Google Groups no longer supports new Usenet posts or subscriptions. Historical content remains viewable.
Dismiss
Archiwum TTS - Zużycie energii elektrycznej przez pociągi pasażerskie - wyniki pomiarów
113 views
Skip to first unread message
zeus04
Apr 15, 2011, 4:53:59 AM4/15/11
to
Technika Transportu Szynowego nr. 3 z 1995
Jan Raczyński, Zbigniew Szafrański
• Polskie Koleje Państwowe
Zużycie energii elektrycznej przez pociągi pasażerskie - wyniki pomiarów
Problem obniżenia energochłonności transportu kolejowego jest tematem, który
od wielu lat nie schodzi z łamów pism fachowych i wzbudza kontrowersje co do
proponowanych rozwiązań. Autorzy artykułu od kilku lat prowadzili badania i
analizy zużycia energii przez pojazdy trakcyjne. W ich trakcie przetestowane
zostały, z różnym skutkiem, kolejne generacje liczników energii. Artykuł ten
prezentuje pewne ogólne spojrzenie na problem wraz z sugestiami co do
kierunku dalszych badań.
Podane w artykule przykłady dotyczą pociągów pasażerskich prowadzonych
lokomotywami EU07, ale większość przedstawionych wniosków odnosi się także
do innych rodzajów pociągów.
Nie ulega wątpliwości, że zmniejszenie energochłonności transportu
kolejowego jest bardzo ważnym elementem w całym szeregu działań mających na
celu obniżenie całkowitych kosztów przewozów. Na pewno jednak nie jedynym i
też nie najważniejszym. Niemniej jednak nawet niewielkich oszczędności nie
należy bagatelizować, bowiem w skali całego przedsiębiorstwa są to kwoty
znaczące. Problem lokalizacji źródeł oszczędności energii jest jednak bardzo
złożony, znacznie bardziej niż można się było spodziewać, gdy rozpoczynano
pomiary na szerszą skalę licznikami energii. W całym procesie przewozowym
biorą udział liczne służby, które odpowiadają za swój sektor działalności.
Sprawność tej działalności ma wpływ na globalne zużycie energii przez
pociąg. O zużyciu tym licząc od przyłącza krajowej sieci
elektroenergetycznej decydują:
- sprawność systemu zasilania "do pantografu" włącznie;
- jakość nawierzchni torów (zwolnienia);
- rytmiczność procesu ruchu pociągu (nieplanowe zatrzymania, opóźnienia
itp.);
- ułożenie rozkładu jazdy, dobór składu pociągu;
- możliwości trakcyjne pojazdu i technika jazdy.
Ten ostatni czynnik jest w wielu opracowaniach znacznie przeceniany. Okazuje
się, że dla niektórych rodzajów
pociągów jest on najmniej istotny, co jednak nie oznacza, że nie należy go
uwzględniać w rozważaniach.
Metodyka pomiarów
Pomiary zużycia energii elektrycznej przez pojazdy trakcyjne autorzy
rozpoczęli w czerwcu 1992 roku, a ich realizację zaplanowano w kilku etapach
i skoordynowano z badaniami prowadzonymi w innych zespołach. Prowadzono je
według następującej metodyki:
1. Dla wszystkich pociągów obsługiwanych przez lokomotywy wyposażone w
liczniki do pomiaru energii elektrycznej maszyniści na specjalnych
formularzach notowali zużycie energii. W ten sposób uzyskano dane do
obliczenia średniego zużycia energii przez pociąg o określonym numerze
(ewentualnie wybranej relacji), wstępne dane niezbędne np. do obliczenia
kosztów eksploatacji pociągów. Jednocześnie też przeprowadzono analizy
kosztów utrzymania pojazdów trakcyjnych i wagonów. Takie podejście miało
umożliwić sformułowanie ogólnych wytycznych mających na celu orientację co
do poziomu rentowności poszczególnych pociągów i kierunku działań mających
na celu jej poprawę.
2. Dla wybranych pociągów wykonane zostały jazdy kontrolno-pomiarowe w celu
dokładnej analizy trasy i oceny zużycia energii na poszczególnych odcinkach.
Analizowano ilość zwolnień, technikę prowadzenia pociągu, ułożenie rozkładu
jazdy. Oprócz licznika energii korzystano także ze specjalnego zespołu
liczników ilości łączeń wykonanych przez styczniki obwodu głównego.
Wskazania te były użyteczne przy ocenie techniki prowadzenia pociągu. Dane o
zużyciu energii zebrane podczas jazd pozwoliły na wykonanie wykresów zużycia
energii dla danego pociągu.
Pomiarów dokonywano licznikami LEE-1, a później licznikami CL143. Do obróbki
danych według metody opisanej w punkcie 2 wykorzystano program dla komputera
IBM PC, opracowany przez Zespół Technologiczno-Rozwojowy Lokomotywowni Łódź.
Szacunki średniego zużycia energii
Pewien poziom zużycia energii przez pociąg jest nieunikniony. Problem polega
na tym, aby był on optymalny co niekoniecznie oznacza, że najniższy. Trudno
wymagać bowiem, aby konstrukcja rozkładu jazdy opierała się tylko na tym
jednym kryterium. Podstawową wytyczną do ułożenia rozkładu jazdy pociągów
jest osiągniecie oferty konkurencyjnej w stosunku do innych środków
transportu. Najłatwiej można to osiągnąć przez maksymalne skrócenie czasu
przejazdu, a wyższa prędkość techniczna pociąga za sobą zwiększenie zużycia
energii. Widać to wyraźnie na rys. 1, gdzie linia Warszawa - Łódź z
prędkością rozkładową 120 km/h na całej trasie góruje pod względem
jednostkowego zużycia energii nad innymi liniami, ale jednocześnie przy
bardzo wysokiej frekwencji podróżnych. Na linii tej prowadzona jest jedna
para pociągów 3301/3302 Telimena bez postojów pośrednich, o niższym zużyciu
energii, szczególnie ceniona przez podróżnych ze względu na krótszy czas
podróży. Pociągi te sygnalizują kierunek pożądanych przyszłych zmian w
rozkładach jazdy nastawionych na wzrost atrakcyjności oferty przewozowej.
Pomiary prowadzone były przed rozpoczęciem remontu torów na odcinku
Skierniewice - Warszawa.
Obecnie na większej części tego odcinka nawierzchnia jest już wyremontowana.
Likwidacja ograniczeń prędkości spowodowała obniżenie zużycia jednostkowego,
co jednak nie zmieniło zasadniczych proporcji między relacjami pociągów
przytoczonych w tabeli.
Analiza jednostkowego zużycia energii dla danej linii
Poniżej przedstawione są wykresy jednostkowego zużycia energii elektrycznej
na cele trakcyjne dla kilku przykładowo wybranych pociągów. Różnice w
wielkości tego zużycia na poszczególnych odcinkach wynikają ze sposobu
ułożenia rozkładu jazdy, rozkładowej prędkości na tym odcinku, ilości
miejscowych ograniczeń prędkości spowodowanych zarówno układem torów jak i
stanem ich utrzymania, a także konfiguracją terenu. Wykresy tego typu,
wykonywane dla wybranych pociągów na podstawie uśrednionych wyników z serii
przejazdów, mogą być przedmiotem analiz zainteresowanych służb.
Przedstawione wykresy stanowią ilustrację możliwości w tej dziedzinie.
Czynniki wpływające na zużycie energii
Już wstępne wyniki pomiarów nasunęły pierwsze wnioski co do pogrupowania
czynników zasadniczo rzutujących na wielkość zużycia energii.
Masa pociągów
Zużycie energii z grubsza biorąc wzrasta proporcjonalne do masy pociągu.
Jest to wniosek oczywisty. Wskazane byłoby wprowadzenie na szerszą skalę
zasady operatywnego korygowania ilości wagonów w pociągach w zależności od
dnia tygodnia, pory roku i innych uwarunkowań. Należy również ograniczyć do
niezbędnych przypadków prowadzenie wagonów bagażowych i pocztowych w
pociągach osobowych, zamiast tego prowadzić je w pociągach pospiesznych o
odpowiadających relacjach.
Ważnym czynnikiem jest też właściwy dobór składu pociągu do charakteru
zadania przewozowego. Jak jednak można się przekonać z analizy wykresów
zamieszczonych w tts 6/94 możliwości takiego doboru spośród dostępnego w
kraju taboru są ograniczone. W ruchu dalekobieżnym pozycja lokomotywy EU07 z
wagonami 111/112A jest niezagrożona, także z punktu widzenia standardu
takiego składu, a w ruchu lokalnym jesteśmy niejako skazani na energochłonne
zespoły EN57 z powodu ogromnego ich ilostanu. Pewną poprawę mogłaby
przynieść wymiana w nich silników trakcyjnych na typ LK-470 o mocy
zwiększonej w porównaniu z silnikami LK-450 i wprowadzenie rozruchu
impulsowego. Ale modernizacja taka jest bardzo kosztowna, a zwrotu nakładów
w stopniu zadawalającym z ekonomicznego punktu widzenia należy oczekiwać
tylko w części regionów kraju.
Wyraźną supremację nad innymi wariantami zestawień pociągów wykazują
lokomotywy EU07 z wagonami piętrowymi. Wagony piętrowe są coraz bardziej
popularne w wielu zarządach kolejowych ze względu na niższe w porównaniu z
taborem jednopokładowym jednostkowe koszty utrzymania i zakupu w
przeliczeniu na 1 miejsce do siedzenia. Wagony piętrowe w większych
ilościach są eksploatowane w Niemczech, gdzie starsze wagony produkcji byłej
NRD są gruntownie modernizowane, oraz we Francji (Z2N - ruch podmiejski,
V2N - InterRegio i TGV Duplex - w próbach). Ich produkcję przewiduje się w
Czechach, w Szwajcarii, we Włoszech, a w Holandii cały sektor InterRegio
opierać się będzie na 3- i 4-wagonowych zespołach trakcyjnych piętrowych
produkcji Talbota. W kraju, do czasu kiedy produkcja zespołów trakcyjnych
piętrowych zostanie rozpoczęta w przyszłości (a zakupy takiego taboru są
przewidziane w planach perspektywicznych opracowanych przez CNTK),
należałoby wykorzystać obecne wagony piętrowe w sposób jak najbardziej
efektywny.
Ograniczenia prędkości
Jest to zasadniczy czynnik wpływający na wielkość zużycia energii, zwłaszcza
w pociągach pospiesznych, dla których ilość rozruchów w porównaniu z
pociągami osobowymi jest znacznie mniejsza, a każdy dodatkowy nieplanowy
rozruch w sposób istotny wpływa na wielkość całkowitego zużycia energii
przez pociąg. Przeciętny rozruch pociągu 7-wagonowego od prędkości 15 km/h
do prędkości 120 km/h pochłania średnio 70 kWh energii. Jest to około 5%
całkowitego zużycia energii przez typowy pociąg relacji Łódź Fabr. -
Warszawa Wsch. Dla przykładu istniejące od wielu lat zwolnienie do 15 km/h w
km 28,275 linii Łódź Kal. - Skarżysko Kam. (przejazd drogowy bez obsługi
niedaleko nastawni Żakowice Płd.) tylko dla jednego 6-wagonowego pociągu
pospiesznego Łódź Fabr. - Kraków - Łódź Fabr. przynosi stratę ponad 42 mln
zł rocznie. Wydaje się konieczne prowadzenie ciągłego rachunku strat dla
pojawiających się zwolnień w oparciu o dane, które mogą być opracowywane na
podstawie pomiarów zużycia energii.
Nieplanowe zatrzymania
Nierytmiczność ruchu pociągów jest przyczyną dużych strat energii, zwłaszcza
dla pociągów towarowych. Przeciętny ponowny rozruch po zatrzymaniu
7-wagonowego pociągu osobowego do prędkości 120 km/h pochłania do 90 kWh
energii.
Ułożenie rozkładu jazdy
Konstrukcja rozkładu jazdy, w szczególności maksymalna prędkość rozkładowa i
wielkość rezerw czasowych, mają istotny wpływ na wielkość zużycia energii
przez pociągi. Jednak sposób ułożenia rozkładu jest zdeterminowany innym
ważniejszym czynnikiem, jakim jest zapewnienie atrakcyjności oferty
przewozowej, zwłaszcza obecnie przy dużej konkurencyjności innych środków
transportu i wyraźnej tendencji rezygnacji przez podróżnych z usług kolei.
Wydaje się, że tylko w nielicznych, marginalnych przypadkach rozkład jazdy
można układać pod kątem minimalizacji zużycia energii. Nie zawsze wzrost
prędkości rozkładowej idzie w parze z większym wzrostem zużycia energii
przez pociąg.
Zaprezentowane w artykule wykresy jednostkowego zużycia energii na
poszczególnych odcinkach dla danej relacji pozwalają na wyciągnięcie dosyć
ciekawych wniosków. Zużycie energii na odcinkach o małej prędkości
rozkładowej też jest stosunkowo duże, zwłaszcza w przypadkach, gdy zbyt mała
prędkość, do której może się rozpędzić pociąg, uniemożliwia stosowanie
najbardziej efektywnej z energetycznego punktu widzenia jazdy wybiegiem.
Technika prowadzenia pociągu
Rozruch z maksymalnym przyspieszeniem jest najbardziej energooszczędny.
Wynika to z teorii ruchu pociągu. Istnieją jednak obiektywne trudności, aby
każdy rozruch był optymalny energetycznie, szczególnie w lokomotywach serii
EU07 i pochodnych:
• Brak automatyki rozruchu - nie można jedynie polegać na sprawności
psychofizycznej maszynisty, który oprócz kontroli mierników ma zadanie
obserwację szlaku i peronu podczas rozruchu pociągu.
• Brak automatycznego sprzężenia pomiędzy zadawaną wartością prądu
rozruchowego a siłą przyczepności zestawów. Uniemożliwia to pełne
wykorzystanie możliwości trakcyjnych lokomotywy.
Usunięcie powyższych mankamentów wymaga zmian konstrukcyjnych w tych
lokomotywach. Do tematu wrócimy jeszcze na łamach tts
Nie należy również w rozważaniach traktować maszynistów jako tzw. "surowego
materiału". Pomijając wspomniane ograniczenia natury technicznej należy
przyznać, że wieloletnie szkolenia spowodowały rozpowszechnienie pewnych
korzystnych nawyków w technice prowadzenia pociągu. Należy przy tym
podkreślić prawidłowość, że im bardziej dla danego pociągu napięty jest
rozkład jazdy (z małymi rezerwami czasowymi), tym rozrzuty zużycia energii
są mniejsze. Małe rezerwy czasowe niejako wymuszają forsowny, optymalny
sposób prowadzenia pociągu. Należy ponadto dodać, że trudno o jednolitą
receptę na optymalną technikę jazdy dla wszystkich rodzajów pociągów.
Nawet wśród fachowców brak jest pełnej jednomyślności co do tego problemu.
Wydaje się, że do czasu wprowadzenia nowego taboru z komputerem pokładowym w
systemie ETCS trzeba będzie poprzestać na ogólnych wytycznych.
Warunki zewnętrzne
Wpływ na zużycie energii mają też warunki atmosferyczne występujące podczas
prowadzenia pociągu. Silny wiatr, zwłaszcza boczny oraz wilgotna
powierzchnia szyn podczas rozruchu w sposób znaczący zwiększają zużycie
energii. Zmniejszenie współczynnika przyczepności kół do wilgotnych szyn
obniżające siłę przyczepności wymaga jazdy z mniejszym prądem rozruchowym -
co wydłuża czas rozruchu i zwiększa zużycie energii.
Istotnym czynnikiem zewnętrznym jest wartość napięcia w sieci trakcyjnej.
Niski poziom tego napięcia, spowodowany słabym układem energetycznym
zasilającym podstację bądź wyłączeniami z przyczyn technicznych powoduje
konieczność wydłużenia czasu jazdy pod prądem dla dotrzymania rozkładu
jazdy, a czasem wyrównania opóźnienia.
Celowość dalszych pomiarów zużycia energii
Celowe jest prowadzenie dalszych szczegółowych badań zużycia energii
elektrycznej (o charakterze selektywnego monitoringu) przez różne rodzaje
pociągów, przede wszystkim dla uzyskania precyzyjniejszych danych do
wykonywania analiz ekonomicznych przy podejmowaniu, oczywiście z
uwzględnieniem innych czynników, takich decyzji jak:
• uruchamiania nowych i odwoływania kursujących obecnie pociągów
pasażerskich,
• ustalania parametrów technicznych i ruchowych pociągów (prędkość
rozkładowa i techniczna, ilości wagonów w składzie, rezerwy w rozkładzie
jazdy), aby uzyskać maksimum efektów przy możliwie najniższym zużyciu
energii,
• skracania czasów jazdy pociągów w wybranych relacjach.
Informacje o zużyciu energii powinny być podstawą do określania kosztów
utrzymywania ograniczeń prędkości dla porównania z nakładami na ich
usunięcie.
Nie wydaje się konieczne instalowanie liczników energii elektrycznej we
wszystkich pojazdach trakcyjnych. Trudno sobie ponadto wyobrazić, przy
jednoczesnym trendzie do zmniejszania zatrudnienia w administracji, budowę
skomplikowanego systemu rozliczeń i analiz zużycia energii, który musiałby
ponadto uwzględniać jednostkowe czynniki o charakterze losowym jak np.
boczny wiatr, wilgotne i oblodzone szyny utrudniające optymalny rozruch,
obniżenie napięcia w sieci trakcyjnej, frekwencja w pociągu, zakłócenia
ruchowe i wiele innych. Sam system informatyczny niezbędny do tych celów
musiałby być majstersztykiem i byłby nieporównywalne bardziej rozbudowany w
stosunku do dotychczas używanych w PKP systemów.
Pożądane byłoby jednak prowadzenie stałego monitoringu zużycia energii
elektrycznej na poszczególnych liniach, jak również przez wybrane pociągi.
Zestawienie takie stanowiłoby dla kierownictw okręgów klarowny obraz pracy
poszczególnych służb, jak również umożliwiłoby wychwytywanie zmian w zużyciu
energii i ustalanie ich przyczyn.
Czy warto oszczędzać energię elektryczna?
Odpowiedź na to retoryczne pytanie wymagałaby najpierw oceny udziału kosztów
zużytej energii elektrycznej w kosztach eksploatacji pociągów. Analiza taka
może mieć jednak
w obecnej chwili tylko charakter szacunkowy. Po pierwsze należałoby od razu
określić, jakich rodzajów pociągów ma ona dotyczyć, bo wielkości
poszczególnych składników kosztów różnią się dla nich w sposób znaczący. Na
pewno udział kosztów energii jest różny dla różnych rodzajów pociągów. Takie
jednostkowe analizy mogą mieć jednak tylko, jak już wspomniano, charakter
szacunkowy, bowiem system ewidencjonowania kosztów na PKP jest bardzo
ogólny. Nie rozdziela się np. kosztów w rozbiciu na poszczególne serie
pojazdów. Niemniej jednak pewne ogólne analizy są możliwe do wykonania. Rys.
7 przedstawia szacunkowe porównanie wielkości jednostkowych bieżących
kosztów utrzymania taboru w lokomotywowni i wagonowni, kosztów napraw
okresowych oraz kosztów energii na przykładzie typowego pociągu relacji
Łódź - Warszawa. Oczywiście po dodaniu kosztów osobowych drużyn pociągowych
i kosztów utrzymania infrastruktury dla tej linii udział kosztów energii
elektrycznej zmaleje.
Mimo takich proporcji kosztów energię elektryczną warto oszczędzać.
Oczywiście angażując do tego celu środki adekwatne do możliwości uzyskania w
efekcie tych działań określonych oszczędności.
Jan Raczyński, Zbigniew Szafrański
• Polskie Koleje Państwowe
Zużycie energii elektrycznej przez pociągi pasażerskie - wyniki pomiarów
Problem obniżenia energochłonności transportu kolejowego jest tematem, który
od wielu lat nie schodzi z łamów pism fachowych i wzbudza kontrowersje co do
proponowanych rozwiązań. Autorzy artykułu od kilku lat prowadzili badania i
analizy zużycia energii przez pojazdy trakcyjne. W ich trakcie przetestowane
zostały, z różnym skutkiem, kolejne generacje liczników energii. Artykuł ten
prezentuje pewne ogólne spojrzenie na problem wraz z sugestiami co do
kierunku dalszych badań.
Podane w artykule przykłady dotyczą pociągów pasażerskich prowadzonych
lokomotywami EU07, ale większość przedstawionych wniosków odnosi się także
do innych rodzajów pociągów.
Nie ulega wątpliwości, że zmniejszenie energochłonności transportu
kolejowego jest bardzo ważnym elementem w całym szeregu działań mających na
celu obniżenie całkowitych kosztów przewozów. Na pewno jednak nie jedynym i
też nie najważniejszym. Niemniej jednak nawet niewielkich oszczędności nie
należy bagatelizować, bowiem w skali całego przedsiębiorstwa są to kwoty
znaczące. Problem lokalizacji źródeł oszczędności energii jest jednak bardzo
złożony, znacznie bardziej niż można się było spodziewać, gdy rozpoczynano
pomiary na szerszą skalę licznikami energii. W całym procesie przewozowym
biorą udział liczne służby, które odpowiadają za swój sektor działalności.
Sprawność tej działalności ma wpływ na globalne zużycie energii przez
pociąg. O zużyciu tym licząc od przyłącza krajowej sieci
elektroenergetycznej decydują:
- sprawność systemu zasilania "do pantografu" włącznie;
- jakość nawierzchni torów (zwolnienia);
- rytmiczność procesu ruchu pociągu (nieplanowe zatrzymania, opóźnienia
itp.);
- ułożenie rozkładu jazdy, dobór składu pociągu;
- możliwości trakcyjne pojazdu i technika jazdy.
Ten ostatni czynnik jest w wielu opracowaniach znacznie przeceniany. Okazuje
się, że dla niektórych rodzajów
pociągów jest on najmniej istotny, co jednak nie oznacza, że nie należy go
uwzględniać w rozważaniach.
Metodyka pomiarów
Pomiary zużycia energii elektrycznej przez pojazdy trakcyjne autorzy
rozpoczęli w czerwcu 1992 roku, a ich realizację zaplanowano w kilku etapach
i skoordynowano z badaniami prowadzonymi w innych zespołach. Prowadzono je
według następującej metodyki:
1. Dla wszystkich pociągów obsługiwanych przez lokomotywy wyposażone w
liczniki do pomiaru energii elektrycznej maszyniści na specjalnych
formularzach notowali zużycie energii. W ten sposób uzyskano dane do
obliczenia średniego zużycia energii przez pociąg o określonym numerze
(ewentualnie wybranej relacji), wstępne dane niezbędne np. do obliczenia
kosztów eksploatacji pociągów. Jednocześnie też przeprowadzono analizy
kosztów utrzymania pojazdów trakcyjnych i wagonów. Takie podejście miało
umożliwić sformułowanie ogólnych wytycznych mających na celu orientację co
do poziomu rentowności poszczególnych pociągów i kierunku działań mających
na celu jej poprawę.
2. Dla wybranych pociągów wykonane zostały jazdy kontrolno-pomiarowe w celu
dokładnej analizy trasy i oceny zużycia energii na poszczególnych odcinkach.
Analizowano ilość zwolnień, technikę prowadzenia pociągu, ułożenie rozkładu
jazdy. Oprócz licznika energii korzystano także ze specjalnego zespołu
liczników ilości łączeń wykonanych przez styczniki obwodu głównego.
Wskazania te były użyteczne przy ocenie techniki prowadzenia pociągu. Dane o
zużyciu energii zebrane podczas jazd pozwoliły na wykonanie wykresów zużycia
energii dla danego pociągu.
Pomiarów dokonywano licznikami LEE-1, a później licznikami CL143. Do obróbki
danych według metody opisanej w punkcie 2 wykorzystano program dla komputera
IBM PC, opracowany przez Zespół Technologiczno-Rozwojowy Lokomotywowni Łódź.
Szacunki średniego zużycia energii
Pewien poziom zużycia energii przez pociąg jest nieunikniony. Problem polega
na tym, aby był on optymalny co niekoniecznie oznacza, że najniższy. Trudno
wymagać bowiem, aby konstrukcja rozkładu jazdy opierała się tylko na tym
jednym kryterium. Podstawową wytyczną do ułożenia rozkładu jazdy pociągów
jest osiągniecie oferty konkurencyjnej w stosunku do innych środków
transportu. Najłatwiej można to osiągnąć przez maksymalne skrócenie czasu
przejazdu, a wyższa prędkość techniczna pociąga za sobą zwiększenie zużycia
energii. Widać to wyraźnie na rys. 1, gdzie linia Warszawa - Łódź z
prędkością rozkładową 120 km/h na całej trasie góruje pod względem
jednostkowego zużycia energii nad innymi liniami, ale jednocześnie przy
bardzo wysokiej frekwencji podróżnych. Na linii tej prowadzona jest jedna
para pociągów 3301/3302 Telimena bez postojów pośrednich, o niższym zużyciu
energii, szczególnie ceniona przez podróżnych ze względu na krótszy czas
podróży. Pociągi te sygnalizują kierunek pożądanych przyszłych zmian w
rozkładach jazdy nastawionych na wzrost atrakcyjności oferty przewozowej.
Pomiary prowadzone były przed rozpoczęciem remontu torów na odcinku
Skierniewice - Warszawa.
Obecnie na większej części tego odcinka nawierzchnia jest już wyremontowana.
Likwidacja ograniczeń prędkości spowodowała obniżenie zużycia jednostkowego,
co jednak nie zmieniło zasadniczych proporcji między relacjami pociągów
przytoczonych w tabeli.
Analiza jednostkowego zużycia energii dla danej linii
Poniżej przedstawione są wykresy jednostkowego zużycia energii elektrycznej
na cele trakcyjne dla kilku przykładowo wybranych pociągów. Różnice w
wielkości tego zużycia na poszczególnych odcinkach wynikają ze sposobu
ułożenia rozkładu jazdy, rozkładowej prędkości na tym odcinku, ilości
miejscowych ograniczeń prędkości spowodowanych zarówno układem torów jak i
stanem ich utrzymania, a także konfiguracją terenu. Wykresy tego typu,
wykonywane dla wybranych pociągów na podstawie uśrednionych wyników z serii
przejazdów, mogą być przedmiotem analiz zainteresowanych służb.
Przedstawione wykresy stanowią ilustrację możliwości w tej dziedzinie.
Czynniki wpływające na zużycie energii
Już wstępne wyniki pomiarów nasunęły pierwsze wnioski co do pogrupowania
czynników zasadniczo rzutujących na wielkość zużycia energii.
Masa pociągów
Zużycie energii z grubsza biorąc wzrasta proporcjonalne do masy pociągu.
Jest to wniosek oczywisty. Wskazane byłoby wprowadzenie na szerszą skalę
zasady operatywnego korygowania ilości wagonów w pociągach w zależności od
dnia tygodnia, pory roku i innych uwarunkowań. Należy również ograniczyć do
niezbędnych przypadków prowadzenie wagonów bagażowych i pocztowych w
pociągach osobowych, zamiast tego prowadzić je w pociągach pospiesznych o
odpowiadających relacjach.
Ważnym czynnikiem jest też właściwy dobór składu pociągu do charakteru
zadania przewozowego. Jak jednak można się przekonać z analizy wykresów
zamieszczonych w tts 6/94 możliwości takiego doboru spośród dostępnego w
kraju taboru są ograniczone. W ruchu dalekobieżnym pozycja lokomotywy EU07 z
wagonami 111/112A jest niezagrożona, także z punktu widzenia standardu
takiego składu, a w ruchu lokalnym jesteśmy niejako skazani na energochłonne
zespoły EN57 z powodu ogromnego ich ilostanu. Pewną poprawę mogłaby
przynieść wymiana w nich silników trakcyjnych na typ LK-470 o mocy
zwiększonej w porównaniu z silnikami LK-450 i wprowadzenie rozruchu
impulsowego. Ale modernizacja taka jest bardzo kosztowna, a zwrotu nakładów
w stopniu zadawalającym z ekonomicznego punktu widzenia należy oczekiwać
tylko w części regionów kraju.
Wyraźną supremację nad innymi wariantami zestawień pociągów wykazują
lokomotywy EU07 z wagonami piętrowymi. Wagony piętrowe są coraz bardziej
popularne w wielu zarządach kolejowych ze względu na niższe w porównaniu z
taborem jednopokładowym jednostkowe koszty utrzymania i zakupu w
przeliczeniu na 1 miejsce do siedzenia. Wagony piętrowe w większych
ilościach są eksploatowane w Niemczech, gdzie starsze wagony produkcji byłej
NRD są gruntownie modernizowane, oraz we Francji (Z2N - ruch podmiejski,
V2N - InterRegio i TGV Duplex - w próbach). Ich produkcję przewiduje się w
Czechach, w Szwajcarii, we Włoszech, a w Holandii cały sektor InterRegio
opierać się będzie na 3- i 4-wagonowych zespołach trakcyjnych piętrowych
produkcji Talbota. W kraju, do czasu kiedy produkcja zespołów trakcyjnych
piętrowych zostanie rozpoczęta w przyszłości (a zakupy takiego taboru są
przewidziane w planach perspektywicznych opracowanych przez CNTK),
należałoby wykorzystać obecne wagony piętrowe w sposób jak najbardziej
efektywny.
Ograniczenia prędkości
Jest to zasadniczy czynnik wpływający na wielkość zużycia energii, zwłaszcza
w pociągach pospiesznych, dla których ilość rozruchów w porównaniu z
pociągami osobowymi jest znacznie mniejsza, a każdy dodatkowy nieplanowy
rozruch w sposób istotny wpływa na wielkość całkowitego zużycia energii
przez pociąg. Przeciętny rozruch pociągu 7-wagonowego od prędkości 15 km/h
do prędkości 120 km/h pochłania średnio 70 kWh energii. Jest to około 5%
całkowitego zużycia energii przez typowy pociąg relacji Łódź Fabr. -
Warszawa Wsch. Dla przykładu istniejące od wielu lat zwolnienie do 15 km/h w
km 28,275 linii Łódź Kal. - Skarżysko Kam. (przejazd drogowy bez obsługi
niedaleko nastawni Żakowice Płd.) tylko dla jednego 6-wagonowego pociągu
pospiesznego Łódź Fabr. - Kraków - Łódź Fabr. przynosi stratę ponad 42 mln
zł rocznie. Wydaje się konieczne prowadzenie ciągłego rachunku strat dla
pojawiających się zwolnień w oparciu o dane, które mogą być opracowywane na
podstawie pomiarów zużycia energii.
Nieplanowe zatrzymania
Nierytmiczność ruchu pociągów jest przyczyną dużych strat energii, zwłaszcza
dla pociągów towarowych. Przeciętny ponowny rozruch po zatrzymaniu
7-wagonowego pociągu osobowego do prędkości 120 km/h pochłania do 90 kWh
energii.
Ułożenie rozkładu jazdy
Konstrukcja rozkładu jazdy, w szczególności maksymalna prędkość rozkładowa i
wielkość rezerw czasowych, mają istotny wpływ na wielkość zużycia energii
przez pociągi. Jednak sposób ułożenia rozkładu jest zdeterminowany innym
ważniejszym czynnikiem, jakim jest zapewnienie atrakcyjności oferty
przewozowej, zwłaszcza obecnie przy dużej konkurencyjności innych środków
transportu i wyraźnej tendencji rezygnacji przez podróżnych z usług kolei.
Wydaje się, że tylko w nielicznych, marginalnych przypadkach rozkład jazdy
można układać pod kątem minimalizacji zużycia energii. Nie zawsze wzrost
prędkości rozkładowej idzie w parze z większym wzrostem zużycia energii
przez pociąg.
Zaprezentowane w artykule wykresy jednostkowego zużycia energii na
poszczególnych odcinkach dla danej relacji pozwalają na wyciągnięcie dosyć
ciekawych wniosków. Zużycie energii na odcinkach o małej prędkości
rozkładowej też jest stosunkowo duże, zwłaszcza w przypadkach, gdy zbyt mała
prędkość, do której może się rozpędzić pociąg, uniemożliwia stosowanie
najbardziej efektywnej z energetycznego punktu widzenia jazdy wybiegiem.
Technika prowadzenia pociągu
Rozruch z maksymalnym przyspieszeniem jest najbardziej energooszczędny.
Wynika to z teorii ruchu pociągu. Istnieją jednak obiektywne trudności, aby
każdy rozruch był optymalny energetycznie, szczególnie w lokomotywach serii
EU07 i pochodnych:
• Brak automatyki rozruchu - nie można jedynie polegać na sprawności
psychofizycznej maszynisty, który oprócz kontroli mierników ma zadanie
obserwację szlaku i peronu podczas rozruchu pociągu.
• Brak automatycznego sprzężenia pomiędzy zadawaną wartością prądu
rozruchowego a siłą przyczepności zestawów. Uniemożliwia to pełne
wykorzystanie możliwości trakcyjnych lokomotywy.
Usunięcie powyższych mankamentów wymaga zmian konstrukcyjnych w tych
lokomotywach. Do tematu wrócimy jeszcze na łamach tts
Nie należy również w rozważaniach traktować maszynistów jako tzw. "surowego
materiału". Pomijając wspomniane ograniczenia natury technicznej należy
przyznać, że wieloletnie szkolenia spowodowały rozpowszechnienie pewnych
korzystnych nawyków w technice prowadzenia pociągu. Należy przy tym
podkreślić prawidłowość, że im bardziej dla danego pociągu napięty jest
rozkład jazdy (z małymi rezerwami czasowymi), tym rozrzuty zużycia energii
są mniejsze. Małe rezerwy czasowe niejako wymuszają forsowny, optymalny
sposób prowadzenia pociągu. Należy ponadto dodać, że trudno o jednolitą
receptę na optymalną technikę jazdy dla wszystkich rodzajów pociągów.
Nawet wśród fachowców brak jest pełnej jednomyślności co do tego problemu.
Wydaje się, że do czasu wprowadzenia nowego taboru z komputerem pokładowym w
systemie ETCS trzeba będzie poprzestać na ogólnych wytycznych.
Warunki zewnętrzne
Wpływ na zużycie energii mają też warunki atmosferyczne występujące podczas
prowadzenia pociągu. Silny wiatr, zwłaszcza boczny oraz wilgotna
powierzchnia szyn podczas rozruchu w sposób znaczący zwiększają zużycie
energii. Zmniejszenie współczynnika przyczepności kół do wilgotnych szyn
obniżające siłę przyczepności wymaga jazdy z mniejszym prądem rozruchowym -
co wydłuża czas rozruchu i zwiększa zużycie energii.
Istotnym czynnikiem zewnętrznym jest wartość napięcia w sieci trakcyjnej.
Niski poziom tego napięcia, spowodowany słabym układem energetycznym
zasilającym podstację bądź wyłączeniami z przyczyn technicznych powoduje
konieczność wydłużenia czasu jazdy pod prądem dla dotrzymania rozkładu
jazdy, a czasem wyrównania opóźnienia.
Celowość dalszych pomiarów zużycia energii
Celowe jest prowadzenie dalszych szczegółowych badań zużycia energii
elektrycznej (o charakterze selektywnego monitoringu) przez różne rodzaje
pociągów, przede wszystkim dla uzyskania precyzyjniejszych danych do
wykonywania analiz ekonomicznych przy podejmowaniu, oczywiście z
uwzględnieniem innych czynników, takich decyzji jak:
• uruchamiania nowych i odwoływania kursujących obecnie pociągów
pasażerskich,
• ustalania parametrów technicznych i ruchowych pociągów (prędkość
rozkładowa i techniczna, ilości wagonów w składzie, rezerwy w rozkładzie
jazdy), aby uzyskać maksimum efektów przy możliwie najniższym zużyciu
energii,
• skracania czasów jazdy pociągów w wybranych relacjach.
Informacje o zużyciu energii powinny być podstawą do określania kosztów
utrzymywania ograniczeń prędkości dla porównania z nakładami na ich
usunięcie.
Nie wydaje się konieczne instalowanie liczników energii elektrycznej we
wszystkich pojazdach trakcyjnych. Trudno sobie ponadto wyobrazić, przy
jednoczesnym trendzie do zmniejszania zatrudnienia w administracji, budowę
skomplikowanego systemu rozliczeń i analiz zużycia energii, który musiałby
ponadto uwzględniać jednostkowe czynniki o charakterze losowym jak np.
boczny wiatr, wilgotne i oblodzone szyny utrudniające optymalny rozruch,
obniżenie napięcia w sieci trakcyjnej, frekwencja w pociągu, zakłócenia
ruchowe i wiele innych. Sam system informatyczny niezbędny do tych celów
musiałby być majstersztykiem i byłby nieporównywalne bardziej rozbudowany w
stosunku do dotychczas używanych w PKP systemów.
Pożądane byłoby jednak prowadzenie stałego monitoringu zużycia energii
elektrycznej na poszczególnych liniach, jak również przez wybrane pociągi.
Zestawienie takie stanowiłoby dla kierownictw okręgów klarowny obraz pracy
poszczególnych służb, jak również umożliwiłoby wychwytywanie zmian w zużyciu
energii i ustalanie ich przyczyn.
Czy warto oszczędzać energię elektryczna?
Odpowiedź na to retoryczne pytanie wymagałaby najpierw oceny udziału kosztów
zużytej energii elektrycznej w kosztach eksploatacji pociągów. Analiza taka
może mieć jednak
w obecnej chwili tylko charakter szacunkowy. Po pierwsze należałoby od razu
określić, jakich rodzajów pociągów ma ona dotyczyć, bo wielkości
poszczególnych składników kosztów różnią się dla nich w sposób znaczący. Na
pewno udział kosztów energii jest różny dla różnych rodzajów pociągów. Takie
jednostkowe analizy mogą mieć jednak tylko, jak już wspomniano, charakter
szacunkowy, bowiem system ewidencjonowania kosztów na PKP jest bardzo
ogólny. Nie rozdziela się np. kosztów w rozbiciu na poszczególne serie
pojazdów. Niemniej jednak pewne ogólne analizy są możliwe do wykonania. Rys.
7 przedstawia szacunkowe porównanie wielkości jednostkowych bieżących
kosztów utrzymania taboru w lokomotywowni i wagonowni, kosztów napraw
okresowych oraz kosztów energii na przykładzie typowego pociągu relacji
Łódź - Warszawa. Oczywiście po dodaniu kosztów osobowych drużyn pociągowych
i kosztów utrzymania infrastruktury dla tej linii udział kosztów energii
elektrycznej zmaleje.
Mimo takich proporcji kosztów energię elektryczną warto oszczędzać.
Oczywiście angażując do tego celu środki adekwatne do możliwości uzyskania w
efekcie tych działań określonych oszczędności.
zeus04
Apr 15, 2011, 5:27:13 AM4/15/11
to
Użytkownik "zeus04" <zeus...@op.pl> napisał w wiadomości
news:io9137$pf1$1...@news.onet.pl...
> Technika Transportu Szynowego nr. 3 z 1995
> Jan Raczyński, Zbigniew Szafrański
> • Polskie Koleje Państwowe
> Zużycie energii elektrycznej przez pociągi pasażerskie - wyniki pomiarów
http://www.fotosik.pl/pokaz_obrazek/pelny/d30378a781d2ed58.html
http://www.fotosik.pl/pokaz_obrazek/pelny/28ce4cc7b62bdc6b.html
zeus04
Apr 15, 2011, 5:49:46 AM4/15/11
to
news:io931i$36k$1...@news.onet.pl...Opisy do rysunków:
Rys. 3. Pociąg PE 13101 Reymont: Łódź Fabr. - Kraków Gł. Mimo wysokiej
prędkości rozkładowej na odcinku Idzikowice - Kozłów (125/120 km/h) brak
ograniczeń prędkości na całej trasie powoduje, że zużycie jednostkowe
energii jest relatywnie niskie. Przejazd na odcinku Kozłów - Kraków odbywa
się przy korzystnym profilu terenu /długie odcinki po spadkach).
Rys. 4. Pociąg PE 22102 Warszawa Wschodnia - Łódź Fabr. Typowy pociąg na tej
trasie (wszystkie pociągi tej relacji mają te same czasy przejazdu).
Prędkość rozkładowa 120 km/h prawie na całej trasie. Duże zużycie energii na
odcinku Warszawa - Żyrardów wynika ze złego stanu technicznego torów (przed
remontem). Odcinek Skierniewice - Koluszki charakteryzuje niekorzystny
profil (podjazd na Wyżynę Łódzką). Na odcinku Koluszki - Łódź Fabr.
występuje jedno planowe zatrzymanie na stacji Łódź Widzew, - stacja ta ma
bardzo energochłonny układ torowy. Perony znajdują się przy skrajnych torach
stacji, wjazd i wyjazd z nich odbywa się długimi drogami zwrotnicowymi z
prędkością do 40 km/h, zazwyczaj ze zwolnieniami do 15 km/h.
Rys. 5. Pociąg PE 41104 Katowice - Łódź Fabr. Na prawie całym odcinku
Zawiercie - Piotrków prędkość rozkładowa wynosi 120 km/h, przejazd jest
płynny bez istotnych zwolnień. Niższa prędkość rozkładowa na pozostałych
odcinkach nie powoduje zmniejszenia jednostkowego zużycia energii.
Rys. 6. Pociąg PE 18507 Łódź Kal. - Szczecin na odcinku Łódź Kal. - Ostrów
Wlkp. Kolejne odcinki na wykresie charakteryzują się malejącym zużyciem
energii - mniej zwolnień. Na odcinku Kalisz - Ostrów Wlkp. w czasie jazd
pomiarowych wprowadzona była duża ilość zwolnień okresowych
Rys. 7. Szacunkowe porównanie wybranych kosztów eksploatacyjnych dla pociągu
Łódź - Warszawa (według danych z 1993 r.)
Energia na cele trakcyjne 21%
Koszty utrzymania lokomotyw i wagonów 36%
Naprawy okresowe 43%
Rys. 3. Pociąg PE 13101 Reymont: Łódź Fabr. - Kraków Gł. Mimo wysokiej
prędkości rozkładowej na odcinku Idzikowice - Kozłów (125/120 km/h) brak
ograniczeń prędkości na całej trasie powoduje, że zużycie jednostkowe
energii jest relatywnie niskie. Przejazd na odcinku Kozłów - Kraków odbywa
się przy korzystnym profilu terenu /długie odcinki po spadkach).
Rys. 4. Pociąg PE 22102 Warszawa Wschodnia - Łódź Fabr. Typowy pociąg na tej
trasie (wszystkie pociągi tej relacji mają te same czasy przejazdu).
Prędkość rozkładowa 120 km/h prawie na całej trasie. Duże zużycie energii na
odcinku Warszawa - Żyrardów wynika ze złego stanu technicznego torów (przed
remontem). Odcinek Skierniewice - Koluszki charakteryzuje niekorzystny
profil (podjazd na Wyżynę Łódzką). Na odcinku Koluszki - Łódź Fabr.
występuje jedno planowe zatrzymanie na stacji Łódź Widzew, - stacja ta ma
bardzo energochłonny układ torowy. Perony znajdują się przy skrajnych torach
stacji, wjazd i wyjazd z nich odbywa się długimi drogami zwrotnicowymi z
prędkością do 40 km/h, zazwyczaj ze zwolnieniami do 15 km/h.
Rys. 5. Pociąg PE 41104 Katowice - Łódź Fabr. Na prawie całym odcinku
Zawiercie - Piotrków prędkość rozkładowa wynosi 120 km/h, przejazd jest
płynny bez istotnych zwolnień. Niższa prędkość rozkładowa na pozostałych
odcinkach nie powoduje zmniejszenia jednostkowego zużycia energii.
Rys. 6. Pociąg PE 18507 Łódź Kal. - Szczecin na odcinku Łódź Kal. - Ostrów
Wlkp. Kolejne odcinki na wykresie charakteryzują się malejącym zużyciem
energii - mniej zwolnień. Na odcinku Kalisz - Ostrów Wlkp. w czasie jazd
pomiarowych wprowadzona była duża ilość zwolnień okresowych
Rys. 7. Szacunkowe porównanie wybranych kosztów eksploatacyjnych dla pociągu
Łódź - Warszawa (według danych z 1993 r.)
Energia na cele trakcyjne 21%
Koszty utrzymania lokomotyw i wagonów 36%
Naprawy okresowe 43%
0 new messages