Новые системы автономного децентрализованного энергообеспечения городского электротранспортного транспорта

3.3. Новые системы  автономного децентрализованного  энергообеспечения городского электротранспортного  транспорта «

Одним из показателей, определяющим уровень стабильности экономической жизни городов, является качество транспортного обслуживания горожан. 
Поэтому развитию городского общественного транспорта, в частности, городского электрического транспорта (ГЭТ), его надежности, повышению технического уровня и энерговооруженности, снижению расходов энергоносителей (электроэнергии, тепла, природного газа) и себестоимости перевозок, бесперебойному, гарантированному энергоснабжению во всех странах мира уделяется основное внимание.

С точки Зрения топливно-энергетического баланса  города, при дефиците энергоресурсов и повышении цен на энергоносители, значительная экономия электрической  и тепловой энергии может быть достигнута выравниванием суточных графиков нагрузки, т.к. коэффициент  минимума нагрузки составляет 
0,4 .... 0,5, использованием дифференцированных и многоставочных тарифов на тепло и электроэнергию, которые не должны противоречить социальным и экологическим проблемам. К числу таких мероприятий относятся: маневрирование электрогенерирующими мощностями, аккумулирование электрической и тепловой энергий, приоритетное использование автономной и малой децентрализованной энергетики, электроотопления, применение электротранспорта с аккумуляторами электрической энергии, потребителей энергии в ночное время, повышения автономности системы внутреннего электроснабжения городского электрического транспорта (ГЭТ) и др.

Маневрирование  в силу специфических особенностей ТЭС и АЭС, крайне затруднено и  не эффективно. Недостатком электроэнергии, как энергоносителя, является невозможность  аккумулирования в достаточном  количестве для выравнивания графиков нагрузки, однако, появившиеся в  последнее время современные  системы накопителей энергии (НЭ) позволяют частично эту проблему решать, тем более, что по прогнозам к 2010 г. более 10% всей выработанной в мире электроэнергии будет проходить через системы накопления, прежде чем попасть к потребителю.

С точки зрения тепло- и электроснабжения потребителей значительный интерес представляет опыт широкомасштабного применения в Германии и США и других развитых странах систем децентрализованного  энергоснабжения (СДЭС) на базе автономных и экологически чистых теплоэлектростанций (ТАЭС) с использованием дизель-генераторов, работающих на природном газе, шахтном газе и биогазе. Например на территории бывшей ФРГ около 95% тепловых электростанций являются децентрализованными ТАЭС и работают на газе. 
Коэффициент использования топлива на этих ТАЭС достигает 90%, т.к. они работают по теплофикационному циклу. Такие ТАЭС строятся для энергоснабжения индустриальных и транспортных объектов, а также для отдельных малых потребителей: больниц, гостиниц, оранжерей, парников, бассейнов, банков, фермерских хозяйств и др. Эксплуатация показала высокую надежность и эффективность ТАЭС.

Специалистами Научно-технического предприятия «Конструкторское бюро среднеоборотных двигателей» (НТП КБСД) Государственного предприятия  «Завод имени Малышева» (ГП «ЗиМ»), Харьковского государственного политехнического университета (ХГПУ), с участием ИМИСа, НИИ и  НПО «Электротяжмаш», ХЭМЗ и др. разработана  программа по малой децентрализованной и автономной энергетике, охватывающая также вопросы энергоснабжения  ГЭТ и предусматривающая широкое  использование:

- автономных  блочно-модульных дизель-электростанций  на базе дизель- генераторов 11ГД100 и 17ГД100Д, работающих на природном газе, биогазе или шахтном газе, мощностью 1000 .... 1600 кВт, созданных на ГП «ЗиМ»;

- устройство  накопления и хранения электрической  энергии для нужд электроснабжения  ГЭТ;

- устройство  накопления и хранения тепловой  энергии для нужд теплоснабжения  ГЭТ.

Преимуществами  такой системы децентрализованного  энергоснабжения 
(СДЭС) применительно к ГЭТ являются:

- Возможность  работ в режиме пиковых установок  (эти функции выполняют дизель-генераторы и накопители энергии), в часы покрытия нагрузки. При этом, время запуска и приема нагрузки составляет не более 1...2 мин.

В часы «пик»  и провалов нагрузки разница в  пассажиропотоках составляет, в среднем, 3 раза. Количество подвижного состава  на линии в часы «пик» больше, чем в периоды провалов нагрузки, в среднем, в 1,3 раза 
(т.е. - на 30%). Потребляемая мощность единицы подвижного состава в часы 
«пик» (за счет увеличения частоты движения и наполняемости вагонов с 5 чел/м2 до 20 чел/м2 возрастает, в среднем, в 1,3 раза (т.е. - 30%).

Таким образом, потребление электроэнергии парком подвижного состава городского электротранспорта  в часы «пик» увеличивается, в  среднем, в 
1,3x1,3 = 1,69 = 1,7 раза, т.е. по сравнению с нагрузкой в периоды провалов 
(будем считать эту нагрузку базисной) «пиковая» нагрузка системы электроснабжения возрастает в 1,7 раза.

- Приближение  источников энергии к потребителям  электро- и тепловой энергий,  что сокращает потери, снижает  затраты на линий электропередачи 
(ЛЭП), кабельных тяговых сетей и стоимости энергии, создает условия для рассредоточения резерва и использования малогабаритных тепловых станций. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

- Рациональность  и гибкость системы питания  тяговых сетей, позволяющей наиболее  легко и просто выводить из  нагрузки поврежденный участок  и невозможностью превращения  местной, локальной аварии в  системную, характерную для централизованных  систем, а также простотой устройства  и экономической целесообразностью.

- Экономия топливно-энергетических  ресурсов (ТЭР), т.к. генерирование  электроэнергии происходит с  более высоким КПД и меньшей  стоимостью кВт-ч, чем на существующих электростанциях Государственной энергосистемы Украины 
(обычно старого поколения), а с учетом совместного производства тепла, электроэнергии и сокращения протяженности ЛЭП экономия ТЭР составляет 
25...30%.

- Использование  накопительной энергии - реверсивных  устройств для частичного или  полного разделения во времени  выработки и потребления энергии,  с высоким КПД зарядно-разрядного  цикла, быстрым включением в  работу совместно с автономными  базовыми многоцелевыми установками  (дизель- электростанциями) существенно улучшают технико-экономические показатели энергоблоков, способствуют выравниванию графиков нагрузки системы внутреннего энергоснабжения ГЭТ, повышает ее устойчивость, живучесть и надежность функционирования. Посчитано, что использование, например, каких- либо НЭ в общей энергосистеме США в 1990 г, привело бы к экономии капиталовложений на сумму 45 ? 109 дол. (без учета стоимости самих НЭ).

- Блочно-модульный  принцип обеспечивает простое  наращивание мощности, поддерживание  постоянного напряжения в контактной  сети UKC = 600 В, гибкое реагирование на изменение нагрузки, высокие экономичность и ремонтопригодность.

Реализация системы  децентрализованного электроснабжения ГЭТ позволит обеспечить бесперебойность  и стабильность электро- и теплоснабжения, значительную (до 30%) экономию энергоносителей, существенное сокращение эксплуатационных затрат за счет снятия части нагрузок с тяговых подстанций, снижение вероятностей больших аварий.

Структура системы  децентрализованного энергоснабжения (СДЭС) ГЭТ имеет базисное энергопитание  частью дизель-электростанций и «пиковое» энергопитание резервными дизель электростанциями. Каждая дизель- электростанция представляет собой энергетический модуль (ЭМ).

Таким образом, СДЭС представляет собой сеть распределенных источников автономного электропитания - ЭМ, на базе дизель-генераторов, выпускаемых ГП 
«ЗиМ» с использованием бросового тепла для отопления и горячего водоснабжения.

Цель работы - создание системы децентрализованного  внутреннего энергоснабжения ГЭТ  с высокими техник-экономическими характеристиками по экономичности, живучести, надежности, обеспечивающей снижение себестоимости перевозок, на базе отечественного автономного электрогенерирующего оборудования.

|

4. РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЕ  РЕЖИМЫ РАБОТЫ ОБОРУДОВАНИЯ И  ПОДВИЖНОГО СОСТАВА НА 
ГОРОДСКОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ТРАНСПОРТЕ

Анализ экономии расхода электроэнергии (общие сведения)

Существующая  система хозяйствования предприятий  городского электротранспорта основана на принципе расхода, то есть главным смыслом деятельности руководства является потребление запланированных под заданные показатели ресурсов. Эта система вступила в противоречие с экономической реформой, которая отразилась на резком падении объемов перевозок, ухудшении технического состояния основных фондов, росте задолженности.

Тем не менее, новая  модель хозяйствования скоро будет  задействована и тогда появится проблема рационального использования  ресурсов, в частности, энергетических. Разговоры, которые ведутся в  профессиональных кругах относительно кардинальных путей экономии электроэнергии, касаются, в основном, проблемы подсчета затрат энергии непосредственно  на подвижном составе, как это  делается на железной дороге. Внедрению  счетчиков энергии на трамваях и  троллейбусах мешает лишь их стоимость  и необходимость текущих затрат на их содержание, техническое обслуживание и ремонт. При этом отпадает необходимость прежде всего оптимизировать условия эксплуатации, так как никакое профессиональное мастерство водителя не позволит избежать потерь энергии на повторных пусках, которые имеют объективные причины, обусловленные расположением относительно остановок поворотов, специальных частей, и, наконец, расстояний между остановками. Поэтому, первое чем следует заниматься так это оснащением подвижного состава счетчиками, нужно проанализировать составные затраты энергии для предотвращения бесполезных затрат, и лишь после доведения условий эксплуатации к состоянию, когда бесполезные затраты достигнут минимума и дальнейшее их уменьшения невозможно, то далее следует организовать индивидуальный подсчет энергии.

С предыдущих выводов  следует, что на затраты энергии  большое влияние имеют климатические  условия. Следовательно, данные фактических  затрат нужно освободить от влияния  климатических условий, оставив  лишь зависимости от условий эксплуатации.

Потери на климатические  условия

Потери на климатические  условия относятся к потерям, на которые повлиять почти невозможно. Причиной этих потерь является увеличение основного сопротивления движению, обусловленное увеличение вязкости смазочного масла в редуктора при низких температурах, наличием снега и льда на проезжих частях, которые являются причинами буксования, увеличением времени на пассажирооборот остановки в зимний период и тому подобное. Эти затраты могут быть уменьшены лишь при условиях уменьшения удельных затрат aТМ и аТБ, которые зависят от условий эксплуатации.

В самом деле, если записать уравнения, которые в  математической модели отображают увеличения затрат энергии при низких температурах, то есть 
[pic], 
[pic], то можно утверждать, что потери на климатические условия могут быть уменьшены соответственно уменьшению удельных затрат. Следует также указать, что одну и ту же транспортную работу можно выполнить за счет большего или меньшего пробега подвижного состава при одном том же наполнении, лишь за счет усовершенствования маршрутной системы.

Для оценки затрат на климатические условия составим таблицу, в которую занесем предварительно определенные температурные данные по трамваю и троллейбусу.

Таблица 4.10 
|q |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] | 
|1 |-18,2 |2151,2 |1860,5 |-925,94 |-793,36 |-1470,49 |-1252,55 | 
|2 |-15,5 |2022,6 |1779,4 |-741,43 |-646,22 |-1285,98 |-1105,41 | 
|3 |-10,8 |2206,0 |1950,4 |-563,45 |-493,54 |-1108,00 |-952,73 | 
|4 |+ 0,5 |2279,3 |1926,0 |26,95 |22,56 |-517,60 |-463,63 | 
|5 |+ 13,6 |2317,0 |1950,4 |745,24 |621,5 |200,69 |162,31 | 
|6 |+ 12,4 |2197,5 |1800,3 |644,44 |523,04 |99,89 |63,85 | 
|7 |+ 14,8 |2169,3 |1868,3 |759,30 |647,86 |214,75 |188,67 | 
|8 |+ 13,6 |2050,8 |1718,1 |659,62 |547,47 |115,07 |88,28 | 
|9 |+ 5,7 |1958,2 |1628,3 |263,97 |217,26 |-280,58 |-241,73 | 
|10 |+ 0,7 |2135,8 |1758,7 |35,36 |28,84 |-515,71 |-430,35 | 
|11 |-3,1 |1995,6 |1615,2 |-146,31 |-117,32 |-661,86 |-576,51 | 
|12 |-13,6 |2097,7 |1720,0 |-647,70 |-548,07 |-1092,62 |-1006,26 |

Учитывая среднегодовые  потерь энергии 
[pic];

Учитывая среднегодовые  потерь энергии 
[pic]; 
[pic], подсчитаем распределения потерь по месяцам года и по видам транспорта, как разности 
[pic]; [pic] и результаты занесем в таблицу.

Подытоживая результаты потерь по месяцам года, имеем: 
[pic]; 
[pic].

Умножая потери на тариф 0,083 грн., обнаружим денежные потерь на климатические условия: 
[pic] 
[pic] то есть бесполезная потеря энергии за год представляют 981762,18 грн.

Все затраты  энергии, по которым выставлены счета  организацией которая предоставляет  электроэнергию, представляют 
[pic] что оценивается в 11262469 грн. Таким образом, в общей сумме плат за электроэнергию бесполезные потери на климатические условия составляют 
8,717%.