Investigation of factors and evaluation of the level of their influence on the indicate of specific electricity consumption of rolling stock
DOI:
https://doi.org/10.33216/1998-7927-2021-268-4-118-127Keywords:
traction engine, electric rolling stock, efficiency factor, metro, specific electric energy consumption for traction mode, traction driveAbstract
The article deals with the scientific research aimed at reducing energy consumption during the operation of electric rolling stock. The main areas of focus concerning energy savings in the electric rolling stock are determined. It is found out that one of the urgent issues is to reduce operating costs and the life cycle cost of the electric rolling stock by increasing its energy efficiency. The purpose of the paper is to analyze the available factors and study the intensity of their effect on the value of the electricity specific consumption at the stage of development and manufacture of innovative electric rolling stock using an application-specific simulation model. The main factors influencing the value of the specific electricity consumption of the rolling stock traction are identified. The level of influence of each factor on the value of specific electricity consumption for the metro rolling stock is estimated based on the results of modeling its traffic dynamics and energy processes using specific licensed software. Relying on the calculations analysis it is established that under the given conditions the efficiency of the traction drive has the highest influence on value of specific consumption of the electric power by a rolling stock. It is determined that such characteristics and indicators as traction and braking force, mass, running resistance to motion, rotational inertia coefficient of the rolling stock have a much lower influence on the value of specific electricity consumption in comparison with the characteristic of the efficiency of the traction drive (among above-mentioned characteristics (indicators) the characteristics of the resistance to motion exercise the maximum influence on the specific consumption). The calculations of possible energy savings for the given conditions due to the operation of the metro rolling stock with the efficient characteristics of the traction drive are performed. It is established that the commissioning of metro rolling stock with improved traction drive characteristics will save up to 22.7% of electrical energy by reducing the operating transportation costs and by increasing the energy efficiency of its rolling stock. The payback period of the traction drive with improved characteristics for the given operating conditions of the metro rolling stock is determined.
References
1. Шевлюгин М.В., Желтов К.С. Снижение расхода электроэнергии на движение поездов в Московском метрополитене при использовании емкостных накопителей энергии. НТТ – Наука и техника транспорта. 2008. Вып. № 1. С. 15–20.
2. Yatsko S., Sidorenko A., Vashchenko Ya., Lyubarskyi B., Yeritsyan B. Method to improve the efficiency of the traction rolling stock with onboard energy storage. International journal of renewable energy research. Vol. 9. No. 2. P. 848–858.
3. Донченко А.В., Сулим А.О., Сіора О.С., Мельник О.О., Федоров В.В. Аналіз питань енергозбереження та енергоефективності під час експлуатації рухомого складу метрополітену. Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпр. нац. ун-ту залізничного трансп. 2016. № 3(63). С. 108–119. DOI: https://doi.org/ 10.15802/stp2016 /74732.
4. Устенко О.В., Пасько О.В. Тенденции развития тяговых двигателей подвижного состава. Електротехніка і електромеханіка. 2013. № 1. С. 65-68.
5. Титова Т.С., Евстафьев А.М., Изварин М.Ю. Сычугов А.Н. Перспективы развития тягового подвижного состава. Часть 1. Транспорт Российской Федерации. 2018. № 6 (79). С. 40-44.
6. Хворост М.В., Шпіка М.І., Бесараб А.І. Тяговий асинхронний електропривод для міського електротранспорту. Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. 2012. № 3. С. 7-10.
7. Воронов Р.В. Дослідження тягової електромеханічної системи з двома синхронними двигунами з постійними магнітами, що живляться від одного інвертора. Електромеханічні і енергозберігаючі системи. 2020. № 1 (49). С. 8-19. DOI: https://doi.org/10.30929/2072-2052.2020.1.49.8-19.
8. Саблін О.І. Дослідження ефективності процесу рекуперації електроенергії в умовах метрополітену. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2014. Вип. 8 (72) /том 6/. С. 9–13. DOI: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2014.30483.
9. Костин Н.А., Никитенко А.В. Автономность рекуперативного торможения – основа надежной энергоэффективной рекуперации на электроподвижном составе постоянного тока. Залізничний транспорт України. 2014. № 3. С. 15–23.
10. Sulym А., Lomonos A., Bialobrzheskyi O., Safronov O., Khozia P. Analysis of technical solutions for the implementation of on-board energy storage on the electric stock. Naukovyi Visnyk Natsionalnogo Hirnychogo Universytetu. 2020. № 3. P. 59-66. DOI: https://doi.org/10.33271/ nvngu/20203/059.
11. Petrenko O., Liubarskiy B., Pliugin V. Determination of railway rolling stock optimal movement modes. Електротехніка і електромеханіка. 2017. № 6. Р. 27-31. DOI: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2017.6.04.
12. Баранов Л.А., Ерофеев Е.В., Мелешин И.С., Чинь Л.М. Оптимизация управления движением поездов / под ред. доктора технических наук Л.А. Баранова. – М.: МИИТ, 2011. – 164 с.
13. Кислий Д. М. Визначення енергозаощаджуючих режимів ведення поїздів // Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпр. нац. ун-ту залізничного трансп. 2016. № 1(61). С. 71–84. DOI: https://doi.org/10.15802/ stp2016/60983.
14. Khodaparastan M., Ahmad A. Mohamed, Brandauer W. Recuperation of regenerative braking energy in electric rail transit systems. IEEE Transaction on Intelligent Transportation Systems. 2019. Vol. 20, Issue 8, P. 2831–2847. DOI: https://doi.org/10.1109/TITS.2018.2886809.
15. Wieczorek M., Lewandowski M. Zasobnik energii umożliwiający przejazd tramwaju przez skrzyżowanie bez użycia sieci trakcyjnej. TTS Technika Transportu szynowego. 2018. № 10. P. 39–43.
16. Hetman H.K., Marikutsa S.L. Selection of rational parameters of the nominal mode electric trains with asynchronous traction drive. Science and Transport Progress. Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport. 2017. Issue 3 (69). P. 56–65. DOI: https://doi.org/10.15802/ stp2017/104767.
17. Шевлюгин М.В., Жуматова А.А. Возможность использования возобновляемых источников энергии в системе тягового электроснабжения железных дорог. НТТ – Наука и техника транспорта. 2008. Вып. № 4. С. 25–28.
18. Сокол Е.И., Жемеров Г.Г., Тугай Д.В. Силовая электроника и концепция энергетики «SMART GRID». Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. 2013. Спец. выпуск т.1, № 8 (114). С. 7–16.
19. Гольденберг В. Возобновляемая энергия на железнодорожном транспорте. Мир транспорта. 2017. Том 15. № 1. С. 64–74.
20. Розенфельд, В.Е. Теория электрической тяги / В.Е. Розенфельд, И.П. Исаев, Н.Н. Сидоров, М.И. Озеров : Под ред. И.П. Исаева. М.: Транспорт, 1995. 294 с.
21. Слепцов М.А. Основы электрического транспорта: учебник для студ. высш. учеб. заведений / М.А. Слепцов, Г.П. Долаберидзе, А.В. Прокопович и др. М.: Издательский центр «Академия». 2006. 464 с.
22. М 6.5.00684 Електрорухомий склад. Методика тягово-енергетичних випробувань. Кременчук, ДП "УкрНДІВ". 2016. 27 с.
23. Байрыева Л.С. Теория электрической тяги. Методическое пособие / Л.С. Байрыева, А.В. Прокопович. – М.: Издательство МЭИ, 2004. – 40 с.
24. Sulym A. Development of a comprehensive approach to determining the rational parameters of an onboard capacitive energy accumulator for a subway train / A. Sulym, O. Fomin, P. Khozia, O. Palant, V. Stamatin // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. – 2019. – Issue 3 (102). – P. 28–38. DOI: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.183304
