Технико-экономическое сравнение транспортных систем бесконтактного и контактного движения

Технико-экономическое сравнение наземных транспортных средств бесконтактного движения на базе магнитного подвеса целесообразно вести в сравнении с железнодорожным, автомо-^ бильным и воздушным транспортом. В процессе исследований* и освоения транспорта с магнитным подвесом в разных странах главными его конкурентами считали традиционный скоростной железнодорожный транспорт.

Во всех случаях технико-экономических сравнений большое значение должно придаваться удельному расходу электроэнергии на перевозки. Транспорт с ЭМП имеет сравнительно низкий ее расход. Полный расход электроэнергии экипажами с ЭМП в открытой атмосферной среде достигает 0,15-0,25 кВтХ Хч1 (пасс.-км), что обеспечивает его снижение по сравнению со скоростными железнодорожными поездами в том же измерении на 12,5-20% и в 5,5 раза по сравнению с реактивными самолетами [17, 32, 64]. В разреженной атмосфере расход электроэнергии поезда с магнитным подвесом может быть снижен до 0,0104 кВт-ч/(пасс.-км), т. е. в 60 раз сравнительно с теми же самолетами.

При всей важности экономии энергетических затрат относительная стоимость электроэнергии среди других расходов достигает лишь 7,5%.

Основная часть затрат приходится на обустроенную путевую структуру со станциями: с ЭМП - более 60%, а с ЭДП - свыше 70%, которые находятся в прямой зависимости от технических требований к структуре и основным параметрам конкретной транспортной системы с магнитным подвесом.

Для конкретного примера технико-экономического анализа варианта на основе работы [46] эти требования могут быть сведены к следующему.

1. Назначение - для междугородных и безостановочных пригородных пассажирских сообщений.

2. Скорость Утах = 400 КМ/Ч.

3. Масса экипажа Мэ = 40 т.

4. ЛТЭП с ОЛАТЭД и /ч, обеспечивающей на площадке разгон до 300 км/ч с а = I м/с2, а до утах- с а = 0,5 м/с2 с учетом аэродинамического и электромагнитного сопротивлений движению (АСД и ЭМД).

5. Составность п=10 экипажей; вместимость В = 75-10= ==750 пасс.; 1 = 25 м,Ь и Н - в соответствии с заданным габаритом.

6. Системы подвеса и направления -электромагнитные;

7. Магнитный зазор 6= (20+5) мм при совместном действии сил по рис. 7.2 и (7.8), кН: Р[ = 400; Р2 - Рз = ±80; Р4 = 100; Р5 = 80.

8. Торможение электрическое: служебное с а= 1 м/с2, экстренное с а - 3 м/с2; аварийное фрикционное и аэродинамическое с а=3-^-6 м/с2.

9. Активный путь - двойной на эстакаде с междупутьем 8 м; йт]П^2 м; 5 = 2,65 м.

10. Уклон 1тах^ 150%о, наклон пути а^12°; ф^0,5 м/с3.

11. Путь должен быть рассчитан на действие сил по рис. 7.2 и перечисленных в п. 7 с учетом движения двух встречных полносоставных поездов, тяговых и инерционных сил и ветровой нагрузки от экипадса, а также силы от экстренного или аварийного торможения.

12. Раздельные пункты - через 200-300 км, стрелочные переводы-на конечных станциях, продолжительность суточного времени работы 18 ч.

На основе технических требований 1 -12 с использованием формул (7.3) - (7.11) можно определить объем железобетона для контактной железнодорожной и бесконтактной с ЭМП транспортных систем. Для транспорта с ЭМП пролетные строения эстакады легче в пределах 1,58-3,18 раза, а опоры - в среднем в 2,5 раза. Ниже приведены их размеры.

Высота опоры, м .

. 2

4

9

15

21

27

33

36

Длина пролета, м . Объем бетона:

• 8,7

12,8

15,8

18,0

22,9

26,9

33,5

33,5

опоры, м3 ...

. 4,65

6,08

7,42

21,8

31,2

37,2

49,5

53,0

балки, м3/м . . .

. 2,33

1,51

0,83

1,19

1,48

2,05

1,5

1,47

Переход к эстакадам для бесконтактного движения в [19] рекомендовано осуществлять в предположении пропорциональности объема железобетона в пролетных строениях и опорах отношению расчетных нагрузок сравниваемых видов транспорта. Поскольку такой подход не учитывает дополнительные сочетания расчетных нагрузок и выполнения из железобетона других

Транспорт

Показатели

скоростной железно

дорожный

с ЭМП

Капитальные вложения

на строительство

2084,0

3597,42

на подвижной состав

614,4

449,82

Затраты:

на тягу поездов

162,0

132,6

на содержание поездных бригад

3,0

1,56

Затраты на содержание и текущий ремонт до-

24,38

12,8

роги

Расходы на ремонт подвижного состава

7,17

14,67

Амортизационные отчисления

земляное полотно

5,96

0,25

верхнее строение пути

41,58

182,58

искусственные сооружения

6,42

-

железобетонные ограждения

1,04

-

сооружение устройств электроснабжения

9,9

14,3

подвижной состав

65,13

47,68

Годовые эксплуатационные затраты

857,56

416,22

Затраты на ЭМП и направление

--

9,76

конструктивных элементов пути, то при установлении конечных объемов эти факторы необходимо учитывать косвенно, например введением коэффициента /Су.к=1,25.

Для эстакады с /1т!п^2 м расход железобетона необходимо увеличить на 0,75 м3/м на двустороннее ограждение. Следовательно, в эстакадах обоих вариантов (}' составляет 2,5 м3/м.

Характеристики верхнего строения пути определяют при выборе систем и конструкции ЭМП и ЛТЭД [19, 22]. Для предварительной оценки можно исходить из его металлоемкости, равной 200-250 кг/м. В табл. 7.6 даны для сопоставления наиболее важные расчетные стоимости для трассы длиной 2000 км, полученные на основе пп. 7.1-7.3, для колесного железнодорожного и бесконтактного наземного транспорта.

Приведенные данные в табл. 7.6 следует рассматривать как частный случай, так как на изменение стоимости транспортной системы оказывают влияние многие факторы, обусловленные системами магнитного подвеса и ЛТЭП, ап, рельефными условиями трассы, Отах, назначением транспорта и т. д.

Из рис. 7.7 видно, что капитальные вложения на железнодорожный путь для движения с п=300 км/ч не только значительно выше, но и с усложнением рельефа местности трассы увеличиваются намного стремительнее, чем для эстакад транспорта с магнитным подвесом [92].

В технико-экономическом анализе систем ЛТЭП (см. гл. 4) уже была показана зависимость стоимости пути (в 1,52 раза) и подвижного состава (в 2,2 раза) от принятой системы ЛТЭП. В то же время данные, приведенные в табл. 7.7, показывают, что основным фактором влияющим на эффективность транспортной системы, является стоимость путевой структуры, в первую очередь эстакады. Влияние стоимости подвижного состава менее выражено. Значительно влияние также полезной нагрузки ап. Причем ее увеличение, несмотря на повышение стоимости подвижного состава, может привести к росту эффективности такого транспорта. Поэтому можно рекомендовать при проектно-конструкторских разработках в ряде случаев идти на увеличение ап, даже если это решение вызовет некоторое увеличение стоимости подвижного состава.

Неизбежно также изменение распределения капитальных вложений при товарном назначении транспорта. В табл. 7.8 приведены необходимые данные для наземного бесконтактного транспорта с ЭМП с годовой пропускной способностью 9 млн. пасс.-км и 8 млн. т-Км соответственно в пассажирском и товарном сообщениях при о = 400 км/ч [92].

Ежегодные эксплуатационные расходы зависят как от провозной способности, так и от скорости. В соответствии с этим можно получить возможность определить следующие показатели:

нижний предел провозной способности из условия сильного

Зависимость капитальных вложений на наземные транспортные системы от рельефа местности

Рис. 7.7. Зависимость капитальных вложений на наземные транспортные системы от рельефа местности:

1 -ЭМП, о»300 км/ч; 2 - то же, и- -400 км/ч; 3 - железная дорога,

-300 км/ч (затраты на 1 км); 0-1 - равнина; /-/1 - слабохолмистый; //- III - среднехолмистый; Ш-/V - снль* аохолилстый

Рнс. 7.8. Сравнительные приведенные затраты (/п = I руб) для транспорта различных типов:

I-3 - на основе ЭДП соответственно с а, равном 1,87; 2,5 н 3,5; 4 - на основе ЭМП с а, равном I; 5, 6 - для скоростного транспорта с а=1, сб-2; 7-9 - для самолетов с маршрутами соответственно 2000* 1000 и

500 км

7.7. Влияние различных факторов на удельные приведенные затраты транспортной системы с ЭМП при еп=1,0 руб/ч, ута1 = 400 км/ч

вари-

Показатели

Приведенные затраты, коп на 10 пасс.-км* при пассажиропотоке П, млн. пасс, в год

анта

20

40

60

і

ап и Сяс базовые; С’э=0,5Сэ

13,3

9,4

8,8

2

а„ н Спс базовые; Сэ=1,5Сэ

23,9

15,2

12,3

3

ССп - 2(2бу Сп.с = 2Сп,с,бї Сэ~Сэ,б

17,4

11.4

9,3

4

ССп3^ССбІ Сп.с===0«5Сп.с.б» Сэ = Сэ(5

17,8

11,7

9,7

5

ССп==Обї ?п.с==2С?п.с.б» (?э==?'э.б

19,0

13,0

10,9

6

а„=2«6; Сп.с=2С„.с.б; Сэ=0,6Сэ

12,0

9,4

7,5

* Базовые приведенные затраты соответственно равныкопна 10 пасс.-км.

18,6

12,5

10,5

роста удельных транспортных расходов (0,2 м/пасс.-км) практически независимо от скорости;

пределы эффективного использования наибольшей мощности поезда (например, для поезда Трансрапид-06 35 МВт) из условия допустимой провозной способности;

нижний предел скорости, допустимый возможностями обеспечений необходимой провозной способности при допустимых эксплуатационных расходах.

При анализе путей расширения сфер эффективного использования бесконтактного наземного транспорта с ЭДП требуется более обстоятельное рассмотрение влияния таких основных технико-экономических показателей, как затраты на строительство эстакады, стоимость подвижного состава, полезная нагрузка, на удельные приведенные расходы. Значительную долю в них пока что имеют капитальные вложения на постройку путевой структуры, что видно из данных табл. 7.9.

Вероятно, пераг.'ктивные индустриальные методы строительства позволят снизить стоимость такой эстакады. Затраты на

7.8. Данные о распределении капитальных вложений

Доля, %, для сообщения

Капитальные вложения на строительство

(изготовление)

пассажир ского

товарного

Эстакады

50,4

42,8

Активного пути, электроснабжения

27,5

42,9

Вокзалов

3,5

3,4

Товарных поездов

13,0

7,7

Пассажирских поездов (одного экипажа)

5,6

3,2

Показателя

ЭМП

ЭДП

Стоимость экипажа, тыс. руб. Удельные энергозатраты на тягу:

478

2380/2670

в кВт-ч/(т-км)

0,114

0,222/0,264

в кВт-ч/(пасс.-км)

0,061

0,118/0,141

Ходовое время в год, ч

5200

5200

Годовой пробег, млн км

1,7

1,7

Резерв парка подвижного состава, %

20

20

Оценка 1 пасс.-ч, руб.

0,6-1,0

0,6-1,0

Полезная нагрузка, пасс./т

1,88

1,88

Среднеходовая скорость, км/ч

360

360/450

Коэффициент развития линии

1,02

1,02

Стоимость эстакады при Н= 15 м, тыс. руб/км

1648,3

1950/2090

Доля эстакады по длине трассы при Н- = 15 м, %

96

96

Стоимость эстакады при //=25 м, тыс. руб/км

1935,3

2250/2350

Доля эстакады по длине трассы при Н= =25 м, %

4

4

Доля выемок по длине трассы, %

7

7

Стоимость земляных работ, тыс. руб/км

13,4

13,4

Стоимость отвода земли и ее подготовки для строительства, тыс. руб/км

8

8

Стоимость системы электроснабжения, тыс. руб/км

130

290/380

Годовые затраты по содержанию и текущему ремонту эстакад, тыс. руб/км

6,4

6,4

Общая стоимость путевой структуры, (двухпутная линия), тыс. руб/км

1900

2300/2500

Примечание. В числителе приведены данные для наибольшей скорости (400 км/ч), в знаменателе - для 500 км/ч.

ее постройку значительно влияют на эффективность всей такой транспортной системы [32].

Можно ожидать, что применение в будущем более совершенной технологии по изготовлению подвижного состава, дальнейшее освоение криогенной техники и использование новых материалов приведут к снижению массы подвижного состава при той же его пассажировместимости, т. е. его полезная нагрузка увеличится и приблизится к значению этого показателя для современных пассажирских самолетов (ап=2,5~3,5 без учета массы топлива). Влияние ап на эффективность транспортных систем на ЭМП и ЭДП показано на рис. 7.8.

Вероятно, применение новой технологии, новых материалов и проведение других мероприятий по снижению массы подвижного состава могут привести к росту его стоимости. Однако даже при увеличении стоимости подвижного состава вдвое, но при таком же повышении а„ приведенные затраты снижаются на 8-15%.

Целесообразность транспорта на ЭДП может быть обоснована также более дешевым содержанием и эксплуатацией его путевой структуры. Это объясняется значительным воздушным зазором между экипажем и путевой структуоой.

При определении экономической целесообразности создания конкретного варианта наземного бесконтактного транспорта с магнитным подвесом необходимы - технико-экономические исследования, выполненные в сравнении [56, 66, 87] со скоростным железнодорожным транспортом на маршрутах междугородных пассажироперевозок протяженностью 640, 1500 и

2000 км; с воздушным транспортом на маршрутах междугородных пассажироперевозок протяженностью 500, 1000 и 2000 км; с автомобильным и скоростным железнодорожным транспортом на маршрутах пассажироперевозок пригородного сообщения, город- аэропорт.

Все эти варианты должны быть рассмотрены с учетом оценки времени нахождения пассажиров в пути, а стоимость пасс.-ч обоснована и принята для конкретных перспективных условий. В частности, она принята равной 60 коп/ч и 1 руб/ч [56, 66, 87]. Одновременно выбраны: полезная нагрузка на 1 т массы поезда брутто принята целесообразной для скоростного железнодорожного транспорта 1 и 2 пассажира, а для транспорта с ЭМП-1,88; критерий оценки годового экономического эффекта- разность приведенных затрат по вариантам.

При расчете приведенных затрат эксплуатационные и строительные затраты следует определять по существующим нормативам с учетом поправочных коэффициентов на перспективу: по варианту скоростного железнодорожного транспорта - на уровне скоростного электропоезда ЭР-200; для воздушного транспорта для более длинных направлений - самолетов Ил-86 и Ту-154М; для сравнительно коротких - самолета Ял-42; автотранспорта на линиях город - аэропорт - автобус вместимостью 100 чел. с учетом дорожной составляющей в размере 18% капитальных затрат на строительство авторемонтных предприятий, пассажирских автостанций и автомобильных дорог, достигающие 24 тыс. руб. на один списочный автобус стоимостью 40 тыс. руб. Кроме того общая норма расходов на 10 маши-но-км пробега такого автобуса при V = 100 км/ч составляет 3,25 руб., включая и заработную плату 0,24 руб., а стоимость топлива 0,27 руб.

При расчете эффективности по сравнению с воздушным транспортом необходимо учитывать полное время нахождения пассажира в дороге (от двери до двери), а также необходимые капитальные вложения на реконструкцию аэропортов.

Эффективность работы бесконтактного транспорта на ЭМП для сообщения город-аэропорт следует определять так же, как и в междугородном сообщении, с учетом того, что движе-

\

7.10. Сравнительные данные экономической целесообразности применения бесконтактного наземного транспорта с магнитным подвесом

Приведенные

затраты, коп на 10 пасс.-км,

Номер

Виды

При

пассажиропотоках, млн

пасс, в

год

срав-

транс-

Показатели

иений

порта

5

10

20

30

40

50

1

Воздуш ный

5 = 500 км,

25,0

24,5

23,5

23,0

22,5

22,0

е„ -0,6 руб. 5 = 500 км,

27,5

27,0

25,5

25,5

24,5

24,0

е„=1,0 руб. 5 = 1000 км, <?п=0,6 руб.

17,0

16,5

15,0

14,5

14,0

13,5

5 = 1000 км,

19,5

18,0

16,5

16,0

15,5

15,2

е„=1,0 руб. 5 = 2000 км, е„=0,6 руб.

14,0

13,0

11,5

10,5

10,3

10,1

5=2000 км, е„= 1,0 руб.

15,0

14,0

12,5

11,5

11,3

11,1

1

Колес-

?п = 0,6 руб.,

22,5

15,2

11,5

9,5

8,5

8,3

ный

а„= 1

Электро-

<?п = 0,6 руб..

21,0

14,0

9,5

8,0

7,5

7,0

поезд с

ап~2

в = 200

?п=1,0 руб.,

30,0 ,

18,0

13,0

11,5

10,5

10,3

км/ч

а„= 1

еп=1,0 руб., а„ = 2

27

16,5

11,5

10,0

9,7

9,7

1

Бескон-

<?г, = 0,6 руб.,

31,0

20,0

12,0

9,5

8,2

7,5

тактный

а„= 1

с ЭМП

<?п=1,0 руб.,

30,0

20,0

13,0

10,5

9,6

9,0

а„- 1

1

Бескон-

?„=0,6 руб.,

40,0

35,0

23,0

19,5

17,0

15,2

тактный

а„= 1,87

с ЭДП

е„ = 1,0 руб.,

-

39,5

25,5

20,0

17,0

15,5

а„= 1,88 е„ = 1,0 руб., Пп - 2,5

-

37,5

23,0

17,0

15,0

12,5

е„~1,0 руб., С1п'- 3,5

--

36,0

20,0

15,0

12,0

10,5

2

Желез-

НО ДО'

в = 200 км/ч

25,0

16,0

12,0

10,5

9,8

9,5

рожный

Автобус

в=60 км/ч

20,0

18,5

17,5

17,2

17,0

16,8

Бесконтактный с ЭМП

в = 320 км/ч

32,0

20,0

13,0

10,5

9,5

9,2

7.11. Годовой и народнохозяйственный экономический эффект от замены бесконтактным наземным транспортом других видов транспорта

Показатели

Автобус

Скоростной железнодорожный транспорт

Самолеты

Пригородное сообщение

Междугородное сообщение

Пср, млн пасс/год

38,8

38,8

32,65

32,65

Эг, млн руб.

Кб

0,3 .

90,00

110,00

Энх, млн руб.

97,33

2,0

600,00

733,33 '

ние-без остановки и все пассажиры - в креслах; минимальный маршрутный интервал для автобуса-1 мин, бесконтактного с ЭМП- 6 мин; эксплуатационная скорость для них - соответственно 60 и 320 км/ч.

Приведенные удельные затраты характеризуются данными табл. 7.10 применительно к междугородному сообщению (сравнение 1) и для сообщения город-аэропорт (сравнение 2) [32, 66, 87]. По этим данным можно построить зависимости затрат от пассажиропотоков, подобно показанным на рис. 7.8, и по формулам (7.12) и (7.13) определить годовой экономический и народнохозяйственный экономический эффект от внедрения бесконтактных наземных транспортных систем с ЭМП (табл. 7.11 и табл. 7.12). Их внедрение на маршрутах пригородного сообщения ожидается в начале 90-х годов, на междугородных - 2000 г. Однако в каждой стране это будет определяться конкретными причинами, условиями и возможностями.

Из данных табл. 7.11 видно, что ожидаемый годовой и народнохозяйственный экономический эффект от внедрения такого транспорта на маршрутах пригородного сообщения составит

7.12. Данные экономической оценки видов городского транспорта в конце 70-х годов

Показатели

Транспортная система на магнитном подвесе

Скоростной трамвай

Метрополи тен

Скорость сообщения, км/ч

60

25

40

Провозная способность, тыс. пасс/ч

25

15

40

Капитальные вложения, млн. руб/км

4-5

1,7-4

8-14

Эксплуатационные расходы за 1 год, млн руб/км

0,47

0,27-0,33

0,52-0,59

Годовые приведенные затраты, млн руб/км

0,95-1,07

0,47-0,81

1,6-2,3

Удельные приведенные годовые затраты, коп/(пасс.-км)

1,04-1,17

0,86-1,48

1,12-1,58

соответственно 14,6 и 97,33 млн руб., а на маршрутах междугородных пассажироперевозок - 90 и 600 млн руб. При меньшей плотности пассажиропотока его применение неэффективно.

Из анализа результатов технико-экономических исследований следует:

1. Создание и применение транспорта с магнитным подвесом для пассажирских перевозок при сравнении с воздушным, скоростным железнодорожным и автомобильным транспортом экономически целесообразно.

2. С увеличением плотности пассажиропотоков эффекты Эг и Знх от его внедрения во всех рассматриваемых параметрах возрастают.

3. С увеличением расстояний перевозок Эг и Эпх для бесконтактного наземного транспорта с ЭМП по сравнению с авиацией уменьшаются из-за сокращения удельной значимости вспомогательного времени на переезды в аэропорт и обратно. В этом случае стоимость 1 пасс.-ч его на сферу эффективного применения существенного влияния не оказывает.

Представляемая панорама применения транспорта с БЭПС на основе МП и ЛТЭД

Рис. 7.9. Представляемая панорама применения транспорта с БЭПС на основе МП и ЛТЭД

4. Эффекты Зг и Знх при замене рассматриваемым транспортом скоростного железнодорожного транспорта возрастают с ростом расстояний пассажиропотоков.

5. На небольших расстояниях пригородного сообщения город- аэропорт из всех рассматриваемых видов транспорта применение транспорта с ЭМП наиболее эффективно при замене автомобильного транспорта.

6. Из традиционных видов транспорта наиболее конкурентоспособным по сравнению с транспортом на ЭМП для расстояний перевозок до 2000 км является скоростной железнодорожный транспорт.

Результаты, достигнутые благодаря усилиям специалистов ряда стран (Германии и Японии) [9, 69, 92], показывают реальность и экономическую оправданность создания и освоения бесконтактного наземного транспорта с магнитным подвесом (рис, 7.9). Благодаря его преимуществам появились значительные проекты таких транспортных систем. В США, например, поставлена задача разработки проектов бесконтактного наземного транспорта с ЭМП для направлений Лос-Анджелес - Лас-Вегас (Б = 370 км, П= 4,8 млн пасс, в 1 год, капитальные вложения 1965 млн долл. США или 4,46 млн долл. США на 1 км однопутной линии), а также между Лос-Анджелесом и Сан-Диего с ответвлением к международному аэропорту г. Лос-Анджелес [85] (В=230 км, капитальные вложения 3,1 млрд долл. США).

Применение бесконтактного наземного транспорта с магнитными подвесами для городского, пригородного пассажирского транспорта и транспорта курортных зон может быть экономически эффективнее скоростного трамвая и метрополитена уже при освоении потоков 20-30 тыс. пасс/ч (табл. 7.12).

По сравнению со скоростным трамваем транспортная система на магнитных подвесах имеет ряд преимуществ: высокая скорость сообщения, бесшумность, не нарушаются другие транспортные коммуникации города. Вопрос о применении новой транспортной системы может рассматриваться для крупных городов и промышленных центров с населением около 1 млн. жителей, имеющих большую протяженность. В курортных зонах ее эффективность может быть обеспечена как за счет большого пассажиропотока, так и в связи с тем, что оценка времени пассажиром во время отпуска увеличивается, повышаются также требования пассажиров к комфортабельности поездки.

Эффективность применения бесконтактного движения в транспортных целях будет увеличиваться по сравнению с видами транспорта, потребляющими жидкое топливо из-за тенденции опережающего роста цен на этот вид топлива. Сопостав ление капитальных вложении и затрат скоростных железных дорог и бесконтактного наземного транспорта с магнитным подвесом и ЛТЭД остается важнейшим вопросом, требующим серьезного изучения и анализа разработчиками как за рубежом, так и в нашей стране. По данным Германии, инвестиционные расходы на сооружение 1 км двухпутного участка с ЭМП и с обмоткой статора ЛАТЭД, уложенной в путь, оцениваются в пределах 10--12 млн марок а вагона (экипажа) -4-6 млн марок. Стоимость проезда одного пассажира - 0,12-0,2 марки на 1 км пути, потребление энергии -80 Вт на 1 пасс.-км.

Методические основы технико-экономической оценки бесконтактного наземного транспорта с магнитным подвесом | Транспорт с магнитным подвесом | Список литературы