Александр Проценко - Энергетика сегодня и завтра
Совсем недавно завершилось строительство БАМа. Десятки тысяч молодых строителей не жалели сил, сооружая одну из самых трудных железных дорог страны. Им бросали вызов и местность, и климат, и отдаленность от человеческого жилья. Однако в ближайшие пятилетки на БАМе будет экономична только одна колея. Подойдет время, и проведут вторую нитку. И лишь потом встанет вопрос об электрификации. А почему не сделать этого сейчас?
Вопрос стоит так: «Что выгоднее — тепловоз или электровоз?» Затраты первичной энергии на электротягу (то есть топлива на электростанциях, вырабатывающих электроэнергию) меньше, чем на количество дизельного топлива, потребляемого тепловозами. Кроме того, электростанции вырабатывают электроэнергию из менее дефицитного угля, сланцев, ядерного горючего. Вроде бы электровоз выгоднее?
Однако электрифицировать железную дорогу — дело очень дорогое. Нужно затратить около 100 тысяч рублей на километр пути. Электрификация выгодна, если напряженность перевозок по железной дороге велика, так как в этом случае капиталовложения быстро окупятся. Если же железнодорожных эшелонов пропускается мало, лучше использовать тепловоз.
У нас в стране средняя грузонапряженность очень большая — около 25 миллионов тонн в год. Если состав весит 3 тысячи тонн, то железная дорога пропустит в год около восьми тысяч эшелонов, а с учетом пассажирских поездов — вдвое больше. Составы будут следовать друг за другом каждые полчаса. Такая высокая загрузка обусловливает и высокою экономичность железнодорожного транспорта нашей страны.
В Западной Европе и США картина совсем другая Железных дорог там построено очень много. Например, в США — около 300 тысяч километров железнодорожных путей. Однако используются они весьма слабо, даже расточительно. Грузопоток достигает всего 1–1,5 миллиона тонн в год, то есть в пять-десять раз меньше, чем в СССР. Поэтому электровозы там невыгодны. В США доля электрифицированных железных дорог составляет всего один процент.
В СССР же электрифицировано более трети железных дорог, по которым проходит половина грузооборота страны.
Совершенствование железнодорожного транспорта идет по всем направлениям — создаются более мощные тепловозы, увеличиваются их скорости. Идут испытания поездов на магнитной подвеске, разрабатываются проекты экспрессов, «летящих» в тоннелях. Нужны разные поезда — быстрые для пассажиров и экономичные для грузов.
Разумеется, конструкторы железнодорожного транс порта, конечно, тоже думают о том, как уменьшить затраты энергии.
На кольцевой линии Московского метро появился новый поезд с серебристыми шестигранными бочкообразными вагонами, выполненными из высокопрочных алюминиевых сплавов. Весят эти вагоны почти вдвое меньше прежних, также сделанных на Мытищинском машиностроительном заводе. Уменьшенный вес — это первый выигрыш, позволивший увеличить полезную нагрузку.
Кроме того, бочкообразная форма позволяет взять в каждый вагон на 30 пассажиров больше.
В поезде применена система возврата электроэнергии обратно в сеть в тот момент, когда он начинает тормозить. Двигатели при торможении переводятся в режим выработки электроэнергии, то есть работают как электрогенераторы. Только в результате этого усовершенствования энергозатраты уменьшаются на 12 процентов.
Из-за рельефа местности, ограничений при прохождении опасных участков, остановок на станциях скорость движения железнодорожных поездов неравномерна. Это значит, что можно выбирать оптимальную скорость, при которой расход топлива минимален. Делать это можно различными способами.
На станции Москва-Пассажирская — Курская машинисты депо пользуются методом «усредненных скоростей». Оптимальный режим работы двигателя выбирается в зависимости от характера пути, но на глазок. Лучше иметь перед глазами машиниста прибор-советчик, который связывал бы расход энергии со скоростью, профилем дороги.
На автомобилях такой прибор уже испытан. Когда шофер следит за расходом бензина на 100 километров пути по стрелке бортпроцессора, он становится бережливее. Изобретатель устройства Велло Лейто считает, что с его помощью можно сэкономить до 15 процентов бензина.
Самые опытные водители, садясь за руль «Жигулей», удивлялись: судя по показаниям прибора, они пользовались машиной крайне неэкономично. Привыкнув нажимать на педаль акселератора перед подъемом, они расходовали на испытательном участке до 15 литров бензина. Изобретатель же благодаря своему бортпроцессору при той же средней скорости укладывался в 11–12 литров. Освоив новый экономичный стиль езды, водитель приучается тратить минимально необходимое количество горючего.
Безусловно, подобный прибор пригодился бы и машинистам тепловозов.
Сейчас на железных дорогах страны уже не осталось паровозов. В 1955 году на стальное шестикилометровое кольцо подмосковной испытательной станции близ Щербинки вывели самый мощный (4800 лошадиных сил) последний экспериментальный паровоз отечественной конструкции. «Век паровоза навеки ушел в прошлое, ибо на смену им пришли более совершенные локомотивы», писали в газетах.
Однако в последние годы в печати мелькают сообщения о попытках опять вернуться к паровозу. «Паровозная ностальгия» — не просто от любви к старине. Изобретатели-конструкторы надеются создать «новые» паровозы с высоким КПД.
Первый русский паровоз, построенный Черепановыми на Нижне-Тагильском заводе, перевозил 3,3 тонны груза со скоростью 15 километров в час. КПД последнего паровоза мощностью 4800 лошадиных сил был всего около 9 процентов. В проектах «неопаровозов» эту величину удалось поднять почти в три раза благодаря сжиганию в топках угольной пыли, уменьшению выброса в атмосферу вредных веществ.
Если КПД составит двадцать пять процентов, такой локомотив становится выгодным. У нас в стране есть много регионов с большими запасами каменного угля, ГДР электрификация железных дорог еще нецелесообразна.
Это, в частности, и район БАМа.
Уголь рассматривается как возможное топливо не только в паровозах, но и автомобилях. Конструкторы фирмы «Дженерал моторе» создали двигатель, работающий на угольной пыли с величиной частиц меньше трех микрон. Золу и серу удаляют мокрым рафинированием — уголь смешивают с жидким растворителем и очищают.
Угольная пыль вдувается из карбюратора в камеру сгорания сжатым воздухом. Для запуска такого турбинного двигателя необходимо жидкое топливо. Есть и другие неудобства. Мелкодисперсный уголь склонен к слеживанию, поэтому бак необходимо подвергать постоянной вибрации.
Главная нерешенная проблема — очень высокое содержание в выхлопных газах окислов азота.
Фирма «Дженерал моторе» не оригинальна. В начале XIX века француз Жозеф Ньепс, считающийся одним из первооткрывателей фотографии, изобрел и двигатель внутреннего сгорания. В качестве топлива в нем использовалась угольная пыль, смешанная со смолой. На реке Сене лодка с мотором Ньепса демонстрировалась перед французским императором Наполеоном I, не сумевшим оценить изобретение. Оно было забыто, но созданный почти сто лет спустя первый двигатель Дизеля также работал на угольном порошке.
Сейчас получили широкое распространение дизельные двигатели. Расход топлива в них на 30–40 процентов меньше, чем в двигателях внутреннего сгорания карбюраторного типа. В карбюраторных двигателях процесс горения инициируется при пропускании искры через сжатую смесь паров бензина и воздуха. В дизельных же двигателях воспламенение происходит от сжатия. Сначала воздух в цилиндрах сильно сжимается и при этом разогревается до 500–600 градусов, а затем под давлением в цилиндр впрыскивается горючее, которое загорается и медленно сгорает. Слово «медленно» говорит о том, что скорость горения топлива в дизельном двигателе меньше, чем в карбюраторном. В карбюраторных моторах применяются высокооктановые не детонирующие бензины, а для дизельных нужно другое топливо с высоким цетановым числом, характеризующим склонность топлива к самовозгоранию.
Перевод автомобильного транспорта на дизельные двигатели — одно из главных направлений экономии энергии. Возможности здесь еще далеко не исчерпаны.
Так, конструкторы надеются, что с помощью топливных насосов прямого впрыска, отказавшись от существующей сейчас форкамеры, можно уменьшить расход топлива еще на 15 процентов.
Самый главный и дешевый путь снижения расхода горючего — это борьба с перерасходом, уменьшение не проектных, а эксплуатационных его расходов за счет организации правильной эксплуатации автомобиля. Что для этого нужно сделать?
Надо оснастить автопарки, пункты технического сервисного обслуживания современными средствами диагностики и регулировки топливной аппаратуры. Большею помощь может оказать и описанный выше бортпроцессор. В комплекте со стрелочным прибором выпускается также и цифровой, дающий информацию о некоторых параметрах работы двигателя.
