Geum.ru

Утверждена

Вид материалаДокументы

Содержание


Потенциал энергосбережения и повышения энергетической эффективности деятельности холдинга «РЖД» и инновационные направления разв
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8

ПРОГНОЗ

изменения объемов перевозочной работы на железных дорогах ОАО «РЖД» на электрической тяге
в грузовом движении в 2015 и 2020 годах относительно уровня 2010 года
(оптимистичный сценарий)


%


сеть: + 20,2% (2015 г.) г.)

сеть: + 39,4% (2020 г.)




Рис. 9

ПРОГНОЗ

изменения объемов перевозочной работы на железных дорогах ОАО «РЖД» на дизельной тяге
в грузовом движении в 2015 и 2020 годах относительно уровня 2010 года
(оптимистичный сценарий)


%



Примечание. Данные о прогнозных уровнях перевозочной работы для Дальневосточной железной дороги указаны

без учета Сахалинского региона. Для Сахалинского региона такие данные указаны в столбцах «САХ».



Рис. 10

На таких железных дорогах как Южно-Уральская, Западно-Сибирская и Забайкальская в последующем после 2015 года периоде будет иметь место снижение достигнутых объемов перевозок на дизельной тяге.

Данные по ранжированию железных дорог в части объемов перевозочной работы весьма важны для выявления возможности обеспечения потребностей ОАО «РЖД» в ТЭР на региональном уровне.


Потенциал энергосбережения и повышения энергетической эффективности деятельности холдинга «РЖД» и инновационные направления развития по его реализации

На тягу поездов расходуется более 85% электроэнергии и около 90,0% дизельного топлива, потребляемых ОАО «РЖД», или суммарно в условном исчислении почти три четверти от потребления всех видов ТЭР.

Но и расходы ТЭР объектами стационарной нетяговой энергетики также служат целям обеспечения работы инфраструктуры железных дорог по осуществлению основного вида деятельности – перевозочного процесса. Таким образом, энергосберегающая деятельность ОАО «РЖД» нацелена, в первую очередь, на экономию ТЭР, расход которых связан с перевозками.

Анализ реализации Энергетической стратегии ОАО «РЖД» показал разную степень влияния хозяйств, обеспечивающих перевозочный процесс, на его энергетическую эффективность (рис. 11).

Основными в этом вопросе являются хозяйства управления движением (Д) и локомотивное (Т): на их долю приходится 60  70% экономии ТЭР на электрической тяге и 70  80%  на дизельной тяге. Причем, если на электрической тяге доля локомотивного хозяйства (имея ввиду и эксплуатационный и ремонтный блоки) составляет 15  20%, то на дизельной она является основной (60  65%). Остальные составляющие энергоэффективности приходятся на хозяйства электроснабжения
(10  15%), пути и сооружений (9  10%) и вагонное (5  6%). Эти данные позволяют ранжировать степень участия и направленность финансирования мероприятий хозяйств по энергосбережению и повышению энергетической эффективности.

Энергетическая стратегия холдинга «РЖД» затрагивает большой комплекс мер, предусматривающих повышение энергобезопасности перевозочного процесса и усиление факторов, повышающих его энергетическую эффективность.



В приложении № 5 представлены исходные параметры развития холдинга «РЖД», которые интегрально влияют на формирование его топливно-энергетического баланса и динамику изменения ключевых контролируемых показателей энергетической эффективности.

Основные мероприятия ОАО «РЖД» на краткосрочную перспективу, обеспечивающие реализацию Энергетической стратегии холдинга «РЖД», сведены в Программу энергосбережения и повышения энергетической эффективности ОАО «РЖД» до 2013 года, утвержденную распоряжением ОАО «РЖД» от 6 мая 2011 г. № 986р.

Основными энергосберегающими техническими решениями и технологиями, на которые должна быть ориентирована энергетика холдинга «РЖД» на перспективу, являются:

создание нового поколения энергетически эффективного подвижного состава на основе последних достижений научно-технического прогресса в этой области;

частичное замещение дизельного топлива и бензина сжиженным и сжатым природным газом с развитием в последующем биотопливной составляющей, топливных элементов и других альтернативных видов энергоресурсов;

повышение уровня напряжения передачи энергии к электроподвижному составу на электрифицированных участках железных дорог;

использование накопителей энергии в основных технологических процессах и технических средств ее генерации, включая тепловую и механическую энергию;

повышение эффективности рекуперативного торможения, как одного из существенных факторов энергосбережения в электрической тяге;

применение энергоэффективных технологий управления перевозочным процессом, в том числе с использованием на подвижном составе устройств и систем спутниковой навигации;

переход на преобразовательную технику на основе достижений в области силовых управляемых полупроводниковых элементов и безмасляное, бездуговое коммутационное электрооборудование, а также на сухие трансформаторы;

активный переход на высокоэкономичные средства световой сигнализации и освещения, в том числе на основе светодиодной техники;

создание единой системы управления качеством электроэнергии в целях соблюдения установленных показателей ее качества и потребляемой реактивной мощности на основе использования фильтр-устройств, накопителей электроэнергии, систем контроля и управления этими показателями;

широкомасштабное внедрение средств технического диагностирования и, прежде всего, в электроэнергетике;

применение в пассажирских вагонах, зданиях, сооружениях и коммуникациях теплоизоляционных материалов нового класса и современных энергоэкономичных климатических устройств;

переход при строительстве грузовых и пассажирских вагонов на материалы и конструкции с пониженным коэффициентом тары (алюминиевые сплавы, конструкционные пластики и др.);

использование достижений в области сверхпроводимости, водородной энергетики, тепловых насосов, топливных элементов, технологий утилизации отходов производства, ветровой и солнечной энергии, энергоэффективных и озонобезопасных хладагентов;

применение новейших обучающих технологий для специалистов, обслуживающих и эксплуатирующих внедряемые ресурсо- и энергосберегающие средства.

По многим из перечисленных средств и технологий в 2004 – 2010 годах велась разработка, осуществлялось внедрение опытных образцов.

Увеличение объема перевозок в посткризисный период и на отдаленную перспективу, обусловленное темпами развития российской экономики, безусловно, вызовет рост потребления ТЭР. Но темпы роста энергопотребления при этом будут ниже по отношению к темпам роста объемов перевозок за счет внедрения технических средств и технологий, а также реализации организационных мероприятий, направленных на снижение энергоемкости перевозочного процесса.

Из приведенных в приложении № 5 факторов только следующие оправданно связаны с повышением удельных расходов ТЭР на тягу поездов:

рост технической скорости грузовых и пассажирских поездов;

введение на сети железных дорог скоростного и высокоскоростного движения;

переход на электрическое отопление пассажирских поездов от локомотивов на дизельной тяге.

Вместе с тем, основную роль в формировании энергетического баланса и снижении как удельных, так и абсолютных показателей энергопотребления в компании будут играть следующие факторы:

замена подвижного состава и технических средств с истекшим сроком эксплуатации на новую технику с высокой производительностью и улучшенными энергетическими показателями;

дальнейшее расширение полигона электрификации железных дорог;

повышение среднего веса и участковых скоростей поездов в грузовом движении;

повышение осевых нагрузок и снижение коэффициента тары грузовых вагонов;

организация следования пассажирских и грузовых поездов по энергооптимальным графикам движения с оснащением локомотивов системами автоведения.


В нетяговой энергетике, связанной с ремонтом подвижного состава и деятельностью объектов инфраструктуры, должно существенно уменьшиться энергопотребление за счет повышения в 23 раза уровня надежности технических средств, увеличения наработки на отказ и межремонтных пробегов.

В области организации перевозочного процесса ведется постоянный мониторинг динамики изменения основных факторов, наиболее влияющих на удельный расход ТЭР на тягу поездов. Многие из них имеют положительную динамику. С учетом этого целесообразно установить следующие плановые уровни их улучшения, достижение которых позволит снизить удельный расход ТЭР на тягу поездов до 7%:


Показатель
Плановый годовой уровень изменения показателя, %

Средний вес грузового поезда

+1,0

Коэффициент участковой скорости грузового поезда
+0,5

Нагрузка на ось грузового вагона
+0,5

Доля порожнего пробега грузовых вагонов
–1,5

Продолжительность прогрева локомотивов

в ожидании работы
–5,0

Задержки у запрещающего сигнала
–5,0

Количество ограничений скорости движения поездов

–5,0

Количество неграфиковых остановок поездов
–2,5

Время нагона пассажирских поездов
–2,0


Для повышения ответственности всех участников перевозочного процесса за рациональное использование ТЭР при организации перевозочного процесса действенным представляется разработка и внедрение механизма отнесения дополнительных энергозатрат, вызванных, например, нагонами при нарушениях графиков движения поездов в результате временных ограничений скорости движения поездов и неграфиковых остановок, на инициатора таких необоснованных ограничений.

Проводится системная работа по повышению веса и длины грузовых поездов, ключевым фактором которой является расширение полигонов обращения и увеличения количества поездов весом 6300 т и 9000 т.
В 2009 году на сети железных дорог проведено свыше 9 тыс. соединенных поездов, а в 2010 году их количество увеличено на 10%. Количественные показатели снижения удельного расхода ТЭР, подтвержденные эксплуатационной практикой железных дорог, следующие: 4,5%, 5,5%, 6,5% и 7,0% для вариантов с поездами массой 6, 8, 9 и 12 тыс. т соответственно. С учетом этого необходимо разработать концепцию развития тяжеловесного движения, предусматривающую усиление элементов инфраструктуры для обеспечения пропуска тяжеловесных и соединенных поездов на выделенных направлениях.

Применение энергооптимальных режимов управления движением поездов на основе систем автоведения, учитывающих массу и длину поездов, план и профиль пути, условия организации поездопотоков, тяговые и тормозные характеристики локомотивов, позволяет экономить ТЭР в среднем на 2,0 – 2,5%, а на отдельных направлениях – до 10,0%. В 2010 году ОАО «РЖД» развернуло масштабный, качественно новый комплексный пилотный проект по энергооптимизации нормативных графиков движения пассажирских поездов. Его реализация на Октябрьской железной дороге дала положительный результат, обеспечив экономию ТЭР на тягу поездов на уровне 7 – 8%, а введение энергооптимальных расписаний пассажирских поездов на полигоне длиной 2,8 тыс. км обеспечило в 2010 году экономию электроэнергии от 2,0 до 5,5%. На 2011 год поставлена задача оптимизировать графики движения пассажирских поездов на всех основных направлениях сети железных дорог на электрической тяге и реализовать пилотный проект на одном из направлений на тепловозной тяге.

В области локомотивного хозяйства одним из основных инвестиционных приоритетов является создание нового поколения энергетически эффективного тягового подвижного состава, модернизация и обновление эксплуатируемых локомотивов, и в первую очередь тепловозов.

Однако ограниченные возможности локомотиво- и электромашиностроения, с одной стороны, и недостаточность инвестиционных средств на начальном этапе реформирования железнодорожного транспорта, с другой стороны, не позволили создать условия для полной реализации программ обновления локомотивного парка, имеющих эффект энергосбережения как по качественным, так и количественным показателям. Это заставило ОАО «РЖД» в условиях нарастающих объемов перевозок и прогрессирующего старения локомотивного парка вынужденно пополнить его в период 2004 – 2008 годов переходными моделями локомотивов, не в полной мере отвечающих перспективным требованиям энергетической эффективности перевозочного процесса. Дополнительные осложнения в этом вопросе внесли кризисные факторы 20082009 годов.

Тем не менее, за 2006  2009 годы компанией было закуплено 722 электровоза и 621 тепловоз. Это позволило снизить к 2010 году количество электровозов с истекшим сроком службы до 6,0 % и тепловозов до 18,3 %.

При сохранении существующих темпов обновления тягового подвижного состава к 2015 году электровозы с истекшим сроком эксплуатации будут заменены на новые, а количество таких тепловозов возрастет до 22,3% из-за ограниченности средств инвестиционной программы, предусматриваемых на эти цели.

К 2010 году для обеспечения пассажирских перевозок полностью было прекращено использование грузовых электровозов и частично – тепловозов, завершен период создания локомотивов переходного периода и начато создание энергоэффективного тягового подвижного состава.

Перспективный ЭПС должен отвечать требованиям значительного повышения его энергетической эффективности. В основу типажа такого ЭПС положен принцип специализации по видам движения, учитывающий необходимость решения социальных и экологических задач при максимальной унификации оборудования локомотивов различного типа. Для электровозов предусмотрено уменьшение удельного расхода электрической энергии на 5  10% за счет применения интеллектуальных систем управления и энергосберегающего тягового электрооборудования с рекуперативным торможением во всем диапазоне скоростей движения поезда. Грузовые электровозы предусматривается формировать из шести- и четырехосных секций. Многосекционные локомотивы гибкого формирования должны позволять оптимально подбирать их мощность по числу осей – 6, 8, 12 или 16, а также использовать распределенную тягу по длине поезда.

Опыт показывает, что оптимизация электропотребления должна осуществляться комплексно – как за счет внедрения нового и модернизации существующего ЭПС, так и в сфере организации перевозок и в системах тягового электроснабжения.

С учетом этого, для снижения удельных энергозатрат должны вестись работы в следующих направлениях:

разработка энергетических диаграмм участков работы железных дорог, определяющих предельные уровни рекуперации электрической энергии; 

максимальное использование возможностей рекуперации электрической энергии на электровозах (совершенствование схем рекуперативного торможения, расширение диапазона скоростей его использования, обучение локомотивных бригад оптимальным режимам вождения и внедрение энергосберегающих систем автоведения), что позволяет экономить до 10% электроэнергии;

применение компенсаторов реактивной мощности (КРМ) на электровозах переменного тока в оптимальном сочетании со стационарными устройствами в системе тягового электроснабжения (экономия электроэнергии 3 – 4%);

внедрение энергооптимальных технологий вождения поездов в зависимости от эксплуатационных условий (соответствие мощности электровоза массе поезда, работа электровоза в оптимальном по КПД режиме);

улучшение тягово-энергетических характеристик ЭПС (минимизация потерь энергии в тяговой цепи и на собственные нужды, оптимальное по энергопотреблению электрооборудование).

В последнее время расширяются исследования по применению современных высокоэффективных накопителей энергии, аккумулирующих энергию рекуперации, улучшающих сцепные свойства электровоза, уменьшающих расход песка, сглаживающих переходные процессы в тяговом приводе.

Качественные изменения в электровозном парке на ближайшую перспективу связаны с созданием новых электровозов с асинхронными тяговыми электродвигателями, в том числе:

скоростных 6-осных пассажирских электровозов переменного и постоянного тока ЭП20 производства ЗАО «Трансмашхолдинг» с участием французской компании «Альстом»;

грузовых 8-осных электровозов постоянного тока, производимых ООО «Уральские локомотивы» с участием немецкой компании «Сименс».

Паспортные КПД эксплуатируемых магистральных грузовых и пассажирских тепловозов при полной мощности и скорости длительного режима находятся на уровне 0,28 – 0,30. Выбор стратегии развития нового поколения автономного подвижного состава во многом определяется КПД силовых установок при полной мощности и частичных нагрузках. Для перспективных турбопоршневых двигателей этот показатель может составлять 0,44, а при использовании более сложных схем – до 0,46.

Паспортные КПД тепловозов нового поколения могут быть доведены до величины 0,35 за счет:

установки усовершенствованного дизеля Д49, в котором используется более экономичный турбокомпрессор с регулируемым давлением наддува, более эффективный охладитель надувочного воздуха, электронная система управления впрыском топлива, частотой вращения коленчатого вала и мощностью дизель-генератора;

нового электрического оборудования тепловоза (электрической передачи переменно-постоянного и переменного тока, более совершенной конструкции холодильника, регулируемого электрического привода агрегатов собственных нужд и электронного оборудования).

Внедрение нового поколения грузовых и пассажирских тепловозов позволит в перспективе снизить удельный расход топлива на 12 – 15% по сравнению с эксплуатируемыми локомотивами. При этом планомерно будет снижаться использование грузовых тепловозов в пассажирском движении. В этой связи должен быть тщательно проработан типаж пассажирских тепловозов, учитывающий, в частности, вождение длинносоставных пассажирских поездов на горных перевальных участках.

В ближайшие годы намечено освоение серийного выпуска тепловоза 2ТЭ25, разработка и выпуск опытной партии магистрального грузового тепловоза повышенной мощности 2ТЭ35 (2012 год), организация производства дизелей нового поколения мощностью 1500 и 4500 л.с.
(2012 год), маневрового двухосного тепловоза малой мощности ТЭМ-31 и маневрового тепловоза с гибридной установкой.

ОАО «РЖД» были сделаны значительные шаги по использованию автономным тяговым подвижным составом газомоторного топлива: создан и передан в опытную эксплуатацию магистральный газотурбовоз ГТ-1, в опытной экспуатации находится несколько вариантов маневровых газотепловозов, создан опытный образец специализированной газотурбинной установки для тягового подвижного состава. Дальнейшее расширение этого опыта сдерживается организационными и правовыми вопросами создания инфраструктуры газообеспечения и газозаправки локомотивов, а также другими факторами. Экологичность и экономичность использования газовых технологий для тяговых нужд ставят вопросы развития этого направления в число приоритетных, как естественный путь модернизации и развития автономной тяги, а не только как уход от неизбежной дефицитности в перспективе моторных топлив на нефтяной основе.

В области повышения энергетической эффективности электропоездов усилия отечественной промышленности (ОАО «Демиховский машиностроительный завод» и ОАО «Торжокский вагоностроительный завод») в последние 15 лет были направлены главным образом на ликвидацию дефицита в моторвагонном подвижном составе и исключение из эксплуатационного парка электропоездов с истекшим сроком службы. И эта задача практически решена. Однако серийные пригородные электропоезда остались на техническом уровне 80–90-х годов прошлого века.

По конструкции, параметрам и эксплуатационным свойствам пригородные электропоезда, изготовленные в последние годы на предприятиях России, неэкономичны и требуют больших эксплуатационных затрат. Несмотря на предпринятые производителями этой техники усовершенствования, отечественные электропоезда по своему техническому уровню отстают от современных зарубежных аналогов и не отвечают требованиям эксплуатации, в частности:

имеют значительную массу тары вагонов и их электрооборудования;

оборудованы контакторным ступенчатым регулированием напряжения на коллекторных тяговых двигателях, что приводит к значительному расходу электроэнергии на тягу поездов;

не обладают достаточным уровнем комфорта для проезда в них пассажиров.

Не поступают в эксплуатацию разработанные в 2005 – 2007 годах энергоэкономичные электропоезда ЭД4Э и ЭТ4Э, а электропоезд переменного тока ЭД9Э с плавным тиристорным регулированием напряжения и рекуперативным торможением, разработанный в те же годы, поступил в опытную эксплуатацию лишь в 2010 году. Практически прекращены работы по созданию двухсистемного (на переменном и постоянном родах тока) пригородного электропоезда ЭД12Д.

Основу энергетической эффективности указанных электропоездов составляет рекуперация электроэнергии, которая может достигать 30%.

Поскольку расходы, связанные с оплатой электроэнергии на тягу пригородных электропоездов, составляют более 50% общих эксплуатационных расходов, энергоемкость электропоездов является одним из главнейших показателей при выборе для них той или иной системы тягового электропривода.

Энергетика скоростных поездов «Сапсан» и «Аллегро» по удельной мощности на единицу веса находится на уровне других аналогичных зарубежных аналогов. Как показали испытания электропоезда «Сапсан», удельный расход электроэнергии по маршруту Москва – Санкт-Петербург при одной и той же технической скорости на 17% меньше, чем у электропоезда ЭР-200, в том числе за счет рекуперации электроэнергии.

Комплексная программа разработки и изготовления на предприятиях России электропоездов различного назначения компанией «Сименс» предусматривает их создание для городских, пригородных, межрегиональных, скоростных и высокоскоростных пассажирских перевозок.

На Торжокском вагоностроительном заводе завершается создание опытного отечественного электропоезда ЭТ4А с асинхронным приводом и системой рекуперативного торможения, с высоковольтным статическим преобразователем собственных нужд, светодиодными источниками света, включая прожектор, а также, энергоэкономной системой климатики.

Для использования в полном объеме потенциала нового тягового подвижного состава необходима своевременная модернизация устройств железнодорожной инфраструктуры.

Весьма существенным резервом в повышении энергетической эффективности эксплуатируемого парка электропоездов является использование модульной схемы их формирования в зависимости от пассажиропотока. Преимущества эксплуатации короткосоставных поездов в неинтенсивные по пассажиропотоку часы суток и на отдельных изолированных участках с малой населенностью вагонов заключаются в снижении затрат на ремонт вагонов и экономии электроэнергии при той же парности поездов. Предварительная экспертная оценка использования изменяемой составности пригородных электропоездов в зависимости от пассажиропотока без дополнительного путевого развития зонных и головных пассажирских станций и моторвагонных депо показала, что эксплуатация короткосоставных электропоездов нового поколения возможна на 25 – 30% действующих маршрутах. Такая работа активизировалась в последние годы в рамках мероприятий по сокращению убыточности пригородных пассажирских перевозок.

Электрификация железных дорог является мощным фактором повышения энергетической эффективности перевозочного процесса.

Анализ изменения структуры энергобаланса ОАО «РЖД» показывает устойчивую тенденцию ориентации его энергетики преимущественно на электропотребление. К известным положительным качествам электроэнергии, как вида ТЭР (легкая доступность, транспортируемость, готовность к потреблению и др.), добавилось еще одно, чрезвычайно важное в современных условиях – более низкая себестоимость работ и услуг, выполняемых с использованием электрической энергии по сравнению с другими основными видами потребляемых ТЭР.

В области перевозочного процесса индикатором экономического преимущества электрической тяги перед дизельной является индекс экономической энергоэффективности (Iэээ) – отношение удельных стоимостных затрат ТЭР на единицу работы на дизельной тяге к аналогичному показателю на электрической тяге. В период
2004 – 2009 годов индекс экономической энергоэффективности находился в пределах 2,4 – 4,3, а отношение удельных энергозатрат на единицу работы в условном исчислении составило 1,7 – 1,8 раз в пользу электрической тяги. Поэтому перевод железнодорожных линий с дизельной тяги на электрическую всегда был радикальным средством повышения их энергетической эффективности наряду с повышением пропускных и провозных способностей.

В последние годы электрификация железных дорог шла со значительным замедлением: в период 2004 – 2009 годов электрифицировано только 474 км (в 60-е годы прошлого столетия темп электрификации составлял около 2000 км в год).

Основная причина этого замедления состоит в том, что в условиях жестких финансовых ограничений основные усилия ОАО «РЖД» в последние годы были направлены на обновление и модернизацию устройств электроснабжения, в ущерб дальнейшей электрификации.

Система тягового электроснабжения ОАО «РЖД» уже начинает работать без надлежащих резервов, необходимых для обеспечения прогнозируемого роста объема перевозок грузов и пассажиров, по причине ограниченной нагрузочной способности устройств. Особенно это проявляется на участках со скоростным движением или с высокой грузонапряженностью.

Так, уже в 2007 году на направлении Кузбасс – Северо-Запад действовали ограничения по условиям электроснабжения на пропуск поездов весом 6000 т с 10-минутным интервалом на протяжении 900 км (12,2% от протяженности направления), на направлении Кузбасс – Дальний Восток – на протяжении 2800 км (35,5%) и Кузбасс – Азово-Черноморский транспортный узел – на протяжении 1000 км (27,2%).

Кроме отсутствия необходимых резервов мощности системы электроснабжения, ограничения в потреблении электроэнергии и связанными с этим снижением пропускной и провозной способностями могут быть вызваны выводом в аварийный ремонт контактной сети, оборудования подстанций и основных сетей линии электропередачи.

Как сказано выше, темп старения устройств электроснабжения при существующем дефиците финансирования продолжает опережать темпы реконструкции. Электрифицированный полигон с превышением нормативного срока службы в 2009 году составлял почти 5,4 тыс. км (54,6%), а в 2010 году – уже 5,5 тыс. км (56,1%). Реконструкции требуют, в том числе, 763 тяговых подстанций при средней потребности в финансировании на одну подстанцию около 500 млн. рублей.

Поэтому вопрос о существенном увеличении объемов работ по повышению надежности, модернизации и обновлению тягового электроснабжения, а также по электрификации новых железнодорожных линий относится в настоящее время к критичным приоритетам развития железнодорожной энергетики.

При этом нельзя не учитывать применяемую в настоящее время плату за присоединение, взимаемую при подключениях или увеличении подключенных электрических мощностей. Размер платежей для подключения тяговой подстанции измеряется сотнями миллионов рублей.

С позиций 2010 года – начального года выхода из кризиса – и с учетом прогнозных параметров развития российской экономики, а, следовательно, и объемов перевозок железнодорожным транспортом, определен перечень эксплуатируемых участков и участков нового строительства железных дорог, предполагаемых к электрификации на период до 2030 года, приведенный в приложении № 3. Эти данные направлены в Минэнерго России для их учета в программах развития региональных энергосистем.

Наиболее активно электрификацию планируется осуществлять в период 2015 – 2020 годов (средний темп по минимальному варианту 501,6 км в год, по максимальному – 815 км в год). Но и после 2020 года должен быть выдержан темп электрификации порядка 321,3 км в год по минимальному варианту и 576,8 км в год – по максимальному. География распределения электрифицируемых участков по территории страны преследует цель разгрузки наиболее грузонапряженных магистралей, работающих на пределе обеспечения перевозок по мощности системы тягового электроснабжения, устройства обходов крупных железнодорожных узлов, развития портов и развития скоростного движения.

На перспективу необходимо проработать вопрос перевода на электрическую тягу не только грузовых и пассажирских перевозок, но и маневровой работы (например, на сортировочных горках, для обслуживания подъездных путей и т.п.), а также вопрос использования локомотивов на обоих видах тяги с накопителями энергии.

Система тягового электроснабжения железных дорог ОАО «РЖД» является транзитной системой доставки электроэнергии от системы внешнего электроснабжения до ЭПС, и это, естественно, связано с определенными потерями энергии. Их минимизация является целевой задачей участия системы тягового электроснабжения в формировании энергетической эффективности электрической тяги в целом.

Осуществляемые меры по снижению уровня технологических потерь в системе тягового электроснабжения (небаланс электропотребления): регулирование напряжения, вольтодобавочные устройства и другие, дают положительные результаты: за период 2004 – 2010 годов этот показатель снижен с 14,6 до 10,6%.

Уровень технологических потерь для участков постоянного тока
существенно выше по отношению к участкам переменного тока. Это обстоятельство является одним из факторов преимущественного применения при электрификации железных дорог переменного тока и перевода уже электрифицированных участков с постоянного тока на переменный.

Основные направления дальнейшего повышения энергетической эффективности систем тягового электроснабжения состоят в следующем:

применение многопульсовых схем выпрямления и инвертирования
(12-пульсовые и более). Снижение удельного расхода электрической энергии на тягу поездов при годовом потреблении 30 млрд. кВт·ч составит:
при 12-пульсовых схемах выпрямления – 2,5%, при 24-пульсовых – 3,5%; снижение возможных штрафных санкций за ухудшение показателей качества электрической энергии составит соответственно 1,5 и 2,5% от стоимости электрической энергии;

модернизация трансформаторов типа ТМРУ (ТМПУ) и вентильных конструкций, предназначенных для 6-пульсовых нулевых схем, для использования их в составе 12-пульсовых выпрямителей;

расширение шкалы номинальных мощностей преобразователей, что позволит повысить экономичность системы электроснабжения и коэффициент использования установленной мощности. Использование преобразовательного трансформатора мощностью 6300 кВ∙А вместо 12500 кВ∙А позволит сократить потери электрической энергии порядка 100 тыс. кВт∙ч в год и снизить расход электротехнических материалов до 40% в расчете на одну тяговую подстанцию на единицу продукции;

модернизация преобразователей путем замены отработавших свой ресурс штыревых вентилей на лавинные вентили таблеточного типа с естественной системой охлаждения и охладителями на основе тепловых труб. Ожидаемое годовое снижение потерь электрической энергии от замены выпрямителя ПВЭ-3 диодными блоками БСЕ – около 100 тыс. кВт∙ч;

применение преобразовательных агрегатов с автоматическим регулированием напряжения на тяговых подстанциях и в контактной сети на новых силовых управляемых полупроводниковых вентилях – биполярных транзисторах с изолированным затвором (IGBT) и запираемых тиристорах с полевым управлением (МCT), что позволит повысить на 5 – 10% пропускную способность участков постоянного тока за счет регулирования напряжения в зависимости от нагрузки;

применение трансформаторов типа ТРДТНП с 12-пульсовой схемой выпрямления последовательного типа, предназначенных для работы без понизительных трансформаторов (одноступенчатая трансформация 110/3 кВ). Снижение потерь электроэнергии, расходуемой на тягу поездов, при этом составит порядка 1,5%;

применение сухих трансформаторов типа ТРСЗП с 12-пульсовой схемой выпрямления последовательного типа, устанавливаемых на открытом воздухе;

упрощение схем и оптимизация параметров сглаживающих фильтров.

Рассматривая возможность снижения потерь энергии за счет перехода тягового электроснабжения на более высокие уровни напряжения питания, следует иметь в виду, что железные дороги ОАО «РЖД» уже с начала электрификации находятся на этом пути.

Зарубежный опыт (Южная Африка, США, Канада) показывает реальную возможность повышения напряжения в контактной сети до 50 кВ. Для холдинга «РЖД» со значительными объемами перевозок неизбежна в перспективе постановка вопроса о реализации такого технического решения. Тем более, что вопрос создания ЭПС, эксплуатируемого на напряжении
50 кВ в контактной сети не выдвигает неразрешимых проблем.

В путевом хозяйстве для снижения расхода ТЭР на тягу поездов ежегодно осуществляется расширение на 3  4,5 тыс. км полигона бесстыкового пути, укладка рельсов тяжелого типа на главных и боковых путях – 400 – 800 км, рельсошлифование – 25  30 тыс. км, увеличение количества стационарных путевых лубрикаторов и обновление парка передвижных рельсосмазывателей. По состоянию на 2010 год бесстыковой путь уложен на 77,0 тыс. км (62% от общей протяженности путей). Ежегодно достигается снижение количества заявленных предупреждений об ограничении скорости проследования поездов на 3 – 4%.

Завершается разработка более эффективной технологии рельсошлифования – фрезерование. В порядке расширения использования лубрикации зоны трения колесо-рельс только в 2010 году поставлено на железные дороги 1160 путевых лубрикаторов и локомотивных рельсосмазывателей.

Сохранение темпа реализации указанных мероприятий в путевом хозяйстве в дальнейшем позволит обеспечить 5  6% снижения удельных энергозатрат на тягу поездов.

Техническая политика ОАО «РЖД» в области создания совместно с вагоностроительными предприятиями грузовых вагонов нового типажа, направленная на снижение коэффициента тары и улучшение динамического взаимодействия с путевыми устройствами, отвечает требованиям повышения их энергетической эффективности.

Созданные в последние годы модели грузовых полувагонов с осевыми нагрузками 25  27 т и пониженным коэффициентом тары позволяют снизить расход ТЭР на единицу перевозимого груза до 5% (стальной кузов) и до 14,6% (алюминиевый кузов). Зарубежный опыт показывает результативность использования легких сплавов в вагоностроении: до 80% новых поступлений вагонов в США приходится на такие вагоны.

Большие резервы экономии ТЭР и в совершенствовании конструкции пассажирских вагонов. Существующий парк этих вагонов имеет низкое качество теплоизоляции и герметизации, практически не улучшаемые при капитальном и капитально-восстановительном ремонтах; коэффициенты теплопередачи кузовов вагонов на 25  30% выше нормативных, что приводит к повышенному расходу ТЭР на их отопление и кондиционирование. Ежегодно компания расходует на эти цели около
300 млн. кВт∙ч и 90 тыс. т угля.

Использование гидрофобной теплоизоляции, конструкции кузова с минимальными «тепловыми мостами», двухкамерных стеклопакетов с отражающими и поглощающими покрытиями стекол, реверсивных теплонасосных установок кондиционирования воздуха, автоматизированных трехрежимных электро-уголь-пеллетных котлов отопления позволит снизить в 2  3 раза затраты на энергоснабжение пассажирских вагонов. Ключевым, по задействованию этих резервов повышения энергоэффективности в перевозочном процессе грузов и пассажиров, является вопрос: насколько будут востребованы вагоны нового типажа и в состоянии ли будет отечественное вагоностроение удовлетворить эти потребности.

Значительный потенциал энергосбережения сосредоточен
в нетяговой энергетике, обеспечивающей инфраструктурную составляющую перевозочного процесса.

Недостаточное финансирование в последние годы привело к значительному технологическому отставанию технических средств стационарной энергетики железнодорожного транспорта. Эксплуатация физически и морально устаревших энергоустановок с низкими эксплуатационными КПД привела не только к повышенному потреблению ТЭР, но и к дополнительным финансовым затратам на их содержание и ремонт. Поэтому техническое переоснащение и модернизация энергетического оборудования инфраструктуры железных дорог является одной первоочередных задач, стоящих перед ОАО «РЖД» и его дочерних обществ.

Потребление ТЭР на нетяговые нужды разделяется на условно-постоянную и переменную составляющие. Условно-постоянная составляющая связана с наличием оборудования, режимы работы которого не зависят от объемов производственной или эксплуатационной работы и носят вспомогательный характер выполнения технологического процесса по следующим направлениям ее использования: отопление, вентиляция и кондиционирование зданий и сооружений, наружное и внутреннее освещение, средства связи, вычислительная и оргтехника, бытовые электроприборы и другое оборудование.

Переменная составляющая обусловлена выполнением основного вида эксплуатационной работы и зависит от ее объема. К переменной составляющей относится расход ТЭР по следующим направлениям их использования: электропривод машин и механизмов, станки, кузнечно-прессовое, окрасочно-сушильное, сварочное и наплавочное оборудование, насосы, термическое оборудование, подъемно-транспортные механизмы, моечные машины, дробеструйные комплексы, компрессоры, выпрямители, стенды и прочее оборудование.

Потенциал повышения энергетической эффективности потребления электроэнергии на нетяговые нужды может быть реализован по следующим направлениям:

снижение потребления электрической энергии на нетяговые нужды за счет внедрения современных, энергоэкономичных технических средств и технологий;

совершенствование производственно-технологических процессов ремонта подвижного состава и железнодорожного пути;

продолжение работы по передаче в муниципальную собственность непрофильных для ОАО «РЖД» энергетических объектов.

Реконструкция электрических сетей 0,4 кВ с использованием самонесущих изолированных проводов и внедрение автоматизированной системы контроля и учета электропотребления железнодорожных узлов (АСКУЭ ЖДУ), которая является одним из этапов создания общесетевой автоматизированной системы управления ТЭР, позволят снизить потери в электрических сетях железнодорожных узлов с 15 – 22% до уровня технологических: 10 – 12%.

В сегменте условно-постоянной составляющей расхода электроэнергии на нетяговые нужды заметного снижения электропотребления можно добиться за счет внедрения интеллектуальных систем управления освещением, замены ламп накаливания и газоразрядных ламп на светодиодные источники света, что позволит снизить расход электроэнергии на освещение до 60% и на работу устройств световой сигнализации в 2 раза. Учитывая, что доля расхода электрической энергии на освещение в балансе электропотреблении на нетяговые нужды составляет около 23%, то ожидаемая экономия ее может составить
12 – 15% от общего потребления на эти нужды.

В сегменте переменной составляющей электропотребления на нетяговые нужды более 80% расхода электрической энергии приходится на производственное оборудование.

Одним из перспективных направлений снижения расхода электрической энергии, которое находит все более широкое применение, является внедрение частотно-регулируемого привода компрессоров, насосов, вентиляторов и т.д. В области электротермической обработки все большее распространение получают комбинированные системы нагрева (индукционный, с использованием альтернативных энергоресурсов и другие), вакуумные электропечи и системы автоматического управления электротермической обработкой.

Эти и другие технические решения в совокупности с заменой электрооборудования избыточной мощности и проведением организационных мероприятий, направленных на обеспечение рационального использования электрической энергии, позволят снизить ее расход на нетяговые нужды по переменной составляющей от 6,2 до 15,8%.

Соответственно потенциал экономии электроэнергии на нетяговые нужды составляет от 20 до 33% от объема ее потребления на эти нужды в настоящее время при существующем объеме выполняемой ремонтно-эксплуатационной работы.

Мониторинг технического состояния объектов теплоснабжения в ОАО «РЖД» показал, что основные потери ТЭР в этом секторе связаны со значительным износом основного теплоэнергетического оборудования:

немногим менее половины (48,7%) паровых и почти две трети водогрейных (61,3%) котлоагрегатов выработали свой амортизационный ресурс;

почти четверть (22,8%) тепловых сетей от общей их протяженности эксплуатируется более 30 лет, а протяженность сетей со сроком эксплуатации, превышающем нормативный срок службы (25 лет), составляет около 32%.

Одновременно с этим выявлены низкие показатели использования установленной мощности оборудования (до 26%).

Остается высокой децентрализация теплоснабжения: доля котельных малой производительности (до 1 Гкал/ч) составляет около 80%, а без учета электрокотельных – 72%.

Приблизительно четверть тепловой энергии (23,3%) вырабатывается энергоустановками, не использующими водоподготовительное оборудование. В целом по сети железных дорог котельные, оснащенные системами водоподготовки, составляют около 13%. Это, как правило, котельные мощностью более 5 Гкал/ч. Котельные небольшой мощности
(до 1 Гкал/ч и 50% котельных мощностью до 3 Гкал/ч) систем водоподготовки не имеют.

Более 90% котлоагрегатов на твердом топливе – с ручным обслуживанием, что ухудшает условия труда персонала и является одной из причин перерасхода топлива. Кроме того, это приводит к увеличению вредных выбросов в окружающую среду.

Таким образом, можно сформулировать следующие основные проблемы, характерные для системы теплоснабжения ОАО «РЖД»:

эксплуатация котлоагрегатов устаревшего типа, не оборудованных современными горелочными устройствами, средствами автоматического управления процессом горения, топливоподачи (перерасход топлива
20 – 30%);

эксплуатация котлоагрегатов без систем водоподготовки (перерасход топлива 2 – 7%);

недостаточная оснащенность котельных приборами контроля и учета (характерно для подавляющего большинства котельных мощностью
до 3 Гкал/ч);

несоответствие технических характеристик вспомогательного оборудования фактическим режимам эксплуатации котельной (перерасход энергоресурсов до 5%);

отсутствие контроля за качеством используемого топлива (перерасход топлива на 3 – 5%, а в маломощных котельных на твердом топливе
до 10 – 15%);

отсутствие резервирования источников электроэнергии, воды и тепла, что характерно для котельных мощностью до 3 Гкал/ч.

При существующей структуре производства тепловой энергии и реализации энергосберегающих мероприятий величина удельного расхода ТЭР на генерацию теплоты может снизиться с 183,8 до 174,3 кг у.т./Гкал
(на 5,2%), что эквивалентно повышению КПД использования первичного топлива с 77,6 до 81,9%, в том числе за счет:

сокращения среднего срока эксплуатации с 16 – 19 до 10 – 12 лет (снижение удельного расхода на 1,0 кг у.т./Гкал);

повышения коэффициента загрузки по выработке тепловой энергии с 35 – 50 до 60 – 80% (снижение удельного расхода на 2,7 кг у.т./Гкал);

увеличения единичной установленной мощности с 1,1 до 4 Гкал/ч (снижение удельного расхода на 0,5 кг у.т./Гкал);

доведения уровня оснащения системами водоподготовки с 75 до
90 –95 % (снижение удельного расхода на 1,6 кг у.т./Гкал);

сокращения доли ручной топливоподачи при сжигании твердого топлива с 35 до 10 – 15% (снижение удельного расхода на 3,2 кг у.т./Гкал);

доведения уровня оснащения котлоагрегатов экономайзерами с 80 до 90 – 95% (снижение удельного расхода на 0,46 кг у.т./Гкал).

Дальнейшее снижение удельного расхода топлива на выработку тепловой энергии возможно только при существенном изменении технологии сжигания топлива или структуры его видов, например, при увеличения доли выработки тепловой энергии котлоагрегатами на природном газе, при использовании более качественных видов котельно-печного топлива на котлоагрегатах с малой мощностью (менее 3 Гкал/ч) и работающих на угле, при широком использовании нетрадиционных и возобновляемых источников энергии.

Снижение потерь тепловой энергии при ее транспортировке – один из основных, наряду с модернизацией котельных, способов повышения эффективности систем теплоснабжения в холдинге «РЖД». Общие потери тепловой энергии в трубопроводных системах централизованного теплоснабжения на практике могут доходить до 30% и выше от отпускаемой энергии, при нормативных значениях 5 – 7%.

Применение современных теплоизоляционных материалов с низким коэффициентом теплопроводности (менее 0,04 Вт/м∙град.) в совокупности с другими мероприятиями по энергосбережению (оптимизация сечения трубопроводов при перекладке, гидро- и теплоизоляция подземных теплотрасс, поддержание оптимального давления в сетях, вторичное использование теплоты обратной сетевой воды, установка приборов учета и расширение применения трубопроводов нового поколения при ремонте, замене и прокладке теплотрасс) позволят сократить потери теплоты при эксплуатации тепловых сетей до уровня 3 – 5%, что в конечном итоге даст возможность снизить количество сжигаемого топлива;

Основными направлениями модернизации систем теплоснабжения являются:

замена морально и физически устаревших типов котлоагрегатов на современные, оборудованные автоматической топливоподачей и автоматикой режимов горения;

оптимизация схем теплоснабжения за счет приведения установленных мощностей в соответствие с присоединенными нагрузками, а также за счет увеличения коэффициента загрузки оборудования, включая внедрение схем теплоснабжения с регулированием отпуска тепловой энергии;

обеспечение наиболее полного возврата конденсата, как ценного вторичного энергоресурса;

реализация программы по замене дизельного топлива в котельных другими видами энергоресурсов;

дальнейшее развитие автоматизированных систем управления ТЭР (АСКУ ТЭР), включая разработку информационно-аналитических подсистем учета ТЭР технологических процессов структурных подразделений филиалов и дочерних обществ ОАО «РЖД».

Решение этих задач позволит снизить себестоимость генерации тепловой энергии на 20 – 30%, усилить контроль за эксплуатацией оборудования и повысить уровень управляемости системы теплоснабжения.

Здания и инженерные сооружения железнодорожного транспорта – важная и энергоемкая часть инфраструктуры железных дорог, обеспечивающая эффективность перевозочного процесса. Хозяйство гражданских сооружений железных дорог осуществляет содержание и эксплуатацию более 47 тыс. зданий производственно-технологического, административного и хозяйственного назначения общей площадью 11,6 млн. кв. м, корпоративного жилищного фонда – 1,1 млн. кв. м, инженерных сетей – 9,4 тыс. км. Средний уровень износа основных фондов указанного хозяйства составляет 64%, при этом значительная часть основных фондов находится за пределами их нормативных сроков службы.

Со вступлением в силу Федерального закона № 261-ФЗ и подзаконных актов к нему повышаются требования к энергетической эффективности зданий, строений, сооружений, которым они должны соответствовать при проектировании и вводе в эксплуатацию, при капитальном ремонте и реконструкции.

Основная часть эксплуатируемых зданий ОАО «РЖД» (более 90%) построена в период до 1995 года, когда уровень требований по теплозащитным свойствам наружных ограждений зданий был гораздо ниже уровня, устанавливаемого ныне действующими нормативными документами.

Ключевой проблемой развития холдинга «РЖД» на данном этапе является необходимость ускоренного обновления основных фондов непосредственных участников производственного процесса. Сохранение прежних темпов обновления основных фондов на фоне высокого уровня их износа может привести к инфраструктурным ограничениям социально-экономического развития.

В соответствии с утвержденным ОАО «РЖД» Планом мероприятий по реализации Концепции реорганизации и развития хозяйства гражданских сооружений, водоснабжения и водоотведения до 2010 года и на период до 2015 года от 11 июля 2008 г. № 27 Управлением объектов технологического и коммунального назначения был разработан инвестиционный проект «Реконструкция и строительство зданий технологического, административного и хозяйственно-бытового назначения железных дорог», реализация которого позволит обновить основные фонды хозяйства, вывести на новый инновационный уровень систему управления инженерным оборудованием служебно-технических зданий, обеспечив тем самым комфортные и безопасные условия труда железнодорожников.

В рамках реализации этого проекта планируется:

снос ветхих служебно-технических зданий и совмещенных вокзалов постройки 1900 – 1940 годов и строительство новых зданий на железнодорожных станциях, в том числе модульного типа, с размещением служб, обслуживающих станционные обустройства, с оборудованием зданий современными инженерными системами, обеспечивающими эффективное использование энергии;

реконструкция старых, не отвечающих современным требованиям, зданий административно-бытового назначения;

внедрение в существующих служебно-технических зданиях автоматизированных систем диспетчеризации и контроля за их содержанием, предусматривающих регулирование комфортности пребывания в помещении и учет использования энергоресурсов;

ликвидация малодеятельных угольных котельных и перевод служебно-технических зданий на электроотопление с устройством инженерной системы гибкого регулирования теплового режима в зависимости от наружной температуры и другие мероприятия.

Потенциал сбережения тепловой энергии на отопление зданий и сооружений, определенный путем сопоставления реального удельного расхода теплоты на отопление зданий и рекомендуемой величины, рассчитанной по действующим строительным нормам и правилам, составляет в среднем по сети железных дорог 30 – 40%, что соответствует экономии тепловой энергии от 2,9 до 3,8 млн. Гкал в год.

Значимый потенциал энергосбережения имеется в системах вентиляции зданий и составляет 70 – 85%, что соответствует экономии тепловой энергии от 0,8 до 1,0 млн. Гкал в год. В этой связи необходимо отметить, что основная часть этого потенциала (60%) связана с рекуперацией тепловой энергии, которая до настоящего времени не применялась.

На нужды горячего водоснабжения железных дорог и функциональных филиалов ОАО «РЖД» ежегодно расходуется около 1,8 млн. Гкал тепловой энергии. Практически реализуемый потенциал экономии тепловой энергии в системах горячего водоснабжения составляет 15 – 25% или
0,3 – 0,5 млн. Гкал.

Таким образом, суммарный потенциал энергосбережения в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения зданий и сооружений
ОАО «РЖД» оценивается от 4,0 до 5,3 млн. Гкал в год, что в пересчете в условное топливо составляет от 0,8 до 1,0 млн. т у.т.

Приведенный в настоящем разделе потенциал энергосбережения носит оценочный характер. Очевидно, что предел снижения удельных энергозатрат должен определяться в ходе энергетического обследования энергопотребляющих объектов с составлением энергетических паспортов. В планах на ближайшую перспективу одной из первоочередных задач является проведение таких обследований во всех структурных подразделениях филиалов и дочерних обществ ОАО «РЖД».