Энергетическая эффективность электровоза двойного питания

Эффективное использование топливно-энергетических ресурсов – это одна из важнейших задач, стоящих перед экономикой России. Федеральный закон «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» и Энергетическая стратегия России на период до 2030 г. определяют энергетическую эффективность экономики, как один из главных стратегических ориентиров долгосрочной государственной энергетической политики.
Заметным потребителем энергоресурсов в стране является железнодорожный транспорт и, прежде всего, тяговый подвижной состав. Более 4% вырабатываемой в России электроэнергии и более 10% дизельного топлива расходуется локомотивным хозяйством ОАО «РЖД». 
Стратегической задачей транспорта на ближайшую перспективу является вывод его на лидирующие позиции по экономической эффективности, качеству услуг и экологической безопасности при транспортировке грузов и перевозке пассажиров.
На тягу поездов в локомотивном комплексе приходится основная доля затрат топливно-энергетических ресурсов (86% от общего объема потребления электроэнергии и 90% - дизельного топлива). На электрической тяге в настоящее время осуществляется 85 % общего объёма перевозок на железнодорожном транспорте.
Исходя из этого, основной ресурс экономии ТЭР в локомотивном хозяйстве ОАО «РЖД» находится в сфере перевозочного процесса и заключается, прежде всего, в рациональном энергоэкономном использовании подвижного состава.
В настоящее время процесс повышения энергетической экономичности достигается путем создания экономичного ТПС: разработки ТПС нового поколения с применением микропроцессорных систем управления движения поезда, автоматизированной системы ведения поезда, что позволяет осуществлять ведение поездов повышенного веса при снижении удельных энергозатрат на перевозки, и сделать режим ведения энергооптимальным.
Особого внимания на сегодняшний день заслуживает ЭП20: инновационный двусистемный пассажирский электровоз, ‑ он представляет собой головной проект масштабной программы разработки широкого ряда российских электровозов нового поколения с асинхронным тяговым приводом. На его основе разрабатывается широкая линейка пассажирских и грузовых электровозов различной составности, рода тока и мощности.
Введение в эксплуатацию новых локомотивов не всегда энергетически эффективно, несмотря на новые технологические решения снижения расхода энергетических ресурсов. В последние годы рядом специалистов активно продвигается идея о необходимости массового внедрения ТПС с асинхронным тяговыми машинами, при этом без необходимых доказательств утверждается, что ТПС с АТМ имеет огромное преимущество перед ТПС с коллекторными тяговыми машинами. Наибольшее сомнение вызывает тезис о возможности резкого снижения расхода электроэнергии при разработке новых серий локомотивов с АТМ. Поэтому необходим углубленный анализ энергетических показателей ТПС с АТМ, что определяет актуальность работы.
Цель магистерской диссертации - проведение анализа результатов эксплуатации пассажирского электровоза  двойного питания ЭП20 по отношению к электровозам, эксплуатирующимся на аналогичных полигонах обращения, и дать заключение о уровне его энергетической эффективности.
Объект исследования:  пассажирский электровоз ЭП20.
Предмет исследования: основные показатели энергетической эффективности и факторы, влияющие на них.
В соответствии с целью определены задачи диссертации:
1. Оценка факторов, влияющих на расход электрической энергии на тягу поездов;
2. Проведение теоретического анализа показателей энергетической эффективности как для всего электровозного парка в целом, так и для отдельных полигонов обращения;
3. Выявление основных недостатков электровозов ЭП20, оказывающих влияние на энергоэкономичность локомотива;
4. Определение причин возникновения этих недостатков;
5. Разработка рекомендации для будущих разработок российских электровозов.
Для достижения поставленных задач и проверки полученных заключений были использованы следующие методы: метод экспертных оценок, методы количественной (статистический анализ) и качественной обработки материала.
Факторы, влияющие на расход электрической энергии в перевозочном процессе оценивались на основе накопленного локомотивным хозяйством опыта вождения поездов за последние десятилетия. Анализировались данные, предоставляемые локомотивными бригадами и топливно-энергетическими центрами, результаты эксплуатационных и тяговых испытания на полигонах обращения. Проводился расчет необходимых параметров по правилам тяговых расчетов для поездной работы.
Достоверность результатов исследования обеспечивалась теоретической обоснованностью его исходных позиций, применением комплекса исследовательских методов, адекватных объекту, предмету, целям и задачам исследования, использованием статистических методов обработки полученных данных в сочетании с качественным анализом результатов.
Несмотря на то, что пока не разработана методическая база, издан ряд научных трудов, многие из которых достаточно обобщенно описывают проблему энергосбережения на подвижном составе:
- «Энергосбережение на железнодорожном транспорте» под редакцией старшего вице-президента ОАО «РЖД» В.А. Гапановича, М.: «Транспорт», 2014 г.;
- «Экономия электроэнергии на электроподвижном составе» под редакцией П.В. Цукало, М.: «Транспорт», 1983 г.
Возможность ошибок в выборе перспективного типа локомотива и его энергоэффективности была рассмотрена впервые более 30 лет назад в научных трудах Тулупова В.Д.. В настоящее время над вопросами энергосбережения на ТПС работают многие аспиранты и профессора Омского государственного университета путей и сообщения. Особого внимания заслуживают такие научные труды, как «Факторы, влияющие на расход электрической энергии на тягу поездов» и «Повышение эффективности системы анализа и нормирования энергопотребления на тягу поездов».
По результатам изучения вышеизложенных трудов, а также Правил тяговых расчетов для поездной работы, Методики расчета надежности локомотива и Методики определения показателя энергоэффективности локомотива для оценки качества ремонта сделан вывод, что равновесие между ранее упомянутыми критериями определяется путем оценки показателей энергетической эффективности и надежности локомотива в целом.
Научная новизна этой диссертации заключается в том, что ранее работы по анализу энергетической эффективности в локомотивном комплексе на локомотивах новых серий не проводились, и действующих документов по определению энергетической эффективности локомотива в целом нет, что является необходимым при разработке нового ТПС, для исключения ошибок допущенных ранее.
Теоретическая значимость. Результаты исследования дополняют имеющиеся требования по энергетической эффективности вновь разрабатываемого ТСП. Закладывается база для разработки методик по оценке энергетической эффективности электровозов двойного питания.
Практическая значимость исследования состоит в том, что предлагаемые рекомендации по разработке нового ТПС на основе опыта эксплуатации электровозов ЭП20 позволят повысить рациональность использования ТПС и снизить эксплуатационные расходы локомотивного хозяйства ОАО «РЖД»