Введение к работе
Актуальность работы. Метрополитен является одним из важнейших средств обеспечения мобильности населения крупных городов. В связи с постоянным ростом количества транспортных средств в городах с населением более 1 млн. человек только метрополитен способен решить проблему мобильности населения.
Однако, при наличии ряда положительных качеств метрополитена, таких как обеспечение высокой мобильности, экологичность, сохранение архитектуры города, высокая безопасность, имеет место и отрицательный фактор - большое потребление электроэнергии. Поэтому, начиная с внедрения первых метрополитенов в России (Москва, Санкт-Петербург) и за рубежом (Лондон, Париж, Нью-Йорк) ведутся работы по сокращению расхода электроэнергии метрополитена.
От того, насколько эффективно будет эксплуатироваться метрополитен, зависят объемы перевозок, затраты на потребленную электроэнергию и себестоимость предоставляемых населению транспортных услуг. В условиях роста объемов пассажироперевозок и постоянно растущих тарифов на электроэнергию, снижение электропотребления этим видом транспорта становится особенно актуальным. Учитывая тот факт, что подвижной состав метрополитена на сегодняшний день достаточно хорошо проработан, повышенное электропотреблекие метрополитена обусловлено, в основном, неэффективностью его эксплуатации.
Решение ряда вопросов энергосбережения на электрическом транспорте велось многими известными отечественными учеными, из которых в первую очередь необходимо назвать имена следующих: В. Д.Авилов, И.А. Аснис, Л.А.Баранов, Е.В.Ерофеев, И.С.Ефремов, И.П.Исаев, Г.В.Косарев, И.К.Лакин, В.М.Максимов, Р.Р.Мамошин, Г.П.Маслов, В.А.Мнацаканов, В.А.Нехаев, В.Е.Розенфельд, В.П.Феоктистов, В.Т.Черемисин, Н.И. Щуров и другие ученые.
Основой эксплуатационной деятельности метрополитена является график движения поездов. Исходя из графика движения поездов устанавливается: объем работы каждого подразделения, обеспечивающего движение поездов, взаимодействие между ними, технические нормы использования подвижного состава, потребность в рабочей силе и материальных ресурсах, необходимых для выполнения заданных объемов перевозок, и эффективное использование энергоресурсов.
Являясь сложным электротехническим комплексом транспортного назначения, метрополитен должен обеспечивать эффективную и безопасную перевозку пассажиров с минимальной себестоимостью предоставляемой населению транспортной услуги. Задача является актуальной и для транспортной инфраструктуры г. Красноярска. Следовательно, задача синтеза энергосберегающих графиков движения поездов Красноярского метрополитена - является актуальной задачей.
Объект исследования - создаваемый электротехнический комплекс Красноярского метрополитена.
Предмет исследования - энергопотребление на тягу поездов при эксплуатации метрополитенов.
Цель работы - обеспечение энергоэффективности функционирования создаваемого электротехнического комплекса Красноярского метрополитена путем разработки метода формирования энергосберегающего графика движения электропоездов.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
Провести исследования изменяющегося во времени пассажиропотока по направлению первой линии Красноярского метрополитена.
Исследовать влияние показателей эксплуатационной деятельности метрополитенов на электропотребление.
Сформировать математическую модель удельного электропотребления подвижным составом при движении по линии метрополитена.
Получить аналитическую зависимость удельного расхода электроэнергии на тягу от параметров пути, параметров подвижного состава, загрузки подвижного состава, а также скорости движения по участку.
Разработать методику синтеза энергосберегающего графика движения поездов по линии Красноярского метрополитена.
Сформировать энергосберегающий график движения поездов по линии Красноярского метрополитена.
Определить удельный расход электроэнергии на тягу поездов при реализации разработанного энергосберегающего графика движения.
Методы исследования. Методы исследования определялись характером каждой из поставленных задач и опирались на положения теории электрической тяги. Использовались методы математической статистики, корреляционного анализа, цифровой обработки данных и математического моделирования.
Научная новизна работы заключается в следующем:
установлено влияние показателей эксплуатационной деятельности метрополитенов на электропотребление;
получена аналитическая зависимость удельного расхода электроэнергии на тягу от параметров пути, параметров подвижного состава, загрузки подвижного состава, а также скорости движения по участку;
разработана методика синтеза энергосберегающих графиков движения поездов по линиям Красноярского метрополитена, отличающаяся тем, что учитывается не только план и профиль пути и величина основного сопротивления движению на отдельных его участках, а так же влияние изменяющегося во времени пассажиропотока.
Значения для практики имеют:
1. Данные о пассажиропотоке по направлению первой линии Красноярского метрополитена, позволяющие учитывать его изменение во времени суток.
Тяговые расчеты для первой линии Красноярского метрополитена, позволяющие оценить характер движения подвижного состава по трассе метрополитена.
Алгоритм и программа расчета энергосберегающего графика движения поезда по первой линии Красноярского метрополитена, позволяющие синтезировать энергосберегающий график движения.
Способ оценки экономической эффективности от применения полученного энергосберегающего графика движения поезда по первой линии Красноярского метрополитена, позволяющий получить численное выражение экономического эффекта.
Достоверность полученных результатов подтверждается: корректным использованием методов корреляционного анализа, математического и компьютерного моделирования; результатом применения методов корреляционного анализа к показателям эксплуатационной деятельности метрополитенов России и СНГ; совпадением результатов расчетов, полученных в работе с помощью компьютерного моделирования с фактическими данными.
Реализация результатов работы подтверждена:
- актом внедрения теоретических результатов исследования в учебный
процесс в Политехническом институте Сибирского федерального универси
тета по специальности 140606.65 «Электрический транспорт», по дисципли
нам «Основы электрического транспорта» и «Организация и безопасность
движения электрического транспорта»;
- актом внедрения методики синтеза энергосберегающих графиков
движения поездов Красноярского метрополитена, в проектный процесс ООО
«Красноярскметропроект»;
- актом внедрения результатов моделирования энергетических показа
телей строящегося Красноярского метрополитена, в МКП г. Красноярска
«Управление по строительству Красноярского метрополитена»;
- актом внедрения программы расчета энергосберегающего режима
движения электрического транспортного средства по линии, в производст
венную практику 000 «Научно-производственное объединение Элеком-
транс».
На защиту выносятся:
Выявленные зависимости между показателями эксплуатационной деятельности метрополитенов и их электропотреблением.
Полученная аналитическая зависимость удельного расхода электроэнергии от параметров пути, параметров подвижного состава, загрузки подвижного состава, а также скорости движения по участку.
Разработанная методика синтеза энергосберегающего графика движения поездов по линии метрополитена.
Апробация результатов. Основные идеи работы докладывались: на VII
Всероссийской научно-практической конференции «Энергоэффективность систем жизнеобеспечения города» г. Красноярск, 2006 г.; на одиннадцатой научно-практической конференции КРИЖТ ИРГУПС г. Красноярск, КРИЖТ, 2007 г.; на V Всероссийской научно-технической конференции «Политранспортные системы», Красноярск, 2008 г.; на межобласной конференции «Интеллектуальные ресурсы ХТИ-Филиала СФУ», г. Абакан, Филиал СФУ, 2008 г.; на Всероссийской научно-практической конференции «Электроэнергия: от получения и распределения до эффективного использования» г. Томск, Томский политехнический университет, 2008 г.; на двенадцатой научно-технической конференции КРИЖТ ИРГУПС г. Красноярск, КРИЖТ, 2008 г.; на научных семинарах кафедры «Электроснабжение и электрический транспорт» Сибирского федерального университета, 2005-2008 гг.; на научных семинарах кафедры «Систем автоматики, автоматизированного управления и проектирования» Сибирского федерального университета, 2007-2008 гг.; на межфакультетском научном семинаре факультета Информатики и процессов управления и факультета информатики и вычислительной техники Сибирского федерального университета, 2008 г., на тринадцатой научно-технической конференции КРИЖТ ИРГУПС г. Красноярск, КРИЖТ, 2009 г., на научном семинаре кафедры «Подвижной состав электрических железных дорог» Омского Государственного университета путей сообщения, 2009 г., на научном семинаре кафедры «Электротехнические комплексы н системы» Политехнического института Сибирского федерального университета, 2009 г.
Публикации. Основной материал диссертации отражен в 11 научных работах, в числе которых: 2 научные статьи по списку ВАК РФ; 8 научных статей в сборниках научных трудов и научная статья в отраслевом журнале «Метроинвест».
Общая характеристика диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, 2-х приложений, содержащих листинг программного обеспечения и акты внедрения результатов, библиографического списка из 162 наименований. Содержит 25 рисунков и 44 таблицы. Общий объем диссертации (без учета приложений) составляет 151 страницу.
