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 М_э = 40 т.

4. ЛТЭП с ОЛАТЭД и /ч, обеспечивающей на площадке разгон до 300 км/ч с а = I м/с², а до у_тах- 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; й_т]_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.

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

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

Для эстакады с /1_т!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, а_п, 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 а_п. 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 а_п, 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

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 е_п=1,0 руб/ч, у_та1 = 400 км/ч

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

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 (а_п=2,5~3,5 без учета массы топлива). Влияние а_п 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

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

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

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 Э_г и Знх от его внедрения во всех рассматриваемых параметрах возрастают.

3. С увеличением расстояний перевозок Э_г и Э_пх 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.

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

4. Эффекты З_г и З_нх 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.