КОНЦЕПЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

АННОТАЦИЯ

Защита окружающей среды выдвинула требования по энергосбережению и сокращению выбросов на железнодорожном транспорте. Электрификация железнодорожного транспорта – глобальная тенденция общественного развития. В статье определяется понятие «электрификации железнодорожного транспорта», рассматриваются актуальность и направления развития электрификации железных дорог в наше время с кратким экскурсом в историю, определяются преимущества электропоездов перед дизельными и положительный эффект электрификации с точки зрения экономического развития и влияния на окружающую среду.

Ключевые слова: электрификация; железнодорожный транспорт; электроэнергия, дизельное топливо, возобновляемые источники энергии.

Увеличение доли железнодорожного сектора в мировом транспорте дает большие преимущества, поскольку он более энергоэффективен, чем любой другой вид транспорта. Железнодорожный транспорт является наиболее рациональным решением для обеспечения мобильности благодаря низкому потреблению энергии на пассажиро-километр. Электропривод через контактную сеть особенно эффективен и позволяет безэмиссионно эксплуатировать поезда, трамваи и локомотивы. Электрические железные дороги используют либо электровозы (перевозящие пассажиров или грузы в отдельных вагонах), либо электрические агрегаты (пассажирские вагоны с собственными двигателями), либо и то, и другое.

Железные дороги являются центральным звеном быстрого перехода к низкоуглеродному транспорту. Для достижения международных климатических целей необходимо сократить количество ненужных поездок и заменить, так называемый «режимный переход», большую часть авиа- и автомобильных перевозок на железнодорожные. Большая часть транспорта также нуждается в быстрой электрификации. Однако сегодня только 30% мировых железных дорог являются электрическими [2, с. 28]. Многие поезда по-прежнему работают на дизельном топливе, которое является не только источником выбросов углекислого газа, нагревающих планету, но и способствует смертельному загрязнению воздуха, выделяя токсичные соединения и мелкие частицы в атмосферу и легкие людей.

Система электрификации железных дорог – это совокупность средств, используемых для снабжения поездов электрической энергией (электровоз или электропоезд). Поезда питаются переменным или постоянным током высокого напряжения. Источник питания проходит через третий рельс или контактную сеть, а возврат тока осуществляется через направляющие рельсы или специальный четвертый рельс [3].

В начале-середине XX века паровые двигатели были заменены более эффективными электровозами и дизель-электрическими (обычно называемыми просто дизельными) локомотивами. Во время этого перехода железнодорожные компании предпочли перейти на дизельное топливо вместо электровозов из-за гораздо более низких первоначальных затрат на дизельное топливо, даже несмотря на то, что электрические системы обходятся значительно дешевле в эксплуатации и обслуживании, чем дизельные системы. Железнодорожные операторы во многих промышленно развитых странах решили перейти на электровозы отчасти потому, что железные дороги принадлежали правительствам этих стран, которые могли позволить себе необходимую инфраструктуру.

Переход от существующей железнодорожной инфраструктуры к национальной электрифицированной железнодорожной системе – непростая задача. Многие страны (Швейцария, Швеция, Нидерланды, Италия, Франция, Германия, Россия, Китай, Индия, Япония) предприняли значительные шаги по электрификации своих железнодорожных систем, и многие другие страны в настоящее время прилагают усилия для этого.

Хотя в целом поезда более эффективны, чем грузовой транспорт, не все поезда одинаковы. Поезда с дизельным двигателем передают на колеса около 30–35% энергии, вырабатываемой при сгорании, в то время как при подаче электроэнергии непосредственно от воздушной линии электропередач на колеса передается около 95% энергии [2, с. 28]. Питание поездов электричеством, а не дизельным топливом, имеет ряд других преимуществ:

- Хотя цены на дизельное топливо в настоящее время низкие, многие аналитики предсказывают долгосрочную тенденцию к росту этих цен. И наоборот, цены на электроэнергию падают из-за быстрого роста использования возобновляемых источников энергии.

- Энергосбережение за счет электрификации железных дорог: железнодорожный транспорт гораздо более энергоэффективен по сравнению с автомобильным транспортом.

- Перевозка более тяжелых грузовых поездов и более длинных пассажирских поездов на электрической тяге: электрификация делает возможным движение более тяжелых грузовых поездов.

- Отказ от дизельных локомотивов уменьшит загрязнение воздуха, включая сажу, летучие органические соединения, оксиды азота и оксиды серы, которые влияют на здоровье населения и окружающую среду. Это особенно важно, так как многие железные дороги проходят через городские районы. Это также снизит уровень шума в городах.

- Переход с дизельного топлива на электричество также поможет решить проблему замены жидкого транспортного топлива на нефтяной основе более чистыми альтернативами для снижения выбросов парниковых газов [1, с. 5].

Внедрение электрификации железных дорог дает серьезный импульс технологическому прогрессу на железных дорогах. С целью снижения затрат на техническое обслуживание и повышения надежности системы электроснабжения электрификация железных дорог проводится с использованием новейших технологий, распространенных на международной арене. Системы сигнализации и телекоммуникаций также модернизируются за счет внедрения самых современных технологий. Система семафорной сигнализации заменяется системой цветной световой сигнализации. Использование цветных световых сигналов приводит к лучшей видимости аспектов сигнализации для пилотов локомотивов движущихся поездов, и это делает движение поездов более безопасным и эффективным в эксплуатации. Подземные кабели прокладываются вместе с электрификацией, что приводит к повышению надежности и качества связи [4].

Таким образом, актуальной становится проблема электрификации железных дорог и использования возобновляемых источников энергии для питания новой системы электрических железных дорог. Если линии электропередачи будут построены с достаточной мощностью, возобновляемые источники энергии могут быть подключены по всей стране, образуя общенациональную электрическую сеть, которая также обеспечивает все потребности в энергии для железных дорог. Таким образом, электрификация железных дорог обеспечит новый рынок возобновляемой энергии, а также откроет доступ ко многим другим рынкам. Такая широкая сеть передачи также помогла бы решить проблему прерывистости возобновляемой энергии: переменное производство энергии ветряными турбинами и фотоэлектрическими солнечными панелями было бы поддержано широким спектром источников.

Электрическая тяга является экологически чистым, не загрязняющим окружающую среду и энергоэффективным видом транспорта и предлагает отличную альтернативу ископаемому топливу в качестве источника энергии. Электрификация железнодорожного транспорта обеспечит энергоэффективный, экологичный вид транспорта, а также повысит пропускную способность системы за счет модернизации железнодорожной системы. Электрификация приведет к бесперебойной (сквозной) эксплуатации поездов на электрической тяге.

Электрификация железных дорог обеспечит новые рабочие места для железнодорожников (и многих других промышленных профессий). Электрификация железных дорог может также понравиться сельскохозяйственному сектору как эффективный способ перевозки продуктов питания. Электроэнергетические компании также могли бы сыграть свою роль в поддержке электрификации железных дорог.

Существуют три основных типа систем электрической тяги: система электрификации постоянным током (DC), система электрификации переменным током (AC), составная система. Выбор системы электрификации основан на экономической эффективности энергоснабжения, технического обслуживания и капитальных затрат по сравнению с доходами, получаемыми от грузовых и пассажирских перевозок. В городских и междугородних районах используются различные системы; некоторые электровозы могут переключаться на другое напряжение питания для обеспечения гибкости в эксплуатации [3].

До сих пор говоря об электропоездах, предполагали контактную сеть. Но недавние технологические новшества – разработка аккумуляторных технологий, которые позволяют поезду сохранять энергоемкость – меняют ситуацию. Больше нет необходимости электрифицировать всю линию. Это значительный прорыв, поскольку затраты на электрификацию могут сильно различаться в зависимости от района. Поэтому возможен дифференцированный подход: у поезда с батарейным питанием может не хватить автономности, чтобы проехать сотни километров, но он вполне способен проехать несколько километров по участкам пути, электрифицировать которые было бы очень дорого. Таким образом, формируется новая экономическая модель.

Инновации в области энергетики и технологий управления, такие как рекуперативное торможение, сделали электрификацию более экономичной и энергоэффективной. Кроме того, новые технологии, связанные с электрификацией, такие как подвижной состав, работающий на водородных топливных элементах, представляют собой привлекательную альтернативу традиционным методам электрификации. Электрифицированные транспортные системы могут удовлетворить различные потребности городских и пригородных пассажиров.

Затраты на техническое обслуживание линии могут быть увеличены за счет электрификации, но многие системы требуют более низких затрат из-за меньшего износа путей более легкого подвижного состава. Существуют некоторые дополнительные расходы на техническое обслуживание, связанные с электрооборудованием вокруг трассы, таким как электрические подстанции и сама контактная сеть, но при достаточном трафике сокращенный путь и особенно более низкие затраты на техническое обслуживание двигателя и эксплуатацию значительно превышают затраты на это техническое обслуживание [3].

Электрификация железных дорог является экологически чистой и перспективной альтернативой дизельным железным дорогам. Благодаря использованию электричества в качестве источника энергии для движущихся поездов, а не дизельного топлива, улучшается качество окружающего воздуха, снижается шумовое загрязнение, достигается высокая эффективность и улучшается качество обслуживания за счет более частого и быстрого железнодорожного сообщения. Электрификация привлекает большое внимание как решение, снижающее воздействие на глобальное потепление и способствующее экологической устойчивости.

Список литературы:

1. Дривольская Н.А., Чеченова Л.М., Егоров Ю.В. Электрификация как одно из направлений стратегии развития железнодорожного транспорта России // Вестник Евразийской науки. – 2019 – №3.
2. Реформа железных дорог: Сборник материалов по повышению эффективности сектора железных дорог // Международный банк реконструкции и развития / Всемирный банк. 2011 – С.27–29.
3. Система электрификации железных дорог [Электронный ресурс] Режим доступа: https://ru.wikibrief.org/wiki/Railway_electrification_system (дата обращения: 02.11.2022)
4. Электроснабжение и электрификация железных дорог [Электронный ресурс] // Инновационный дайджест. – Режим доступа: http://www.rzd-expo.ru/innovation/infrastructure/power_supply_and_electrification_of_railways/ (дата обращения: 02.11.2022)