РАЗВИТИЕ ЭЛЕКТРОБУСОВ И ВОЗМОЖНОСТЬ ВНЕДРЕНИЯ В СИСТЕМУ ПИТАНИЯ ЗАРЯДЫХ СТАНЦИЙ ТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ

Категории городского транспорта достаточно обширны – к ним относятся пассажирский, грузовой, а также специальный транспорт.

Остановимся подробнее на городском пассажирском транспорте, который делится на две большие группы: общественный массовый транспорт общего пользования и легковой автомобильный транспорт.

Классификационные признаки общественного массового пассажирского транспорта:

• В зависимости от расположения транспортных линий относительно улиц массовый транспорт подразделяется на уличный и внеуличный;
• По характеру путевых устройств различают два вида городского транспорта – рельсовый и безрельсовый;
• По роду используемой двигательной силы весь городской общественный транспорт объединяется в две большие группы ­­– с электрическим двигателем и Двигателем внутреннего сгорания (Далее ­– ДВС).

Актуальность темы  воздействия электрического транспорта (Далее – ЭТ)  на экологию обусловлена тем, что в настоящее время одним из основных источников загрязнения считается транспорт и транспортный комплекс.

Ухудшение качества воздушной среды города из-за присутствия в ней различных загрязняющих веществ негативно влияет на здоровье населения, ведет к гибели зеленых насаждений, загрязнению почв, водоемов, повреждению памятников культуры, конструкций зданий и сооружений, и отрицательно влияет на всю экосистему. Основная проблема загрязнения заключается в неполном и неравномерном сгорании топлива.

Тепловой двигатель, который преобразует теплоту сгорания в механическую работу, называется ДВС.  Отрицательное влияние ДВС на окружающую среду связано с действием различных факторов:  при сжигании топлива используется кислород из атмосферы, вследствие чего содержание кислорода в воздухе уменьшается, кроме того сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа.

Загрязняющие вещества, попадающие в атмосферу из выхлопных газов, ежегодно приводят к смерти более 10000 человек. При попадании их в организм человека, больше всего страдают органы дыхания, что впоследствии может вызвать ряд опасных, как острых, так и хронических заболеваний.

В состав отработавших газов ДВС входит более 200 различных химических веществ. Среди них:

• продукты неполного сгорания в виде оксида углерода, альдегидов, кетонов, углеводородов, водорода, перекисных соединений, сажи;
• продукты термических реакций азота с кислородом – оксиды азота;
• соединения неорганических веществ, которые входят в состав топлива,  свинца и других тяжелых металлов, диоксид серы и др.;
• избыточный кислород.

Транспортный комплекс является основным источником выброса вредных веществ и парниковых газов в атмосферу.

В настоящее время  вследствие растущей концентрации населения в городах и высокого уровня загрязнения окружающей среды вредными выбросами,  необходимо использовать перспективный общественный транспорт для снижения экологического воздействия – электробус.

Электробус обладает рядом несомненных преимуществ по сравнению с автобусом, оборудованным двигателем внутреннего сгорания, работающим на бензине, дизельном топливе или газе. Он обеспечивает комфортное перемещение с минимальным уровнем шума, а также при массовом применении снижает уровень загрязненности воздуха в городе.

На сегодняшний день идет активное применение  электробусов. Одним из важнейших направлений в их  развитии  является увеличение запаса хода  без дозарядки на стационарной заправочной станции.

Основная проблема внедрения электробусов – отсутствие надежной зарядной инфраструктуры. Зарядная инфраструктура для электротранспорта занимает гораздо меньше места, чем топливозаправочные системы, а также обеспечивает более высокий уровень безопасности и практически не оказывает влияния на окружающую среду. Немало важно, что при создании инфраструктуры должны закладываться решения с техническими параметрами, позволяющими заряжать как существующий, так и перспективный электротранспорт.

Зарядная структура должна обеспечивать требуемые параметры по мощности и зарядному напряжению, необходимому электротранспорту, иметь возможность увеличения мощности оборудования и числа параллельно заряжаемых транспортных средств. Кроме того система должна быть безопасной и иметь надежную систему мониторинга.

Активное применение электробусов в современной городской инфраструктуре г. Москвы привело к увеличению числа зарядных станций. Для компенсации ограничений запаса хода электрических транспортных средств необходимо иметь доступную и надежную зарядную инфраструктуру –  плотную сеть зарядных станций с возможностью замены батарей. Этому будет способствовать сеть тяговых подстанций (Далее ТП), созданных для организации троллейбусного и трамвайного движения.

Рисунок 1. Схема питания зарядных станций в зданиях ТП

С помощью модернизации уже имеющихся тяговых подстанций нет необходимости полностью менять всю систему электроснабжения – для зарядки используется существующая система и существующие мощности. При этом затраты на эксплуатацию и проектирование снижаются.

Учитывая значительные зарядные токи электробусов, необходимо реализовать достаточную мощность зарядной сети, чтобы обеспечить функционал ультрабыстрого заряда электробусов по пути их следования. Использование существующих мощностей тяговых подстанций может быть особенно актуально ввиду закрытия маршрутов троллейбусов и высвобождения мощностей.

При организации системы электроснабжения зарядных станций посредством тяговых подстанций мы получаем большое количество положительных аспектов, таких как:

• использование существующих мощностей и оборудования тяговых подстанций, позволяющих снизить эксплуатационные затраты, высокую скорость внедрения новых зарядных станций;
• каждая ТП может иметь от 5 до 12 точек заряда;
• возможность вернуть систему к исходному виду для восстановления трамвайного и троллейбусного сообщения.

Схема на рисунке 1 максимально использует существующую инфраструктуру и мощности ТП. Решение будет применимо, когда терминалы зарядных станций будут находиться в непосредственной близости с КС

С помощью переоснащения тяговых подстанций городского электрического транспорта с применением совершенно нового инновационного оборудования, заряд электробусов будет осуществляться не только на конечных станциях, но и по пути следования.

Переоснащение подстанции заключается в замене фидерных ячеек, которые подают напряжение в контактную сеть  на ячейку с преобразовательным модулем. С такой ячейкой по кабелю будет передаваться зарядный ток, который и обеспечит питание и заряд электробуса.

Рисунок 2. Интеграция зарядного устройства на ТП

При этом не потребуются большие эксплуатационные затраты,  поскольку все коммутационное оборудование и силовая электроника уже установлены

ТП модернизируется путем замены подающих напряжение на контактную сеть (Далее – КС) существующих фидерных ячеек на ячейку фидерного автомата, совмещенную с преобразовательным модулем для заряда.

По фидерным кабелям вместо тягового напряжения будет передаваться зарядный ток непосредственно к месту организации подзарядки электробуса

В районе подключения фидерного кабеля к КС организуется пункт подзарядки электробуса при помощи пантографа. Такой пункт технологически прост и не содержит силовых преобразователей. Вся силовая электроника и коммутационное оборудование установлены на ТП.

В каждом фидерном кабеле проходят две изолированные контрольные жилы, которые можно использовать для организации питания точки доступа и передачи информации от электробуса к зарядной станции на ТП. При этом силовая жила применяется для передачи зарядного тока.

Таким образом отпадает необходимость в полном изменении системы электроснабжения для электробусов. При зарядке используются для зарядки используется существующая система и существующие мощности.

Список литературы:

1. О.Н. Иванов, Н.О. Листов, А.В. Остроух, Исследование технических характеристик электробусов, как перспективных видов наземного пассажирского транспорта // Международный журнал перспективных исследований –2017. – №4-2. –Т.7. –С. 29-48.
2. 3агайнов Н. Л., Финкельштейн Б. С. Тяговые подстанции трамвая  и троллейбуса.  Изд. 3-е, перераб. и доп. М., «Транспорт», 1978, 336 с.
3. А.С. Афанасьев, Г.П. Долаберидзе, В.В. Контактные и кабельные сети трамваев и троллейбусов: учебник для учащихся техникумов. Шевченко – Издательство «Транспорт», 1992 – 327 с.
4. Бей Ю.М., Мамошин Р.Р., Пупынин В.Н., Тяговые подстанции. Шалимов М.Г./Учебник для вузов ж-д транспорта – Транспорт,1986, 319с.