Вестник МГТУ, 2023, Т. 26, № 4.

Кацай А. В. Дополнительный расход и экономия оплачиваемой энергии. объем рекуперации составляет порядка 40-60 % от потребленной на тягу энергии (Шаряков и др., 2018; Hamacek et al., 2014). Например, при удельном энергопотреблении на тягу вагона в 2 кВт-ч на 1 км, если он за сутки проходит путь в 200 км, его полная энергия, затраченная на тягу, составит £ тяги = 400 кВт-ч, а нетяговые затраты системы будут равны £ нетяги = 0,5968£тяги; при этом полный объем энергии рекуперации тягового привода составит £ рек. полезн + £ рек. изб = 0,5£тяги = 200 кВт-ч. При этом действительный КПД силового контура БН (^бн) за полный цикл работы равен в среднем 64 % (Чернигов, 2021; Кацай и др., 2022а), т. е. омические потери энергии рекуперации в силовом контуре БН превышают омические потери полезной рекуперации в КС более чем в пять раз. В текущем примере от накопителя на клеммы тягового привода вернется всего 128 кВт-ч от принятых в ходе рекуперативного торможения 200 кВт-ч. С учетом действительного КПД накопительных агрегатов уравнение баланса (1) для случая применения БН приобретает вид '^ гп Пккс + (^рек. полезн+ ^рек. изб)^бн -^гяги + ^нетяги, ( 2 ) где штрихи перед показателями означают, что изменились потоки энергии от источников и к нагрузке в сравнении с системами ГЭТ без накопителей энергии. Здесь необходимо учитывать следующие особенности, отличающие условия работы вагонов с БН от условий работы этих же вагонов, но без бортовых накопителей: 1) П ккс = 0,93; 2) ^бн = 0,64; 3) '£тяги= 1,07 '£тяги [расход на тягу в сравнении с таковым в системе без накопителей вырастет на 7 % за счет увеличения массы тары вагона на вес накопительного устройства и его оснастки (Кацай и др., 2023а)] ; 4) 'Ee™ = 0,8587 £ тяги [в системах с бортовыми накопителями нетяговое энергопотребление увеличивается в сравнении с таковым у систем без накопителей энергии за счет собственных нужд бортового накопителя: вентиляция; система управления; компенсация просадок напряжения накопительных элементов (Кацай и др., 2023а)]. Помимо омических потерь бортовые накопители вызывают дополнительное потребление оплачиваемой энергии от тяговой подстанции: - на тягу вагона, так как из-за размещения многотонного накопителя на борту масса тары вагона увеличивается и, соответственно, увеличиваются затраты энергии на тягу. Для вагона массой тары 20 т размещение БН массой 2 т означает дополнительное увеличение энергозатрат на тягу на 10 %. В день на указанные цели дополнительно затрачивается (при стандартном пути вагона в сутки, равном 200 км) до 40-50 кВт-ч. Поскольку данная энергия поступает из КС, то необходимо учесть еще и 7 % омических потерь в КС, которые произошли при транспортировке этой энергии, т. е. еще на более чем 3 кВт-ч; - нужды нетягового характера по удовлетворению собственных нужд БН (системы управления, вентиляции). Мощность потребления этих систем незначительна (порядка 3 кВт), однако она потребляется из сети в течение всего времени работы вагона на линии (порядка 18 ч в сутки). За сутки на данные цели может расходоваться около 50 кВт-ч. Поскольку указанная энергия поступает из КС, то необходимо учесть еще и 7 % омических потерь в КС, которые произошли при транспортировке этой энергии, т. е. еще порядка 3 кВт-ч; - новый для ПС вид энергопотребления - поддержание и восполнение заряда суперконденсаторов в периоды конечной фазы разгона и выбега вагона (т. е. после того как накопитель выдал весь рабочий запас энергии при разгоне, происходит потребление накопителем из КС, чтобы поддержать заряд суперконденсатора на технологически минимально допустимом уровне). За сутки работы (18 ч) у вагона может быть до 500-600 циклов, моментом которых является выбег. По предварительным оценкам разработчиков бортовых накопителей, мощность восполнения заряда БН из КС составляет до 35 кВт, а продолжительность каждого восполнения - десятки секунд. За сутки на эти цели вагоном из КС может потребляться до 50 кВт-ч электроэнергии. Поскольку данная энергия поступает из КС, то необходимо учесть еще и 7 % омических потерь в КС, которые произошли при транспортировке этой энергии, т. е. дополнительно еще более 3 кВт-ч. Суммарно дополнительное потребление оплачиваемой сетевой энергии на входе в токосъемник вагона при использовании бортовых накопителей составит за рассматриваемый день более 190 кВт-ч, тогда как возврат им рекуперированной энергии на тягу - только 128 кВт-ч. С учетом омических потерь энергии в самом накопителе суммарно потери энергии и дополнительное энергопотребление бортового накопителя практически равны полному объему энергии рекуперации, выданной тяговым приводом вагона на накопитель (200 кВт-ч). Отрицательный баланс энергии на токосъемнике вагона с бортовым накопителем составляет 62 кВт-ч в день. Если бы на вагон не установили бортовой накопитель, то он мог бы выдавать в КС полезную энергию рекуперации в объеме 110,8 кВт-ч. Таким образом, применение бортового накопителя снижает энергоэффективность вагона до того уровня, когда отсутствует повторное использование энергии рекуперации (т. е. при деградации технологии тяги с заменой частотного привода ТрСУ обратно на систему РКСУ). С работой БН оплачиваемое энергопотребление от тяговой подстанции '£ТП увеличивается на 23,36 % в сравнении с системой, где отсутствуют бортовые накопители (Кацай и др., 2023а). Применение БН приводит к росту затрат транспортного предприятия за счет увеличения оплачиваемого энергопотребления от ТП. 378