Основные направления энерго- и ресурсосбережения на транспорте

Железнодорожный транспорт. Как уже отме­чалось, транспорт является одной из энергоемких отраслей народного хозяйства, поэтому мероприятия по экономии энергии на транспорте в целом, и на железнодорожном в ча­стности, заслуживают повышенного внимания.

Рассматривая железнодорожный транспорт в плане по­требления и экономии топливно-энергетических ресурсов, не­обходимо выделять два направления, каждое из которых имеет свои технологические и организационные особенно­сти— это тяговая энергетика, включающая в себя парк подвижного состава с большим количеством разнооб­разных по типу и мощности локомотивов и других мобиль­ных транспортных установок, и нетяговая (стационар­ная) энергетика, выполняющая работы по обеспечению надежного функционирования железных дорог как отрасли. Это энергетика ремонтных заводов, а в ряде случаен, и стро­ительных предприятий; это энергетическое хозяйство железнодорожных станций и узлов, экипировочных устройств, си­стем погрузки и выгрузки, включая очистку и подготовку подвижного состава к дальнейшей работе; это путейская энергетика, а также энергетика коммунально-бытового об­служивания железнодорожных предприятий и прилегающего района.

Основными направлениями экономии энергии в тяговой энергетике являются: выбор наиболее экономичного, при про­чих равных условиях, вида тяги, совершенствование конст­рукции локомотивов, вагонов и других технических средств транспорта, улучшение организации и управления процесса­ми перевозок, повышение уровня эксплуатации подвижного состава, планирование, нормирование и контроль за расходом энергоресурсов. Важнейший резерв экономии топливно-энер­гетических ресурсов на железнодорожном транспорте — это дальнейшее внедрение электровозной тяги. Электрификация каждых 10 тыс. км железных дорог позволяет заменить элек­троэнергией до 7 млн. т у. т. С учетом потерь в процессах преобразования и передачи это дает экономию 2 млн. т на­турального дизельного топлива. На участках с электровозной тягой серьезным резервом экономии является рекуперация. Использование рекуперации в оптимальных размерах позво­лило бы сэкономить 1Д —1,5 ТВт-ч электроэнергии. Значи­тельная экономия может быть достигнута за счет снижения затрат энергии на вспомогательные (собственные) нужды (с 11 —12% до 6—7%), снижения потерь энергии в контактной сети и на тяговых подстанциях, применения современного оборудования и автоматического регулирования.

Реализация перечисленных мер в может дать экономию энергоресурсов на железнодорожном транспорте более 3 млн. т у. т. Размеры экономии энергии на железнодорож­ном транспорте в значительной степени зависят от технического состояния подвижного состава, средств обеспечения и организации движения. Вынужденное снижение скорости, а тем более остановки в пути, сопровождаются перерасходом энергии. Одна остановка поезда сопровождается потерей энергии на торможение и последующий разгон и вызывает дополнительный расход до 150 кВт-ч энергии или 50 кг ди­зельного топлива. Только из-за непредусмотренных остановок поезда у запрещающих сигналов на сети дорог ежегодно те­рялось свыше 300 млн. кВт-ч энергии и до 33 тыс. т дизель­ного топлива. Хороший уровень содержания пути, качественный ремонт локомотивов и вагонов, четкая работа устройств СЦБ и связи и др. снижают вероятность вынужденных оста­новок, и следовательно, служат дополнительным резервом экономии по сравнению с предыдущим уровнем. Косвенная дополнительная экономия топливно-энергетических ресурсов заключена в снижении удельных весовых характеристик обо­рудования путем применения прогрессивных проектно-конструкторских решений и внедрения материалов-заменителей. Только замена чугунных тормозных колодок другим износо­стойким материалом позволила бы сократить потери чугуна на 300—350 тыс. т ежегодно.

Основные направления экономии энергии в нетяговой энергетике. Оценивая возможности экономии топливно-энергетиче­ских ресурсов в стационарной энергетике, необходимо иметь в виду, что расход топлива в этом хозяйстве составляет почти половину общего расхода на железнодорожном транспорте .

В топливном балансе 55% расхода приходится на твердое топливо, 30—35% на жидкое (90% составляет мазут) и около 15% природный газ.

Стационарные теплоэнергетические хозяйства включают в себя топливопотребляющие установки (паровые и водогрей­ные котлы, печи, горны, вагранка, электростанции и др.) и теплопотребляющие (паровые молоты и прессы, моечные ма­шины, выварочные ванны, сушильные установки, устройства для подогрева топлива и смазки, обмывочные устройства, установки для разогрева смерзшихся грузов, пропарочные и пропиточные установки, весь комплекс коммунально-бытово­го теплопотребления и др.).

Основным резервом экономии топлива являются котель­ные и системы теплоснабжения коммунально-бытового по­требления. В котельных расходуется около 55% топлива, ис­пользуемого в стационарной энергетике. На железнодорож­ных узлах, станциях и заводах установлено свыше 15 тыс. разнотипных и маломощных паровых котлов, в том числе бо­лее 2 тыс. паровозных, и масса мелких водогрейных котлов. Отличительной особенностью систем теплоснабжения объек­тов железнодорожного транспорта является высокая степень децентрализации и большая разнотипность котлов. На от­дельных узлах и станциях эксплуатируется до 35 котельных с котлами производительностью от 0,5 до 10 т/ч и десятки водогрейных.

При этом имеет место ведомственная разобщенность — подчиненность различным службам. Основными видами топ­лива являются: твердое (65%), жидкое (20%), природный газ (12%) и (3%) дрова и пр. Коэффициенты полезного дей­ствия котлов на твердом топливе находятся на уровне 40— 50%, на жидком топливе — 60—65% и на газообразном— 70— 75%. Очень большие потери тепла имеют место в системах теплоснабжения, практически полностью отсутствует автома­тическое регулирование температуры сетевой воды и регене­рация тепла в отопительных и вентиляционных установках. Только централизация теплоснабжения за счет ликвидации мелких индивидуальных котельных может дать в масштабах сети суммарную экономию топлива в размерах 2—2,3 млн. т у. т. в год.

Существенная экономия топлива может быть получена за счет модернизации существующего оборудования. Так, пере­вод паровозных котлов на работу с избыточным давлением в топке (под наддувом) позволяет увеличить паропроизводительность в 2—2,5 раза и повысить КПД на 7—10%. Модер­низация только паровозных котлов (работающих в стацио­нарных условиях) может дать экономию более 600 тыс. т топлива.

Нагревательные печи на заводах МПС имеют, как прави­ло, завышенные площади пода, и работают с перерасходом топлива в 1,7—2,0 раза. С низкой эффективностью работают дерево- и пескосушильные установки — перерасход горячей во­ды, а следовательно, и тепла; в моечных машинах, при об­мывке подвижного состава, промывке, пропарке и сушке ци­стерн и т. д. Приведение в соответствие мощности печей, модерниза­ция сушильных установок и установок обмывки деталей при ремонте подвижного состава — это резервы экономии топ­лива.

Существенным недостатком, ликвидация которого даст возможность поднять экономичность стационарной энергети­ки, является слабая обеспеченность систем и установок при­борами контроля и учета расходуемой тепловой энергии.

Установки отопления, вентиляции, кондиционирования, горячего водоснабжения, производства дистиллированной во­ды, обмывки подвижного состава, очистки вагонов от остав­шихся грузов, промывки, пропарки и сушки цистерн, сушки песка и древесины, сушки изоляции тяговых электродвигате­лей и др., потребляя большое количество тепла, одновремен­но являются источниками большого количества тепла низко­го потенциала, которое в настоящее время бесполезно вы­брасывается в окружающую среду.

Применение тепловых насосов, использующих резервы низкопотенциального тепла этих установок, может дать зна­чительный экономический эффект и сократить расходы топ­лива в стационарной энергетике железнодорожного транс­порта.

Кроме тепловой энергии, в стационарной энергетике рас­ходуется большое количество электрической энергии, которая на железнодорожных узлах используется на технологические цели (60—70%) и на освещение помещений (12—14%) и тер­ритории узла {17—20%). Особенностью электроэнергетиче­ского хозяйства является: нетиповое энергооборудование ма­лой мощности. Режим работы оборудования при ремонте ло­комотивов и вагонов в депо и на заводах носит прерывистый характер включения и переменную загрузку. Как и в тепло­силовом хозяйстве, большая ведомственная разобщенность и разбросанность потребителей по территории узла.

Основными путями экономии энергии являются: внедрение новых более экономичных технологий, модернизация сущест­вующего оборудования, совершенствование режима работы, внедрение передовых методов труда и соблюдение норм рас­хода энергии.

Так, замена электропечей сопротивления индукционными снижает расход электроэнергии в 1,5—2 раза, увеличение загрузки печи за счет рациональной укладки деталей и сни­жения тепловых потерь может дать до 40% экономии. Пере­вод электросварки с постоянного тока на переменный обеспечивает снижение расхода электроэнергии в 2—3 раза; внедрение новой технологии обработки цистерн на промывочно-пропарочных станциях сэкономит 80—100 тыс. кВт-ч в год. Модернизация компрессорного хозяйства и снижение уте­чек воздуха в пневмосетях позволяет сэкономить 2—2,5 млн. кВт-ч в год. Выбор современных экономичных источников света, снижение потерь энергии в сетях, применение дистан­ционного управления системами даст возможность получить дополнительную экономию электроэнергии.

Автотранспорт. Основным резервом экономии топлива, по­требляемого автомобилями, является повышение экономично­сти двигателей внутреннего сгорания. Так, замена карбюра­торных двигателей дизельными позволит сэкономить до 30 — 35% расхода горючего. Следующими мероприятиями, кото­рые дадут значительную экономию топлива на автотранспор­те, являются; совершенствование технического состояния ав­тотранспортных средств (качество ремонта, регулировки ре­жимов работы, качество шин и др.) и режима движения (со­кращения замедления и стоянок, вызывающих повышенные расходы топлива при ускорении); повышение эффективности использования подвижного состава (грузоподъемность, коэф­фициент загрузки, сокращение порожних пробегов). Совер­шенствование учета и контроля за расходованием топлива и смазочных материалов н, конечно, улучшение качества авто­мобильных дорог, Расход горючего при движении по хоро­шим дорогам с твердым покрытием на 25—30% ниже по сравнению с расходом при движении по грунтовым дорогам. Важным резервом экономии топлива может быть применение электромобилей, внедрение которых в настоящее время сдер­живается отсутствием надежных, легких и энергоемких акку­муляторов энергии.

Водный транспорт. Основными путями снижения расходов топлива при морских и речных перевозках в перспективе бу­дет внедрение в качестве силовых двигателей дизелей и уве­личение грузоподъемности судов. Одновременно необходимо совершенствовать организацию движения, повышать коэффи­циент загрузки, снижать простои под погрузкой и выгруз­кой. Большое значение следует обращать на улучшение хо­довых качеств судов. На речном транспорте одним из резер­вов экономии топлива является увеличение доли несамоход­ного флота, применение которого на перевозках позволяет уменьшить на 25—30% расход топлива по сравнению с са­моходным флотом.

Воздушный транспорт. Быстро развивающийся воздушный транспорт является самым энергоемким. Внедрение газотур­бинных двигателей, пришедших на смену поршневым, вызва­ло значительное увеличение удельных расходов топлива. Пу­тями снижения удельного расхода топлива в авиации могут быть: дальнейшее совершенствование силовых установок са­молетов, улучшение аэродинамических характеристик, повы­шение грузоподъемности и пассажировместимости при одно­временном увеличении коэффициента загрузки, совершенст­вования технического и эксплуатационного обслуживания. В перспективе экономия топлива при авиатранспортных пере­возках может быть получена за счет применения управляе­мых аэростатов и транспортных дирижаблей.

Этот новый вид транспорта может найти применение в труднодоступных районах страны с богатыми залежами при­родных ресурсов (полезных ископаемых, жидкого и газооб­разного топлива), на участках прокладки линий электропе­редач в малоосвоенных районах, при обслуживании геолого­разведочных работ. К таким районам относятся значитель­ные территории Сибири, Крайнего Севера и Дальнего Восто­ка, где отсутствуют железные дороги, крупные аэродромы и автомобильные дороги с твердым покрытием. Создание вре­менных, прокладываемых по снегу дорог-зимников обходится от 3 до 25 тыс. руб. за каждый километр (на зимники еже­годно расходуется до 200 млн. руб.).

Одним из возможных путей решения транспортных проб­лем в отдаленных районах со сложными климатическими и ландшафтными условиями, при значительных протяженностях маршрутов и больших грузопотоках, является использо­вание аэростатических летательных аппаратов. Так, приме­нение систем аэростатической транспортировки газообразно­го и жидкого топлива на дальние расстояния по сравнению с традиционным трубопроводным транспортом будет иметь це­лый ряд преимуществ: значительно меньшей стоимостью транспортировки, обусловленной меньшими капитальными за­тратами на создание системы, экономией энергии, затрачи­ваемой на доставку из районов добычи в районы потребле­ния, большой экономией металла, расходуемого на трубопро­воды, возможностью использования бывших в эксплуатации и истощенных месторождений в качестве естественных нако­пителей, заполняемых с помощью систем аэростатического транспорта нефтью и газом новых месторождений, с дальней­шим использованием имеющейся в районе системы трубопроводного транспорта. Применение систем аэростатического транспорта топлива в значительной мере снижает нарушение экологического равновесия в районах добычи и транспорта топлива.

По некоторым данным применение систем аэростатическо­го транспорта 300 млрд. м³ газа и 100 млн. т нефти на рас­стояние 3 тыс. км позволит сэкономить по сравнению с тру­бопроводной системой транспорта 18,5 млн. т металла. Эко­номический эффект при этом составит 13,6 млрд. руб.

В 1975 г. Киевским общественным конструкторским бюро по воздухоплаванию разработан проект системы аэростати­ческой транспортировки топлива (САТТ) для транспортиров­ки больших количеств газообразного и жидкого топлива на дальние расстояния с минимальными энергетическими затра­тами, относительно невысокими капиталовложениями и воз­можностью ввода в действие системы в короткий срок. В САТТ используется подъемная сила транспортируемого при­родного газа, Природный газ закачивается в буксируемые аэростаты-топливовозы (БАТ), которые шарнирно соединя­ются друг с другом и двумя дирижаблями Д-1, располагае­мыми в головной и хвостовой частях аэростатического топ­ливного поезда (АТП). Для уравновешивания БАТ в них предусматриваются встроенные емкости для закачки жидко­го топлива. В проекте проработаны несколько вариантов аэростатических топливных поездов в зависимости от массы транспортируемого топлива. Так, АТП-7 предназначается для транспортировки 1,9 млн. нм³ газа и 1029 т жидкого топлива одновременно. Объем БАТ составляет 380 тыс. м³, длина — 202 м, максимальный диаметр — 60 м, число буксируемых аэростатов-топливовозов в поезде — 7. Скорость транспорти­ровки — 100 км/ч. Государственная экспертная комиссия страны, рассматривая проект САТТ, отметила, что «отечественный и зарубежный опыт создания дирижаблей, современный уровень науки и техники подтверждают воз­можность практического осуществления способа транспорти­ровки газообразного и жидкого топлива», и рекомендовала «приступить к широким исследовательским работам в обла­сти аэростатических поездов и дирижаблей, начать разработ­ку проектов первых опытных поездов и кораблей».

В Новосибирском конструкторском бюро был разработан проект дирижабля, предназначенного для транспортировки 100 тыс. нм³ природного газа. В качестве балласта, для урав­новешивания подъемной силы природного газа применяются нефть, метанол и другие жидкие топлива. В качестве топлива для маршевых двигателей используется транспортируемый газ.

В условиях Якутии себестоимость транспортиров­ки на дирижаблях составляет 5—16 коп. на 1 ткм, тогда как в случае применения автотранспорта по зимникам—18 коп. на 1 ткм, а транспортных самолетов и вертолетов — 20 и 168—440 коп. на 1 ткм соответственно.

По некоторым опубликованным данным транспортировка грузов с плотностью меньше 0,4 т/м³ на дирижаблях эконо­мичнее, чем на самолетах, а при плотности меньше 0,2 т/м³— экономичнее по сравнению даже с наземными ви­дами транспорта.

Трубопроводный транспорт. По трубопроводам транспор­тируется: природный газ, нефть, нефтепродукты, твердое топ­ливо и другие материалы. Учитывая приоритет трубопровод­ного транспорта при транспортировке большого количества газообразного топлива и нефти, уделяется особое внимание на экономичность этого вида транспорта. Снижение энерге­тических затрат на перекачку по трубопроводам газа может быть получено за счет выбора оптимальной пропускной спо­собности, обуславливаемой диаметром трубопровода и рабочим давлением. Большое значение придается выбору шага, мощности и виду привода компрессорных станций. Чем боль­ше диаметр трубопровода и рабочее давление, тем выше про­пускная способность газопровода и меньше удельные энерго­затраты. В настоящее время эксплуатируются газопроводы диаметром 1020, 1220 и 1420 мм. Прорабатываются вариан­ты применения труб диаметром 1620 мм.

В ближайшее время основным направлением повышения производительности является более широкое применение труб диаметром 1420 мм с охлаждением транспортируемого газа и повышением рабочего давления. Повышение давления с 56 до 75 кгс/см² увеличивает производительность трубопро­вода примерно пропорционально изменению давления. Даль­нейшее повышение производительности может быть получено за счет повышения давления до 120 кгс/см². Правда, при этом потребуется применять более прочные (и более доро­гие) многослойные трубы.

Снижение затрат на транспорт может быть достигнуто и за счет повышения коэффициента загрузки газопровода до проектного уровня 0,9. Совершенствование режима потребле­ния газа по сезонам, создание газохранилищ может позволить довести коэффициент использования газопровода до 0,95. Снижение энергозатрат в газотранспортной системе мо­жет быть получено и за счет снижения расхода энергии на компрессорных станциях. В настоящее время преобладающим видом привода газовых компрессоров являются газовые тур­бины. Расчеты показывают, что эксплуатационные расходы с учетом затрат на топливо при газотурбинном приводе выше, чем при электрическом. Кроме того, выше говорилось о за­труднениях использования побочных энергоресурсов в виде горячих выхлопных газов после ГТУ. Поэтому при благопри­ятных условиях в качестве привода газовых компрессоров мо­жет быть более целесообразным электрический.

Возможное снижение энергетических затрат при транспор­те по трубопроводам нефти и продуктов переработки нефти может быть получено за счет дальнейшего увеличения диа­метров трубопроводов и рабочего давления. В настоящее вре­мя нефтепроводы строятся из труб диаметром не менее 720 мм, а магистральные — диаметром 1020 и 1220 мм с ша­гом между насосными станциями 100 км с давлением 55 и 75 кгс/см². При этом повышение давления более эффективно для трубопроводов больших диаметров.

Дальнейшее уменьшение расходов энергии на перекачку возможно за счет снижения вязкости нефти. В настоящее время температура перекачиваемой нефти доводится до 30 — 40°С, но уже широко применяется подогрев до 50—60°С. Сни­жение вязкости нефти, а следовательно, снижение энергии на перекачку, может быть получено применением специальных присадок или путем насыщения нефти метаном, пропаном или бутаном. Вязкость газонасыщенной нефти может быть снижена до 10 раз.

При содержании парафина до 9% допускается перекачка нефти без подогрева. Дальнейшее снижение энергозатрат должно идти по пути технического совершенствования насос­ных станций, введения дистанциононго управления и автома­тизации.

В последнее время широкое распространение получает трубопроводный транспорт для перемещения большого коли­чества угля на значительные расстояния. Зарубежный опыт показал высокую надежность этого вида транспорта и хоро­шие экономические показатели. Сооружаются системы про­изводительностью 25 — 38 млн. т в год.

Перспективными в нашей стране может быть трубопро­водный транспорт для подачи кузнецких и канско-ачинских углей в европейскую часть России с производи­тельностью соответственно 35—40 и 50—60 млн. т в год. Внедрение этого вида транспорта и снижение затрат на пере­мещение грузов зависят от глубины научных разработок фи­зико-химических процессов в системах транспорта угля по трубам и от совершенствования приемов обезвоживания пульпы перед сжиганием.

Экономия топливно-энергетических ресурсов на транспор­те должна решаться не только за счет перестройки и улуч­шения показателей работы каждого вида транспорта, но и за счет рационализации и коренной перестройки всей транспорт­ной работы в стране. Необходимость этого вытекает из срав­нения расходов конечной энергии на единицу транспортируе­мых грузов. Если удельный расход энергии на железнодо­рожном транспорте принять за единицу, то на автотранспор­те он выше в десятки раз, а в авиации в 100 раз и более. В будущем динамика расхода конечной энергии на единицу транспортной работы будет во многом зависеть от сочетания различных видов транспорта в Единой транспортной системе страны. Очевидно, будет нецелесообразно для массовых гру­зовых перевозок применять вертолеты или проводить регу­лярные автомобильные перевозки крупномасштабных грузов на тысячи километров по плохим дорогам. Оптимизация структуры транспортной системы в новых условиях потребует перераспределения грузовой работы с железнодорожного транспорта на водный, с автомобильного на железнодорож­ный, с авиационного на автомобильный и железнодорожный.

Коммунально-бытовой сектор. В коммунально-бытовом секторе экономия топливно-энергетических ресурсов в коли­честве 100 млн. т у. т. может быть получена только за счет мероприятий по снижению потерь при покрытии отопительно-вентиляционных нагрузок и транспорте теплоносителей. Для этого необходимо совершенствовать строительные конструк­ции зданий, применять материалы с хорошими теплоизоляци­онными характеристиками, снижать воздухопроницаемость стыковых соединений, дверей и окон, снижать тепловые поте­ри в тепловых сетях. Большие возможности экономии энер­горесурсов могут быть реализованы путем совершенствова­ния отопительных систем и приборов, а также внедрения автоматического регулирования температуры воздуха в по­мещениях и счетчиков потребления теплоты. Эффективным мероприятием, обеспечивающим снижение расхода энергии, является снижение температуры в общественных помещениях в нерабочее время. Согласно расчетам, это может дать эко­номию в размере 11 млн. т у. т. в год. Значительные резервы экономии топлива должны быть реализованы за счет рацио­нализации водопроводно-канализационного хозяйства. Со­кращение расходов воды для санитарно-бытовых нужд на производстве и в быту может составить экономию расхода на эти цели в размере 20—30%.