Новые системы автономного децентрализованного энергообеспечения городского электротранспортного транспорта

4.4. Расход энергии  на движение подвижного состава

Если изъять потерь электроэнергии на климатические  условия, останутся затраты на транспортную работу, что подлежит дальнейшему  анализу.

Таблица 4.11 
|Q |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] | 
|1 |6841,70 |6933,00 |5371,21 |56280,45 |445810 |47477 | 
|2 |5562,15 |5878,48 |4276,17 |4773,07 |354922 |396165 | 
|3 |6629,95 |6929,86 |5521,95 |5977,13 |458322 |496102 | 
|4 |6241,12 |6333,24 |5723,52 |5869,61 |475052 |487177 | 
|5 |5626,51 |5814,83 |5827,20 |5977,14 |483657 |496103 | 
|6 |5398,69 |5417,94 |5498,58 |5481,79 |481282 |454988 | 
|7 |5206,50 |5517,00 |5421,25 |5705,67 |449963 |473571 | 
|8 |4980,08 |5122,26 |5095,15 |5210,54 |422897 |432475 | 
|9 |5585,53 |5568,83 |5304,95 |5327,10 |440311 |442150 | 
|10 |5836,00 |5775,00 |5320,29 |5344,65 |441584 |443606 | 
|11 |5634,21 |5447,47 |4972,35 |4870,96 |412705 |404289 | 
|12 |6443,38 |6224,07 |5350,76 |5217,81 |444113 |433078 |

Обозначив за коэффициентами математической модели затраты энергии, которые приходятся на долю трамвая  и троллейбуса, и изъяв потери на климатические условия по месяцам, получим затраты энергии на транспортную работу: 
[pic]; 
[pic]

Дальше, умножив  затраты энергии на тариф, имеем  денежный эквивалент затрат энергии  на транспортную работу. В общем, по итогам таблицы, это составляет: 
[pic] 
[pic]

Суммарные денежные затраты за энергию, которая пошла  на транспортную работу, представляет 10741799 грн., или 91,28% общих затрат на электроэнергию.

Сопоставляя денежные затраты по месяцам, можно сделать  вывод, что в целом суммы затрат соответствуют количествам рабочих  дней и проделанной транспортной работе в машино-километрах.

Распределение денежных выплат за электроэнергию, которая  была истрачена на транспортную работу, по типам подвижного состава, который  эксплуатировался в 1998 г., можно сделать  на основании данных соответствующих  пробегов.

Если считать  в первом приближении затраты  энергии на единицу транспортной работы одинаковыми для всех типов  данного вида транспорта, распределение  затрат по типам подвижного состава  может устанавливаться соразмерно пробегам.

Данные для  распределения приведены в таблицах.

Таблица 4.12 
|q |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] | 
| | |T-3 |Т-3М |КТМ-5М3 | 
|1 |445810 |1710,3 |222,1 |126,2 | 
|2 |354922 |1650,8 |192,5 |103,4 | 
|3 |458322 |1858,5 |203,8 |109,0 | 
|4 |475052 |1902,0 |210,2 |144,5 | 
|5 |483657 |2036,5 |214,3 |66,2 | 
|6 |481282 |1836,9 |192,0 |159,8 | 
|7 |449963 |1759,0 |189,6 |133,3 | 
|8 |422897 |1645,0 |163,7 |128,8 | 
|9 |440311 |1582,3 |153,8 |106,0 | 
|10 |34158 |1734,4 |176.0 |127,6 | 
|11 |41705 |1637,0 |171,3 |114,2 | 
|12 |444113 |1696,1 |179,4 |122,3 |

Таблица 4.13 
|q |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] |[pic] | 
| | |ЗиУ-9 |ЗиУ-10 |DAC-217E |ЮМЗ |Rocar | 
|1 |471477 |1609,0 |23,9 |90,1 |111,2 |26,3 | 
|2 |396165 |1523,0 |26,2 |76,1 |117,5 |36,6 | 
|3 |496102 |1648,7 |24,6 |102,6 |109,1 |65,4 | 
|4 |487177 |1607,8 |28,8 |95,0 |113,3 |81,1 | 
|5 |496103 |1616,8 |26,4 |99,7 |127,7 |79,8 | 
|6 |454988 |1529,8 |21,5 |81,3 |100,6 |67,1 | 
|7 |473571 |1558,5 |24,4 |91,9 |116,3 |77,2 | 
|8 |432475 |1432,9 |24,7 |91,1 |105,5 |63,9 | 
|9 |442150 |1341,2 |27,3 |87,7 |105,5 |66,6 | 
|10 |443606 |1448,0 |34,0 |95,5 |110,8 |70,4 | 
|11 |404289 |1342,8 |29,1 |80,3 |97,7 |65,3 | 
|12 |433078 |1413,5 |30,0 |80,5 |119,1 |76,9 |

4.5. Экономия  энергии за счет рационального  размещения остановок

Наличие остановок  с точки зрения затрат энергии  является одним из самых важных факторов. При каждом отправлении подвижная  единица забирает с системе питания  энергию и образуются ряд потерь в системе приемки, выпрямление и передачи электрического тока. В упрощенном виде за один разбег расходуется энергия 
[pic]; 
|где |? — ускорение свободного падения; | 
| |Sp — среднее значение пути разбега; | 
| |?0 — постоянная часть удельного основного сопротивления движению; | 
| |? — коэффициент, указывающий зависимость сопротивления движению от | 
| |скорости; | 
| |[pic] — скорость транспортного потока; | 
| |? — КПД системы электроснабжения, что также учитывает затраты на | 
| |собственные потребности |

В частности, среднее  значение затрат энергии за один пуск для трамвая и троллейбуса  составляют: 
[pic]

К этим затратам следует прибавить потери в пусковых реостатах: 
[pic]; 
[pic].

Таким образом: 
[pic]; 
[pic];

Подсчитаем ориентировочное  количество пусков, исходя из средней  длины перегона 0,5 м: 
[pic]; 
[pic].

Затраты энергии  на разбеги за год: 
[pic]; 
[pic].

Соответствующая стоимость за год будет представлять:

29362751 ? 0,083 = 2437108 грн.;

20539876 ? 0,083 ? 1704810 грн.

С общей суммы  выплат за электроэнергию, что составляет 11262469 гривен, стоимость на разбеги  представляет 
[pic]

Следовательно, экономия электроэнергии путем рационального  размещения остановок является эффективным.

В самом деле, если увеличить среднюю длину  перегона всего на 10%, что практически  не отразится на транспортном времени  пассажиров, то будем иметь 
[pic]; 
[pic].

Соответствующие затраты энергии станут приравнивать: 
[pic]; 
[pic]. что в денежном эквиваленте будет представлять 
26693409 ? 0,083 = 2215553 грн.; 
18672614 ? 0,083 = 1549827 грн.

Относительно  предыдущего варианта будем иметь  экономию 
Э = (2437108 + 1704810) – (2215553 + 1549827) = 376538 грн.

Таким образом, за счет упорядочения маршрутной системы, в частности, увеличения средней  длины перегона, экономия средств  на электроэнергию будет представлять 376538 грн., или 
[pic]

4.6. Экономия  электроэнергии за счет рационального  использования различных типов  подвижного состава

Анализ тенденций  развития городского электротранспорта  в экономически развитых странах  указывает на увеличение доли подвижного состава повышенной вместительностью, что обеспечивает перевозку заданного  количества пассажиров меньшей численностью подвижного состава. Выполненные исследования относительно рационального соотношения  между количеством подвижного состава  повышенной вместительности и обычными трамвайными вагонами и троллейбусами  предъявляют значение доли подвижного состава повышенной вместительности  в объеме 25% от общего выпуска.

Согласно с  формулой пробега 
L = W ? tc ? Ve ? 365, где W - количество подвижных единиц в движении; tc - среднесуточное время работы на линии; Ve – эксплуатационная скорость, можно определить среднесуточное количество подвижных единиц.

Распределим W согласно с рекомендациями относительно рационального  соотношения подвижного состава  обычной и повышенной вместительности, то есть как 0,75 и 0,25. Благодаря тому, что расчетное количество пассажиров в салоне подвижного состава повышенной вместимости в 1,5 раз высшее, чем  обычного, общая численность подвижного состава должна быть меньшей сравнительно с базовым вариантом.

Для существующего  положения среднесуточное количество трамвайных вагонов в движении представляет: 
[pic].

Соответственно, троллейбусов: 
[pic].

Распределение номинальных количеств подвижного состава: 
WТМ = 0,75 ? 329 + 0,25 ? 329 = 247 + 82; 
WТБ = 0,75 ? 287 + 0,25 ? 287 = 215 + 72.

С учетом большей  вместимости количество обычного подвижного состава будет представлять: 
WТМ З = 329 ? 82 ? 1,5 = 206; 
WTБ З = 287-72 ? 1,5 = 179.

Следовательно, ежесуточные количества обычного WЗ и повышенной вместительности WП подвижного состава будут равны: 
WTM З = 206; WТМ З = 82; 
WТБ З = 179; WТБ П = 72.

Подсчитаем часть  энергии, которая расходует одна подвижная единица обычной вместительности. По результатам за 1998 год на один вагон трамвая приходится 
[pic]

Соответственно, на один троллейбус: 
[pic]

Умножая результаты на расчетные количества подвижного состава обычной вместительности, получим затраты энергии при  новом соотношении: 
194478 206 = 40062468 кВт?ч.

Благодаря иному, чем у обычного подвижного состава, соотношении между весом тары и полезной (весом пассажирской массы) затраты энергии на 1 вагонокилометр подвижного состава повышенной вместительности  представляет 
1,25 от обычного. Следовательно, затраты энергии на подвижной состав повышенной вместительности будет представлять 
194478 82 1,25 = 19933995 кВт?ч.

Общие затраты  энергии на транспортную работу трамвая: 
40062468 + 19933995 = 59996463 кВт?ч.

Относительно  троллейбуса следует отметить, что  в г. Харькове эта рекомендация уже выполнена и в эксплуатации находится подвижный состав повышенной вместительности ЮМЗ, ДАК-217Е, Рокар в нужном количестве. 
Поэтому экономия будет достигнута лишь по трамваям.

Экономия электроэнергии за счет рационализации соотношения  между количествами обычного подвижного состава и вагонов повышенной вместимости будет представлять: 
Э = 63983349 - 59996463 = 3986886 кВт?ч, или в денежном эквиваленте 330912 грн.

Поскольку в  данной работе рассматриваются лишь вопросы экономии электроэнергии, экономия эксплуатационных затрат при уменьшении количества вагонов в движении не учитываем.

Таким образом, рационализация состава парка трамвайных вагонов может дать экономию 
[pic]

Подсчитаем срок окупаемости за формулой: 
[pic] в которой определим затраты при новом распределении парка трамваев: 
К2 = 82 300000 = 24600000 грн.

Стоимость существующего  подвижного состава представляет 
К1 = 32900000 грн.

Стоимость подвижного состава обычной вместительности, которая остается в эксплуатации, представляет 
К2 = 20600000 грн.

Экономия расхода  энергии, как показано выше, достигает 330912 грн. 
Экономия на заработной плате водителей при уменьшении их численности соразмерно уменьшению ежесуточного выпуска представляет 2231600 грн.

Таким образом, величина эксплуатационной экономии С2 – С1 известна: 
[pic]

4.7. Экономия  электроэнергии за счет применения  электронных преобразователей

Большинство современного подвижного состава оборудовано  системами регулирования с помощью  реостатов. Во время разгона на каждый пуск расходуется энергия 0,11965 кВт  час для трамвая и 0,09773 кВт час  для троллейбуса (затраты в реостатах  на трамвайных вагонах и троллейбусах подсчитанные выше).

При найденных  выше количествах пунктов за год 
МОст. ТМ = 49515600 ( 0,11965 = 5924542 кВт?ч; 
NОст ТБ = 43151000 ( 0,09773 = 4217147 кВт?ч.

Соответствующая денежная потеря: 
5924542 ? 0,083 = 491737 грн.; 
4217147 ? 0,083 = 350023 грн.

С общей суммы  затрат на электроэнергию, которая  идет на транспортную работу, это представляет 
[pic]

Этих затрат не будет, если переоборудовать имеющийся  парк подвижного состава электронными преобразователями.

При стоимости  переоборудования подвижного состава  электронными преобразователями в 10.000 грн., срок окупаемости для трамвая  будет представлять 
[pic].

Соответственно, с учетом предыдущих данных по троллейбусу 
[pic].

При этом не учтена экономия затрат на техническое обслуживание электронных преобразователей сравнительно с эксплуатационными затратами  для существующей аппаратуры.

При техническом  обслуживании ПС происходят значительные потери электрической энергии из-за нерационального использования ресурсов. 
Предлагается применять различные электронные устройства, позволяющие экономить электроэнергию.

Электронное устройство для управления работой машинных преобразователей частоты

Устройство предназначено  для управления работой машинных преобразователей частоты С-572А, С-579 и других типов (трансформаторов  питающих сварочные аппараты и т.п.), которые используются для питания  ручного инструмента электрическим  током. Устройство автоматически включает преобразователь частоты на то время, пока к нему подключена какая-нибудь нагрузка. Тем самым исключается работа преобразователя (или трансформатора, выпрямительного устройства и т.д.) на холостом ходу.

Контактор КМ1 своими контактами коммутирует питающее напряжение в первичной цепи преобразователя V1. Работой контактора управляет электронная схема через промежуточное реле К1. Сигнал о состоянии нагрузки преобразователя V1 поступает на электронную схему через контакты 1 и 2 с мощных диодов VD11 и VD12, включенных встречно-параллельно в одну из фаз вторичной цепи V1.

При включенном преобразователе V1 электронная схема контролирует величину сопротивления нагрузки. Схема вырабатывает напряжение около 200 мВ и контролирует протекающий при этом по цепи ток коллектора транзистора VT1 мал и определяется величиной сопротивления резистора R1.

При подключении нагрузки, например электродрели, сопротивление между контактами 1 и 2 печатной платы резко падает. При этом ток эмиттера, а следовательно, и ток коллектора VT1 возрастает. В результате этого конденсатор С1 заряжается до напряжения, достаточного, чтобы через эмиттерный повторитель на транзисторе VT2 включить пороговый элемент, собранный на однопереходном транзисторе VT3, который, в свою очередь, открывает выходной транзистор VT4, в коллекторной цепи транзистора VT4 включена обмотка реле К1. Реле К1 своим контактом К 1.1 подключает обмотку контроллера КМ1 к линейному напряжению сети. Контактор срабатывает и включает преобразователь V1. Протекающий в нагрузке преобразователя переменный ток проходит через силовые диоды VD11 и VD12 и создает на них падение напряжения прямоугольной формы амплитудой 0,7 В, частотой 200 Гц (в зависимости от используемого устройства), в следствии чего периодически открывается и закрывается транзистор VT1. Конденсатор С1 остается в заряженном состоянии, так как его разряду в момент закрытия транзистора VT1 препятствует диод VD4. Преобразователь находится во включенном состоянии до тех пор, пока не отключится нагрузка. При ее отключении поступление тока через силовые диоды прекращается, транзистор VT1 переходит в первоначальное состояние с небольшим током коллектора. Конденсатор С1 разряжается через резистор R6 и через 1-1,5 с пороговый элемент выключается, что приводит к отключению преобразователя V1 от сети.