Раздел VII. ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕКОНСТРУКЦИИ И РАЗВИТИЯ МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ БАЗЫ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Глава 24. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ТЯГИ

24.1.РАЗВИТИЕ ПРОГРЕССИВНЫХ ВИДОВ ТЯГИ

ИИХ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

Прогрессивные виды тяги – электрическая и тепловозная – начали развиваться на железнодорожном транспорте в XX в. В 1923 г. было принято решение о постройке первых тепловозов, а в 1924 г. в Ленинграде завершилась постройка поездного тепловоза серии Щ с электрической передачей. В 1926 г. был сдан в эксплуатацию первый в нашей стране электрифицированный участок Баку–Сабунчи–Сураханы, связавший Баку с нефтепромыслами на Апшероне.

В последующие годы были электрифицированы многие пригородные линии Московского узла, труднейшие горные участки железных дорог Закавказья, Урала, заполярный участок Мурманск–Кандалакша, линия Запорожье– Долгинцево, ряд участков в Кузбассе и других районах страны.

Однако до Великой Отечественной войны основным видом тяги на железных дорогах продолжала оставаться паровая. В 1940 г. электрической и тепловозной тягой выполнялось всего лишь 2,2% общего грузооборота железных дорог, а в 1950 г. – 5,4%. При паровой тяге железнодорожный транспорт расходовал до 30% общей добычи угля в стране, себестоимость и трудоемкость перевозок были высокие, а условия труда большого числа работников – тяжелые.

Во второй послевоенной пятилетке (1951–1955 гг.) внедрение электрической и тепловозной тяги осуществлялось несколько быстрее, однако темпы развития были по-прежнему недостаточны. Железнодорожный транспорт, как правило, не осваивал средства, отпускаемые на реконструкцию тяги. Основным направлением усиления тяги оставалось повышение мощностных характеристик паровозов. Вместе с тем, в 1955 г. электровозы и тепловозы освоили уже 14,1% общего грузооборота железнодорожного транспорта, а протяженность линий с электрической и тепловозной тягой составляла около 12 тыс. км.

612

Переломным стал 1956 г., когда был утвержден Генеральный план электрификации железнодорожного транспорта СССР. Особенностью данного периода (1956–1970 гг.) является перевод на электрическую тягу целых направлений большой протяженности. Если в 1951–1955 гг. ежегодный прирост электрифицированных линий составлял около 0,5 тыс. км, то уже в 1956–1960 гг. он равнялся 1,7 тыс. км, а в 1961–1970 гг. превысил 2 тыс. км. Одновременно все эти годы на тепловозную тягу ежегодно переводилось по 7–8 тыс. км. В результате реализации Генерального плана электрификации в 1970 г. только электрической тягой было освоено 48,7%, а тепловозами и электровозами вместе – 96,5% грузооборота. Протяженность электрифицированных линий составила 25,1% эксплуатационной длины сети, а линий с тепловозной тягой – 56,4%.

Внашей стране появились не имеющие себе равных по протяженности, пропускной и провозной способности электрифицированные магистрали: Мо- сква–Куйбышев–Омск–Тайшет–Карымская–Петровский завод (6,1 тыс. км); Ленинград–Моcква–Харьков–Ростов–Тбилиси–Ленинакан–Норашен (3,6 тыс. км); Москва–Горький–Свердловск–Тюмень–Омск (2,7 тыс. км); Москва–Киев– Львов–Чоп (1,7 тыс. км); Москва–Кочетовка–Ростов-на-Дону (1,2 тыс. км); Но- восибирск–Новокузнецк–Абакан–Коршуниха (2 тыс. км).

Кначалу 1990-х гг. доля электрической тяги в общей работе по перевозкам достигла 63,7% (в пассажирском движении – 70%, в пригородном пассажирском сообщении – почти 90%), составив около 31% перевозной работы железных дорог мира.

Внастоящее время ОАО «РЖД» обладает самой протяженной в мире – 42 тыс. км – сетью электрифицированных железных дорог. С учетом многолетнего опыта повышения эффективности перевозок на электротяге, Стратегической программой развития ОАО «РЖД» до 2010 г. предусмотрено электрифицировать до 2-х тыс. км железнодорожных линий. Таким образом, к 2010 г. общая протяженность электрифицированных участков достигнет 44,5 тыс. км, на них будет выполняться до 84% всех перевозок.

Основные показатели электрификации и энергопотребления на железнодорожном транспорте России за последние годы представлены в табл. 24.1.

613

Таблица 24.1

Показатели электрификации и энергопотребления на железнодорожном транспорте

Показатель			Год
	1990	1995	2000		2001	2002	2003
Эксплуатационная длина железнодорожных путей	87	87	86		86	86	85
общего пользования, тыс. км
Удельный вес участков:
– с электрической тягой	42,8	44,6	47,6		48,5	49,5	49,9
– с тепловозной тягой	57,2	55,4	52,4		51,5	50,5	50,1
Электрификация железных дорог, км	107,7	152,7	588,3		683,4	641,1	356,0
Потребление электроэнергии, млрд кВт-часов	45,6	25,1	27,8		28,7	30,3	32,6
(электротяга)

Внастоящее время электрификация железных дорог продолжается. Перевод на электрическую тягу предусматривается в первую очередь наиболее загруженных направлений и участков, а также соединительных линий между электрифицированными направлениями для унификации видов тяги. В 2002 г. электрифицированы участки Обозерская–Маленга, Идель–Свирь. Завершена электрификация Транссибирской магистрали (участок Сибирцево–Губерово). В 2003 г. электрифицирован участок Старый Оскол–Валуйки. В 2004 г. завершена электрификация направления Саратов–Волгоград–Тихорецкая, начались работы по электрификации линии Вологда–Череповец–Волховстрой–Петрозаводск–Мурманск.

На период до 2010 г. запланирована электрификация направлений Волго- град–Астрахань с переводом Волгоградского узла на переменный ток, Кивияр- ви–Ледмозеро–Кочкома и ряда других. Предусматривается также перевод с постоянного на переменный ток направлений Лоухи–Мурманск, Данилов– Александров и др.

Врезультате электрификации перечисленных выше направлений в рамках Программы модернизации транспортной системы России с 2001 по 2010 гг. планируется высвобождение 1315 тепловозов, будет обеспечено сокращение потребности дизельного топлива в количестве 6785 тыс. т, повышение участковой скорости грузовых поездов с 33 до 49 км/ч, сокращение эксплуатационного штата на 4200 чел., а также сокращение вредных выбросов в атмосферу в размере 105,2 тыс. т на 2010 г.

614

Электрификация железных дорог и перевод их на тепловозную тягу сопровождаются совершенствованием локомотивов, улучшением их техникоэкономических характеристик.

Одним из решающих технико-экономических преимуществ электрической и тепловозной тяги, обусловивших полную замену ими паровой тяги, является высокий коэффициент использования энергоресурсов, т.е. коэффициент полезного действия (КПД) электровозов и тепловозов. Он характеризуется отношением полезно использованной энергии ко всей затраченной энергии при работе локомотивов. У современных электровозов КПД составляет около 0,85–0,90, а у тепловозов – 0,28–0,32 (самые совершенные паровозы имели КПД 0,07–0,10). Однако эти показатели не отражают уровня использования первичных энергоресурсов от момента добычи топлива или производства электроэнергии на ТЭС, ГЭС или АЭС до их превращения в полезную работу по передвижению поездов.

Следует различать КПД электровоза и КПД электрической тяги в целом. Суммарный коэффициент полезного действия электротяги учитывает все потери энергии: на ТЭС при сжигании топлива, в высоковольтных ЛЭП, на тяговых подстанциях, в контактной сети и на самом электровозе. Кроме того, учитываются также потери топлива при его добыче, транспортировке и хранении.

При прогрессивных видах тяги существенно возрастает пропускная и провозная способность железных дорог. Замена тепловозной тяги электрической на однопутных линиях при профиле средней трудности повышает пропускную способность на 10–20%. На однопутных линиях с горным рельефом и небольшой долей перегонов с легким профилем электрическая тяга может дать прирост пропускной способности по сравнению с тепловозной на 30–35% и более.

Рост пропускной и провозной способности электрической тяги как более надежной по сравнению с тепловозной происходит, во-первых, за счет увеличения массы поезда (что объясняется особенностью тяговых характеристик электровозов, мощность которых при небольших скоростях в условиях трудного профиля значительно повышается, у тепловозов же она постоянна в большом диапазоне скоростей); во-вторых, за счет увеличения ходовой и технической скоростей движения поезда, а также участковой скорости, особенно на однопутных линиях.

Средние ходовые и техническое скорости при электрической тяге на 10– 15% выше, чем при тепловозной. На загруженных двухпутных линиях приме-

615

нение электрической тяги позволяет благодаря росту ходовой скорости и сокращению интервала попутного следования между поездами увеличить максимальную пропускную способность по перегонам со 144–160 до 180–200 пар поездов (т.е. до 25%).

В результате повышения массы и скорости движения поездов при электрической тяге существенно увеличивается производительность электровозов по сравнению с тепловозами. Она растет еще и потому, что электровозы могут работать на длинных тяговых плечах, совершая большие безостановочные рейсы, при которых значительно увеличивается время их полезной работы. Наибольший прирост производительности электровозов достигается в условиях трудного профиля пути, так как скорость движения электровоза на руководящем подъеме может почти вдвое превышать скорость движения тепловоза. Электровозы, кроме того, могут работать по системе многих единиц, т. е. сочленяться друг с другом при синхронном управлении ими с одного поста, что позволяет увеличить массу поезда в несколько раз.

Производительность труда работников локомотивного хозяйства при электрической тяге значительно выше, чем при тепловозной, а расходы по локомотивному хозяйству ниже. Это обусловливается более высокой производительностью электровозов по сравнению с тепловозами, а также значительным сокращением численности работников, занятых на ремонте и техническом обслуживании электровозов. В сопоставимых условиях при одинаковом объеме перевозочной работы в тонно-километрах брутто стоимость ремонта электровозов примерно вдвое, а технического обслуживания – втрое ниже, чем тепловозов.

Вместе с тем, при электрической тяге возникает потребность в дополнительном штате работников и дополнительных эксплуатационных расходах, которых нет при тепловозной тяге. К ним относят расходы на содержание, ремонт и амортизацию контактной сети, тяговых подстанций и дистанций электроснабжения. Но эти расходы относительно невелики и составляют примерно 5% в себестоимости перевозок при электрической тяге. В целом, внедрение электрической тяги вместо тепловозной сокращает эксплуатационный контингент работников на 20–30%. Затраты на топливо в денежном выражении при тепловозной тяге в сопоставимых условиях примерно в 1,5 раза больше затрат энергии при электрической тяге.

616

В сопоставимых условиях (при одинаковой грузонапряженности) внедрение электрической тяги вместо тепловозной снижает себестоимость перевозок на 10–15%. Различия фактической себестоимости перевозок сравниваемых прогрессивных видов тяги более существенны. Это объясняется тем, что полигон сети, обслуживаемый электрической тягой, имеет примерно вдвое большую грузонапряженность и лучшее техническое оснащение. Это преимущественно двухпутные линии с более высокой участковой скоростью, меньшим числом остановок и меньшими затратами механической работы на разгоны и торможения.

Применение электрической тяги позволяет осуществлять рекуперацию электроэнергии, т.е. возврат ее в электрическую сеть при движении поезда под уклон, когда тяговые двигатели работают как электрогенераторы. Экономия электроэнергии при этом достигает при тяжелом профиле 20–30%, а при профиле средней трудности – 10–15%. При рекуперации одновременно обеспечивается плавное торможение, уменьшается износ тормозных колодок и повышается безопасность движения поездов, хотя при оборудовании электровозов устройствами рекуперативного торможения несколько увеличивается первоначальная стоимость локомотивов. Рекуперация оказывает также влияние на состояние ходовых частей вагонов и верхнего строения пути.

Особенно эффективно применение электрической (мотор-вагонной) тяги в пригородном пассажирском сообщении и в метро: раздельные пункты на линиях размещены часто, много остановок, разгонов и торможений; экономится значительное время при быстром наборе и снижении скорости при работе электродвигателей моторвагонных секций; участковая скорость движения пригородных электропоездов на 15–20% выше, чем пригородных дизель-поездов.

Электрическая тяга позволяет использовать низкосортное дешевое топливо (уголь, сланцы и др.) при сжигании его на ТЭС и дешевую электроэнергию ГЭС. При тепловозной же тяге используется, в основном, дорогостоящее дизельное топливо.

Большой экономический эффект дает применение прогрессивных видов тяги на маневровой работе. Здесь существенны преимущества тепловозной тяги по сравнению с электрической. Применение тепловозов на маневрах, по сравнению с обычными питающимися от контактной сети неаккумуляторными электровозами, не требует дорогостоящего оборудования этой сети над всеми

617

станционными путями в местах производства маневров. Особенно эффективно применение на маневровой работе тепловозов с гидромеханической и электрической передачами.

С социально-экономических позиций охраны окружающей среды, особенно в крупных городах, доля электровозов в маневровой работе должна повышаться. Возможны три варианта применения электровозов на маневрах:

•наиболее дорогой – питание электровоза от контактного провода при работе на крупных станциях и примыкающих к ним крупных подъездных путях небольшой протяженности;

•использование специальных контактно-аккумуляторных электровозов, способных работать как на крупных станциях, оборудованных контактной сетью, так и нанебольших, гдесооружениеконтактнойсетинадпутяминеэффективно;

•применение дизель-контактных маневровых локомотивов – при поездах большой массы и высокой доле автономного режима работы этот вариант наиболее эффективен по стоимостным показателям.

Электрификация магистральных железных дорог, давая существенную экономию эксплуатационных расходов по сравнению с тепловозной тягой и сокращая время продвижения грузов и пассажиров, требует, однако, больших капитальных вложений в строительство тяговых подстанций и контактной сети. Кроме того, в сметную стоимость электрификации включается большое количество сопутствующих работ, которые технологически с внедрением электротяги не связаны, но нужны для повышения эффективности ее применения или для улучшения качества обслуживания пассажиров. К таким работам относят: удлинение путей на станциях и раздельных пунктах; усиление верхнего строения пути; устройство автоблокировки и диспетчерской централизации; сооружение тоннелей, пешеходных мостов, пассажирских платформ и павильонов на станциях и некоторые другие работы. Такого рода работы при тепловозной тяге выполняют обычно по планам капитальных вложений других хозяйств железнодорожного транспорта и финансируют по отдельным сметам. Поэтому при сравнении эффективности вариантов тяги по капитальным вложениям затраты на сопутствующие работы должны либо исключаться из капитальных вложений

вэлектрификацию, либо добавляться в том же объеме к капитальным затратам

втепловозную тягу. Доля сопутствующих капитальных затрат, не вызываемых

618

специфическими особенностями электротяги, составляет в среднем 20–25% общей сметной стоимости и повышается до 35–40% и более, если в сметную стоимость включают крупные работы по удлинению приемоотправочных путей, внедрению автоблокировки и диспетчерской централизации. Если же не учитывать сопутствующие и сопряженные затраты, связанные с электрификацией, то свыше 2/3 всех остальных капитальных затрат приходится на строительство тяговых подстанций и сооружений контактной сети.

Суммарные капитальные вложения в постоянные устройства и подвижной состав при электрической тяге обычно в несколько раз выше, чем при тепловозной. Поэтому применение электротяги становится эффективным лишь при определенных условиях, в первую очередь, при более высокой грузонапряженности. Сроки окупаемости суммарных капиталовложений в электрическую тягу по сравнению с тепловозной составляют в среднем 5–6 лет.

На первых этапах электрификация железных дорог России проводилась на постоянном токе напряжением 3000 В для магистральных междугородных линий и 1500 В – для пригородных линий. Это создавало определенные трудности

вбесперебойном движении грузовых поездов на пригородных участках. В настоящее время все линии с постоянным током переведены на стандартное напряжение 3000 В. Электрификация на переменном токе впервые была осуществлена

в1958 г. на железнодорожном участке Ожерелье–Павелец Московской дороги. Электрификация железных дорог на переменном токе имеет ряд дополни-

тельных экономических преимуществ по сравнению с электрификацией на постоянном токе. Повышается КПД электрифицированной линии (в среднем на 3–5%), так как уменьшаются потери энергии на тяговых подстанциях и в контактной сети. Вдвое сокращается (до 2,5–3,5 т/км для однопутных и 5–7 т·км для двухпутных линий) расход цветных металлов (преимущественно – меди), так как высокое напряжение переменного тока дает возможность подвешивать контактный провод меньшего сечения. При этом облегчается подвеска и экономится материал опор контактного провода, сокращаются стоимость сооружения каждой тяговой подстанции и их количество. При переменном токе тяговые подстанции можно размещать через 30–50 км, а при постоянном – через 10– 25 км. Тяговые подстанции переменного тока значительно проще, надежнее и

619

дешевле. Это существенно сокращает капитальные затраты по электрификации линии, себестоимость перевозок при этом снижается на 3–4%.

Наличие двух систем тока вызывает необходимость в специально оборудованных станциях со стыкованием контактной сети или требует постройки электровозов постоянно-переменного тока (двойного питания). Применение таких электровозов снижает простои поездов при переходе с одной системы тока на другую, стоимость этих электровозов меньше, чем дорогостоящих и сложных переключающихся устройcтв станций стыкования.

Недостатком электрификации железных дорог на переменном токе является то, что нарушается нормальная надежная работа воздушных линий связи, которые приходится заменять кабельными подземными линиями связи, а это требует дополнительных капитальных вложений. В целом электрификация железных дорог на переменном токе обходится на 15–20% дешевле, чем на постоянном. В перспективе при создании принципиально новых систем передачи электроэнергии постоянного тока на большие расстояния указанные соотношения затрат могут существенно измениться в пользу электрификации на постоянном токе.

При оценке эффективности электрификации железных дорог на переменном токе нужно учитывать не только ее экономические, но и социальные преимущества, которые не всегда можно измерить в стоимостном выражении: улучшение условий труда железнодорожников, условий жизни трудящихся в крупных городах и районах тяготения к электрифицированным железнодорожным линиям, создание больших удобств и комфорта при поездках пассажиров, уменьшение загрязнения окружающей среды. С применением электрификации на переменном токе создается возможность снабжения дешевой электроэнергией нетяговых потребителей во всех отраслях хозяйства железных дорог в прилегающих сельскохозяйственных районах (путейских работ на перегонах, по- грузочно-разгрузочных и других работ на крупных и малых станциях).

620

24.2. ОСНОВЫ МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И СФЕРЫ ЭКОНОМИЧЕСКИ ЦЕЛЕСООБРАЗНОГО ПРИМЕНЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ

НОВЫХ ВИДОВ ТЯГИ В ПОЕЗДНОЙ РАБОТЕ

Оценка экономической эффективности замены тепловозной тяги электрической на действующих железнодорожных линиях и участках или введения электрической тяги на участках нового строительства производится на основе общепринятой методики определения экономической эффективности технических решений. При этом для сравниваемых прогрессивных видов тяги определяют капитальные вложения, стоимость массы грузов, единовременно находящихся в процессе перемещения, эксплуатационные расходы, приведенные затраты по видам тяги или срок окупаемости дополнительных капитальных вложений в электрическую тягу по сравнению с тепловозной.

При определении капитальных вложений необходимо, в первую очередь, перейти от густоты грузопотока на участке к среднесуточной густоте движения поездов, т.е. рассчитать пропускную способность участка (число пар поездов) для каждого вида тяги Nпп:

= Ггр fбр Nпп 365Qбр ,

где Ггр – густота грузопотока в грузовом направлении, млн т нетто в год;

fбр – коэффициент, характеризующий отношение массы поезда брутто к массе поезда нетто, исходя из структуры грузопотока по родам грузов;

Qбр – норма массы поезда брутто, т.

Потребный парк локомотивов для сравниваемых видов тяги:

	п	= Nпп	Тобл	л
	Мл			КнКрр ,
			24

где Тобл – расчетный норматив времени полного оборота локомотива на участке, ч;

Кн – внутригодовой (месячный) коэффициент неравномерности грузовых перевозок на участке;

Кррл – коэффициент, учитывающий долю локомотивов в ремонте и резерве.

621

бр–ч

Потребный парк грузовых вагонов при сравниваемых видах тяги:

Г L К КВ

	nВП =	уч обр н рр	,
		365 24νуч pдинраб

где Гуч – густота грузопотока в обоих направлениях млн т нетто в год; Lобр – протяженность участка обращения локомотивов, км;

КВрр – коэффициент, учитывающий долю вагонов в резерве и в ремонте;

νуч– участковая скоростьпоездов, км/ч;

рдинраб – динамическая нагрузка вагона рабочего парка, т.

Суммарные капитальные вложения в локомотивный и вагонный парки определяют произведением цены одного локомотива или вагона на их число.

Суммарные капитальные вложения в постоянные устройства для сравниваемых видов тяги на участках новостроек или на действующих при замене тепловозной тяги электрической могут быть рассчитаны как произведение укрупненных нормативов удельных капитальных затрат на 1 км (по видам тяги) на общую протяженность участка обращения локомотивов.

Стоимость грузовой массы, единовременно находящейся на участке обращения локомотивов:

Мгр = ЦгрГучLуч ,

365 24vуч

где Цгр – средняя цена 1 т груза, рассчитанная в соответствии со структурой грузопотока по родам грузов на участке обращения локомотивов.

Общую сумму эксплуатационных расходов при сравниваемых видах тяги Ээтобщ можно определить методами непосредственного расчета или расходных

ставок:

Ээтобщ = Ээтв–ч + Ээтл–ч + Ээтл–км + Ээтбр–ч + Ээтэн + Ээтпс + Ээкс + Ээдэ,

где Ээтв–ч , Ээтл–ч – годовые эксплуатационные расходы на амортизации соответственно вагонов и локомотивов, связанные с затратами вагоно-часов и ло- комотиво-часов на участке при каждом виде тяги;

Ээтл–км, Ээт – годовые эксплуатационные расходы соответственно на текущее содержание локомотивов и оплату труда локомотивных бригад, свя-

622

занные с затратами локомотиво-километров и бригадо-часов на участке при каждом виде тяги;

Ээтэн – годовые эксплуатационные расходы на электроэнергию и топливо (затраты энергоресурсов), связанные с выполнением работы в тонно-километ- рах брутто при каждом виде тяги на участке;

Ээтпс, Ээкс, Ээдэ – годовые эксплуатационные расходы, связанные с амортизацией и содержанием соответственно тяговых подстанций, контактной сети на перегонах и станциях участка и оборудования дистанций электроснабжения при электрической тяге.

Эксплуатационные расходы по техническому обслуживанию вагонов, связанные с затратами вагоно-километров, меняются лишь под влиянием нагрузки вагонов, которая одинакова для сравниваемых видов тяги; эти расходы при сравнении видов тяги можно не учитывать.

Выбор экономически эффективного вида тяги производится по минимуму приведенных затрат или по расчетному сроку окупаемости дополнительных капитальных вложений и сопоставлением его с предельным нормативным сроком окупаемости, равным десяти годам.

Наряду с выбором наиболее экономичного вида тяги методами сравнительной народнохозяйственной эффективности нужно также определять общую коммерческую эффективность капитальных вложений в сравниваемые виды тяги и устанавливать степень и характер ее влияния на общую эффективность использования действующих производственных фондов на участке или железнодорожной линии, что особенно важно в условиях перехода на рыночные условия хозяйствования.

Многообразие природно-географических и эксплуатационно-технических условий, в которых осуществляются развитие и работа железнодорожного транспорта, позволяет наиболее экономично сочетать оба вида тяги с учетом их техни- ко-экономических особенностей, т.е. устанавливать сферы эффективного применения электрической и тепловозной тяги без противопоставления их друг другу.

Определение сфер эффективного применения каждого вида тяги с эконо- мико-математической точки зрения представляет собой решение многовариантной задачи. Степень экономичности видов тяги зависит от множества условий и факторов. Важнейшими из них являются: грузонапряженность с учетом

623