Общее положение
Железнодорожный транспорт России на тягу поездов и эксплуатационные нужды только за 2015 год израсходовал более 60 млрд кВт·ч электроэнергии. Один десятивагонный электропоезд при средней скорости 70–90 км/ч расходует примерно 4 тыс. кВт·ч электроэнергии. Это очень большие цифры, поэтому необходимо внести ряд изменений, направленных на применение эффективных мер, сокращающих энергозатраты.
Электроэнергия в электропоездах расходуется на преодоление сил. Эти силы делятся на внутренние и внешние. Внутренние — силы взаимодействия между отдельными вагонами и локомотивом (головным вагоном), силы парные и равные по величине, совпадающие по линии действия и противоположные по направлению. Внешние — притяжение земли (вес поезда), реакции рельсов, воздействие среды (воздуха) и т. д. Как известно, только под действием внутренних сил центр тяжести поезда не может изменить своего положения, а перемещается он под действием внешних сил. К таковым и относится сила тяги — сила, приложенная к движущимся колёсам поезда в направлении движения и вызывающая его перемещение. [1]
При движении поезда возникают силы, препятствующие его движению, — силы трения, силы взаимодействия между составом и путём, между составом и воздушной средой, а также силы сопротивления движению поезда на уклонах. Суммарная этих сил направлена против направления движения поезда и только на крутых спусках совпадает с ним. Сопротивление резко возрастает с увеличение скорости. [2] Если в прошлом столетии эта скорость была 200 км/ч, то сейчас электропоезда способны развить скорость более 400 км/ч. К примеру, французский скоростной электропоезд TGV ещё в 2007 сумел развить скорость 574,8 км/ч. А значит нужно какими-либо способами преодолеть эти силы.
Общепринятые способы экономии электроэнергии
Одним из важнейших способов уменьшений затрат является обеспечение хорошего технического состояния механического и кузовного оборудования электропоездов. Какими бы современными технологии не были, этот фактор всегда будет играть важнейшую роль. Большие потери могут происходить из-за неправильной посадки двигателя, неверного соединения двигателя с тяговым приводом, касания корпуса редуктора и т. д.
Также традиционным способом экономии является рекуперативное торможение. [3] Точнее сказать, при этом методе происходит не экономия электроэнергии, а возвращение её части обратно в сеть. Во время движения поезда с увеличением скорости растет запас кинетической энергии. А при движении электропоезда под уклон, появляется потенциальная энергия. На участках пути, где приходится применять подтормаживание, чтобы не превысить установленную скорость, используется только часть кинетической и потенциальной энергии, другая часть теряется в тормозах. На поездах с рекуперативным торможением для подтормаживания используют тяговые двигатели в качестве генератора. За счет этого «лишняя» энергия переводится в электрическую и возвращается в сеть. [4]
Еще одним способом экономии является использование тяговых двигателей, рассчитанных на номинальное напряжение 1500 В, а не как его предшественники на 375 В. Новый двигатель оборудован компенсационной обмоткой, что позволило поднять его мощность и использовать в генераторном режиме работы. Это означает, что в электропоездах, используемых этот двигатель, возможна реализация не только последовательного и последовательно-параллельного соединения двигателей, но и введение режима рекуперативного торможения с максимальной скорости до 25–28 км/ч. Всё это позволяет до 20 % снизить в эксплуатации расход электроэнергии.
Стив Джобс говорил: «Начинайте с малого…» Поэтому не нужно забывать, что достаточно большая часть электроэнергии расходуется на необходимые нужды пассажиров, такие как освещение и отопление. Снизить эти расходы можно путём замены обычных электрических ламп с пружинящим патроном на энергосберегающие и установки электронных терморегуляторов соответственно. Рассмотрим поподробнее экономию электроэнергии с помощью энергосберегающих ламп.
Экономия электроэнергии спомощью энергосберегающих ламп
Для того чтобы узнать, какие лампы лучше всего использовать в электропоездах, нужно рассмотреть плюсы каждых.
– Люминесцентные лампы.
Компактная люминесцентная лампочка состоит из стеклянной трубки, спиралеобразно или у-образно изогнутой, или такой же колбы, как и у лампы накаливания, заполненной галогеном и парами ртути. Между цоколем и трубкой размещается стартер, который запускает работу лампочки. Под действием невидимого ультрафиолетового излучения, образующегося при накаливании паров ртути, начинает светиться люминофор — вещество, которое покрывает изнутри стеклянную поверхность.
В пользу экономичности этих лампочек говорит их мощность, которая в 4–5 раз меньше, чем у обычной лампы накаливания, т. е. потребление электроэнергии будет в 4–5 раз ниже.
Минусами данного вида ламп являются плохие показатели влагоустойчивости и морозостойкости, высокая чувствительность к резким скачкам напряжений, что приводит к их миганию, а также длительное время разогрева.
– Светодиодные лампы.
Вторым видом ламп, которые относятся к энергосберегающим, являются светодиодные лампы.
Светодиодные лампы состоят из:
- Рассеивателя
- Собственно светодиодов
- Платы, на которую они (светодиоды) крепятся
- Радиатора, охлаждающего светодиоды
- Драйвера
- Вентиляционных отверстий, предназначенных для циркуляции воздуха
- Цоколя
Рис. 1. Составные части светодиодных ламп
Плюсами данного вида ламп являются:
– Наличие у каждого светодиодного источника света стабилизированного источника питания, благодаря чему обеспечивается световой поток без мерцаний и цветовых перепадов
– Возможность иметь весь спектр цветов
– Экономичность по сравнению с люминесцентными лампами в 2–3 раза
– Отсутствие вредных веществ, т. е. безопасная эксплуатация и, соответственно, лёгкая утилизация
– Широкий температурный режим, что очень удобно с нашим климатом
К минусам можно отнести такие показатели, как:
– Большие габариты
– Ухудшение эффективности при сильном перегревании
– Направленный световой поток, т. е. светодиодная лампа светит направленно, в результате чего пространство сбоку и сзади освещается недостаточно хорошо
Электропоезда являются одним из крупнейших потребителей электрической энергии не только в нашей стране, но и во всём мире, поэтому борьба за её экономию — одна из важнейших задач. Использование обоих видов ламп позволит существенно сэкономить электроэнергию. Снижение затрат значительно снизит необходимую мощность электрических станций, которые для выработки электроэнергии используют энергоресурсы природы, а они не бесконечны. Кроме экологического фактора присутствует и экономический, который особенно актуален в наше время.
Литература:
- Цукало П. В. Экономия Электроэнергии на электроподвижном составе. — 629.423.072.2 004.18. — М.: Транспорт, 1983. — 174 с.
2. Калинин В. К. Электровозы и электропоезда. — М.: Транспорт, 1991.—480 с.
- Фаминский Г. В. Экономия электроэнергии в электропоездах. — М.: Транспорт, 1970. — 88с.
- Яковлев Д. В. Управление электровозом и его обслуживание. — М.: Транспорт, 1978. 297 с.
