных вло­жений в электрификацию, либо добавляться в том же объеме к ка­питальным затратам в тепловозную тягу. Доля сопутствующих капитальных затрат, не вызываемых специфическими особеннос­тями электротяги, составляет в среднем 20—25% общей сметной стоимости и повышается до 35—40% и более, если в сметную сто­имость включают крупные работы по удлинению приемоотправочных путей, внедрению автоблокировки и диспетчерской централи­зации. Если же не учитывать сопутствующие и сопряженные зат­раты, связанные с электрификацией, то свыше 2/3 всех остальных капитальных затрат приходится на строительство тяговых подстан­ций и сооружений контактной сети.

Суммарные капитальные вложения в постоянные устройства и подвижной состав при электрической тяге обычно в несколько раз выше, чем при тепловозной. Поэтому применение электротяги ста­новится эффективным лишь при определенных условиях, в первую очередь, при более высокой грузонапряженности. Сроки окупае­мости суммарных капиталовложений в электрическую тягу по срав­нению с тепловозной составляют в среднем 5—6 лет.