Вестник МГТУ, 2023, Т. 26, № 4.

Вестник МГТУ. 2023. Т. 26, № 4. С. 374-383. DOI: https://doi.org/10.21443/1560-9278-2023-26-4-374-383 Введение Затраты электротранспортного предприятия на оплату закупаемой у энергопоставщиков электроэнергии могут составлять до 30 % от всех расходов (Мукин, 2019). Уменьшение доли оплаты энергии является одним из важнейших направлений деятельности по улучшению экономического положения горэлектротранспорта (ГЭТ). Снижение удельного энергопотребления подвижного состава (ПС), а также наземных стационарных инженерных систем (электрооборудования тяговых подстанций, контактной сети, остановочных павильонов, депо, диспетчерских и т. д.) способствует достижению этой цели за счет повышения энергоэффективности штатного электрооборудования. Результативным способом снижения оплачиваемого энергопотребления при заданном объеме транспортной работы является более полное задействование на повторное использование энергии рекуперативного торможения поездов. Ключевым средством при решении данной проблемы выступают накопители энергии (НЭ). В ходе исследования рассмотрен баланс энергопотребления в системе тягового энергоснабжения подвижного состава горэлектротранспорта с рекуперацией энергии линейного движения при работе бортовых и стационарных накопителей. Теоретические и экспериментальные основы исследования В настоящем исследовании в качестве эмпирической базы для изучения эффективности способов повторного использования рекуперативной энергии на выполнение полезной транспортной работы использовались данные мониторинга работы трамвайных систем в гг. Санкт-Петербурге, Коломне, Челябинске, а также троллейбусной системы в г. Сухуми. Кроме того, нами использовались открытые данные исследований систем тягового энергоснабжения коллег в троллейбусных системах гг. Новосибирска и Гдыня (Польша) и бортовых накопителей в трамваях г. Санкт-Петербурга. В качестве теоретической базы исследования применены основы составления энергетического баланса в системах тягового энергоснабжения постоянного тока. Математический аппарат включал методы математической статистики. Экспериментальная часть исследования заключалась в проведении длительной эксплуатации стационарного буферного накопителя энергии для ГЭТ маховикового типа НКЭ-3Г в 2020-2022 гг. в трамвайных системах гг. Коломны и Санкт-Петербурга. Результаты и обсуждение Источники энергии и потребляющее оборудование в системе тягового энергоснабжения Первичным источником энергии в ГЭТ является тяговая подстанция (ТП). В перечень потребителей энергии от контактной сети (КС) входят системы тяги подвижного состава (тяговые электродвигатели и частотные приводы), а также нетяговое оборудование вагонов (освещение; отопление; компрессоры; вспомогательные электродвигатели; система управления; информирования и т. д.) и стационарной инфраструктуры (системы обогрева стрелок; освещение путей и остановочных павильонов; сигнализация и информационные системы и т. п.). В вагонах с реостатно-контакторной системой тяги (РКСУ) предусмотрена возможность рекуперативного торможения, когда механическая энергия линейного замедления вагона превращается в электрическую в тяговых двигателях. Однако данные вагоны не имеют возможности выдавать эту энергию в контактную сеть для передачи ее другим вагонам, потребляющим в это время энергию из сети, а направляют ее на свои бортовые тормозные резисторы, где она рассеивается теплом в атмосферу. Внедрение на подвижном составе частотных приводов, управляющих тяговыми двигателями, обеспечило снижение энергопотребления за счет более плавного регулирования хода, а также уменьшения пусковых токов при разгоне. Транзисторные частотные приводы обеспечивают требуемые контактной сетью параметры энергии рекуперации, которая образуется при электродинамическом торможении вагонов. Выдача энергии в КС возможна только при одновременном с торможением данного поезда наличии других вагонов, потребляющих энергию с суммарной мощностью потребляющего оборудования, равной или большей, чем мощность рекуперирующих двигателей. Рекуперирующие приводы вагонов, выдающие полезную часть энергии рекуперации в КС, являются вторичными (производными от первичных) источниками энергии. Благодаря тяговым частотным приводам современная КС располагает двумя источниками энергии: ТП и рекуперирующими вагонами. В КС имеются два типа нагрузки - тяговая и нетяговая. Эти пары источников и нагрузки обеспечивают баланс энергии в системе тягового энергоснабжения (СТЭ) как в каждое мгновение, так и за выделенный период (например, за сутки, месяц, год). Энергия рекуперации при одновременном наличии в КС потребителя приблизительно равной мощности направляется в сеть с выхода частного преобразователя и поступает на потребляющее оборудование (тяговое и нетяговое). В процессе перетекания энергии рекуперации по контактной сети [т. н. межпоездной обмен полезной рекуперацией (МПО)] в этот контур перетока энергия от тяговой подстанции не попадает, так как напряжение в этой зоне выше, чем формируемое в ней напряжение от ТП. Таким образом, энергия полезной рекуперации замещает потребление энергии от первичного оплачиваемого энергоисточника, снижая объемы финансовых затрат транспортного предприятия на энергоресурсы для выполнения транспортной работы (в тяговой и нетяговой ее частях). Та часть энергии рекуперации, которая при отсутствии в КС энергопотребителя достаточной для ее потребления мощности рассеивается на бортовых тормозных 375