Актуальность создания карьерных локомотивов с накопителями энергии

В.И. Белозеров, к.т.н., ООО «Экопроекткарьер»

В.П. Степаненко, к.т.н. доц., НИТУ МИСиС

Наиболее энергоэффективными и экологически чистыми являются транспортные машины с питанием от электрической сети. При отсутствии оной применяются машины, имеющие тепловые двигатели и комбинированные (гибридные) энергосиловые установки (КЭУ) с инерционными, электрохимическими и другими накопителями энергии. Применение КЭУ на карьерах обусловлено в первую очередь большой трудоемкостью перемещения участков передвижных карьерных железнодорожных путей, оборудованных контактной сетью. В советское время для решения этой задачи были созданы тяговые агрегаты – многосекционные электрические локомотивы – ОПЭ-1 и ОПЭ-1А, в состав которых была включена дизельная секция. В связи с резким увеличением цен на ГСМ в составе тяговых агрегатов остался только электрический привод, что сделало невозможным передвижение локомотивосостава по участкам путей, не оснащенных контактным проводом.

Но нашему мнению, решить проблему можно, используя КЭУ с современными накопителями энергии [1]. Ранее были созданы локомотивы такого типа – маневровые шестиосные контактно-аккумуляторные электровозы ВЛ-26. Они не получили распространения, в основном, из-за недостаточной мощности щелочной аккумуляторной батареи 672 ТНЖШ-550. При массе 25 т и объеме 34,4 м3 ее мощность оказалась недостаточной при работе под большой нагрузкой. Эти факторы несущественны для тяговых агрегатов, одна секция которых позволяет размещать накопитель с массой до 60 т и объемом до 100 м3.076 1

Для определения потребной мощности и энергоемкости были выполнены расчеты по методике, изложенной в [2].

Для наиболее распространенного состава поезда, состоящего из трехсекционного тягового агрегата и десяти 105-тонных думпкаров, общей массой 840 т, установлена зависимость удельного запаса энергии в накопителе от длины участка пути, равная 0,077 кВтч/м. Потребная мощность накопителя энергии для такого поезда, движущегося со скоростью 15 км/ч, не превысит 1000-1200 кВт.

В качестве накопителей энергии можно использовать инерционные (ИН), электрохимические аккумуляторы (ЭХН), конденсаторные с двойным электрическим слоем (КДЭС, или суперконденсаторы), характеризующиеся тремя основными показателями:

Из приведенных данных видно, что кислотно-свинцовые аккумуляторы по всем параметрам превосходят щелочные железно-никелевые. Их недостатком является большая стоимость.

Суперконденсаторы уступают электрохимическим аккумуляторам по энергоемкости, но значительно превосходят их по мощности. Следует отметить, что они менее чувствительны к перепадам температуры, у них больше срок службы, меньше время и больше К.П.Д. заряда и разряда.

В Объединенном институте высоких температур (ОИВТ) РАН разработаны отечественные КДЭС нового поколения, удельная запасенная энергия которых примерно такая же, как и тяговых аккумуляторных батарей рудничных электровозов – 13,9кВч/м3 [1].076 2

Инерционные накопители (ИН) энергии имеют существенное преимущество: они могут развивать очень большую мощность, которая ограничивается только мощностью передачи. Их удельная энергоемкость находится в пределах 10-100 Втч/кг. Для применения ИН необходимо создать маховичные двигатели с требуемыми параметрами.

Изложенное, а также обобщение опыта эксплуатации накопителей энергии на подземных горных работах и железнодорожном транспорте, позволяют прийти к суждению, что возможно пришло время и для применения серийных накопителей энергии в благоприятных горно-технических условиях. Представляется, что для более тяжелых условий приемлемые параметры накопителей будут обеспечены при комбинации их различных типов: более энергоемких и более мощных.

Выводы

1. В современных экономических условиях целесообразно и технически осуществимо накопление энергии на карьерах с железнодорожным транспортом.

2. Условия для применения локомотивов с накопителями энергии более благоприятны при меньшей длине неэлектрифицированных участков, с меньшей массой поезда и при отсутствии подъемов в грузовом направлении движения на этих участках. Для этих условий и следует начинать применение накопителей энергии.


ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ:

1. Деньщиков К.К. Комбинированные энергетические установки на основе суперконденсаторов. Конференция ОИВТ РАН «Результаты фундаментальных исследований в области энергетики и их практическое значение», Москва, 24-26.03. 2008г.

2. Потапов М.Г. Карьерный транспорт. – М.: Недра, 1980. – 262 с.

Ключевые слова: карьерные локомотивы, энергоэффективность, экономичность, накопитель энергии, тяговый агрегат

Журнал "Горная Промышленность" №5 (117) 2014, стр.76