Поезда должны ходить максимально дешево и максимально прибыльно!

Ходовая скорость грузовых поездов по условию энергосбережения

Расходы ОАО «РЖД» на топливо и электроэнергию превышают 150 млрд. руб. в год и продолжают расти в условиях увеличения объемов перевозочной работы, а также тарифов на энергоресурсы. При этом 70% топливно-энергетических затрат, т.е. более 100 млрд. руб. в год, приходится на тягу поездов. Вот почему при разработке ресурсосберегающих технологий одной из важнейших задач является снижение до минимума топливно-энергетических затрат на тягу грузовых поездов за счет оптимизации режима их вождения.

Для оценки влияния скоростей движения грузовых поездов, определяющих перегонные времена хода, на затраты по продвижению поездопотоков в отделении эксплуатации железных дорог ОАО «НИИАС» были разработаны три модели экономико-математических расчетов (табл. 1). Первая модель предполагает оптимизацию скоростей по критерию минимизации топливно-энергетических затрат, учитывающих затраты на тягу, собственные нужды локомотива и дополнительные расходы на разгоны и замедления при обгонах грузовых поездов пассажирскими.

Вторая экономико-математическая модель учитывает совокупные расходы ОАО «РЖД» на тягу поездов, т.е. помимо топливно-энергетических затрат и работу поездного локомотива и локомотивной бригады. Третья модель учитывает все совокупные затраты ОАО «РЖД» и владельцев подвижного состава, грузоотправителей и грузополучателей.

Для каждой модели были разработаны соответствующие программные модули, совместимые с существующей на сети дорог ОАО «РЖД» автоматизированной системой тяговых расчетов ИСТРА. В качестве расчетных были приняты железнодорожные участки Абдулино — Кинель (электрическая тяга, локомотив ВЛ 10) и Морозовская — им. М. Горького (тепловозная тяга, локомотив 2ТЭ116). Расчеты выполнены для грузовых поездов массой брутто 2000—6000 т (с шагом 500 т) и скоростей движения 40-80 км/ч (с шагом 1 км/ч).

Анализ результатов расчетов показал, что при достижении определенных скоростей движения имеет место минимальное потребление электроэнергии (дизельного топлива). Так, на участке Абдулино — Кинель в нечетном направлении минимальный расход электроэнергии будет при ходовой скорости в диапазоне от 48 до 52 км/ч.

При этом не было установлено какой-либо зависимости между массой поезда и оптимальной скоростью его движения. Более того, отсутствие такой зависимости и узкий диапазон оптимальных скоростей движения грузовых поездов различной массы позволяют говорить о наличии конкретного значения оптимальной скорости для каждого железнодорожного участка независимо от массы поездов, обращающихся на нем.

Одним из важнейших факторов, определяющих величину оптимальной ходовой скорости, являются размеры пассажирского движения. Во всех моделях их влияние оценивалось через дополнительное потребление топлива и электроэнергии, связанное с разгонами и торможениями грузовых поездов при обгонах их пассажирскими. На рассматриваемых участках размеры пассажирского движения сравнительно невелики, поэтому данный фактор не привел к какому-либо увеличению оптимальной ходовой скорости.

В теории же, чем выше скорость движения грузового поезда (при неизменной скорости хода пассажирского), тем меньше дополнительный расход топлива и электроэнергии. Поэтому на участках с большими размерами пассажирского движения оптимальная ходовая скорость при учете данного фактора должна быть несколько выше той, которая получена без учета остановок грузового поезда.

С одной стороны, с ростом ходовой скорости должен увеличиваться дополнительный расход электроэнергии, так как разгон производится до более высокого значения скорости. Однако, с другой стороны, сокращается число обгонов грузовых поездов пассажирскими, а при равенстве скоростей грузовых и пассажирских поездов график их движения становится параллельным (безобгонным) и дополнительные энергетические затраты стремятся к нулю.

Оптимальная ходовая скорость (при которой потребление топлива и электроэнергии будет минимальным) зависит от множества факторов. В их числе: серия локомотива, план и профиль железнодорожного пути, наличие предупреждений об ограничении скорости движения поездов и др. Это позволяет утверждать, что оптимальная ходовая скорость на каждом участке будет различной для четного и нечетного направлений.

Так, для составов массой 4500 т оптимальная ходовая скорость в четном направлении составляет 50 км/ч, а в нечетном — 52 км/ч.

Следует отметить, что на железнодорожных участках с большим числом предупреждений об ограничении скоростей движения поездов кривые топливно-энергетических затрат имеют тенденцию к резкому устремлению вверх, начиная с ходовой скорости 60 км/ч. Данный факт обусловлен тем, что грузовой поезд движется то ускоряясь (после прохождения элемента пути, на котором установлено ограничение скорости), то замедляясь (на подходах к элементам пути с ограничением скорости движения).

Учет фактора работы локомотива с бригадой также приводит к смешению оптимального значения ходовой скорости в большую сторону. Известно, что чем выше скорость поезда, тем меньшее время находится в пути локомотив (и локомотивная бригада), модель 2. Вместе с тем характер кривых изменения расходов в данной модели имеет определенные отличия от кривых топливно-энергетических затрат. Если в последнем случае имел место ярко выраженный минимум, после прохождения которого с увеличением ходовой скорости топливно-энергетические затраты росли достаточно быстрыми темпами, то при оптимизации по второй модели кривая имеет более пологую форму после достижения оптимального значения ходовой скорости. Данная тенденция имеет еще более выраженный характер при оптимизации ходовой скорости движения грузовых поездов в третьей модели.

В табл. 2 показано, как изменяются оптимальные ходовые скорости грузовых поездов потрем вариантам оптимизационных расчетов. На величину оптимального значения ходовой скорости существенное влияние оказывают экономические показатели, заложенные в моделях. К ним относятся стоимость потребляемой электроэнергии (дизельного топлива), затраты на работу локомотивов и бригад и др. При их непропорциональном изменении может возникнуть ситуация, когда на одном и том же участке оптимальная ходовая скорость может изменяться по времени. Например, серьезное увеличение тарифа на электроэнергию (или стоимости дизельного топлива) приведет к целесообразности снижения ходовой скорости для снижения топливно-энергетических затрат (и наоборот).

На наш взгляд, наиболее приемлемым будет расчет оптимальных ходовых скоростей (и соответствующих им перегонных времен хода грузовых поездов при разработке графиков движения) по первой или второй моделям, учитывающим только затраты ОАО «РЖД». Вместе с тем, по нашему мнению, компании невыгодно повышать ходовые скорости движения грузовых поездов сверх оптимальных значений. Ведь это не только потребует серьезных капитальных вложений в инфраструктуру, но и вызовет непроизводительный рост топливно-энергетических затрат. В данном случае речь идет не об участковой скорости, которую следует повышать за счет сокращения стоянок грузовых поездов на промежуточных станциях, разъездах и обгонных пунктах под скрещениями и обгонами. Кроме того, для ОАО «РЖД», грузовладельцев и владельцев вагонных парков важна не ходовая или техническая скорость движения, а маршрутная, соблюдение установленного значения которой обеспечивает доставку грузов точно в срок.

Анализ маршрутных скоростей движения грузовых поездов на ряде железных дорог показал, что повышение маршрутной скорости на 20 км/сут может быть достигнуто за счет увеличения ходовой скорости на 6 км/ч или снижения простоя транзитного вагона без переработки на 0,15—0,2 ч, с переработкой — на 0,8—1,2 ч. Именно в сокращении значений этих двух элементов, а также в повышении уровня маршрутизации заложен основной резерв повышения маршрутных скоростей движения грузовых вагонов. Что же касается повышения ходовых скоростей движения грузовых поездов, то решение данного вопроса в настоящее время не имеет экономического обоснования, а его реализация должна быть тесно увязана с тарифами на грузовые перевозки.

А.А. Абрамов, начальник отделения эксплуатации железных дорог ОАО «НИИАС», кандидат технических наук
А.Л. Голигузова, ведущий специалист отделения