Преимущества магнитолевитационного транспорта Магнитолевитационный транспорт (МАГЛЕВ) – это инновационный вид транспорта [1], отличительными чертами которого являются высокая скорость, большой жизненный цикл, безопасность, энергоэффективность, комфортабельность и экологичность. Сокращенное наименование «МАГЛЕВ» происходит от слов «магнитная» и «левитация».
Магнитолевитационные транспортные средства подвешиваются (левитируют) над активной путевой структурой и движутся вдоль нее за счет электромагнитных сил, без использования механического и электрического контактов [2]. Оценки американских специалистов свидетельствуют о том, что эксплуатационные затраты магнитолевитационного транспорта составляют 66 коп. /(пасс. км), для авиатранспорта они равны 3,3 руб. /(пасс. км) [3, 4]. При перевозке грузов на дальние расстояния автомобильным транспортом удельные затраты составляют 19 руб. / 10(т. км), на железной дороге – 28 руб. / 10(т. км), с использованием магнитной левитации – 10 руб. /10(т. км) (рис. 1).
Здесь следует учесть структуру транспорта в США, где доля грузоперевозок автомобилями превалирует над всеми остальными видами транспорта. В табл. 1 приведены удельные энергозатраты и стоимость грузовых пере- возок на российских железных дорогах в 2013 г.
Жизненный цикл магнитолевитационного транспорта составляет не менее 50 лет, что вдвое превышает аналогичный показатель для автомобилей. Столь большой срок службы объясняется отсутствием механического контакта с активной путевой структурой и равномерным распределением весовой нагрузки на путевую структуру практически по всей длине транспортного средства МАГЛЕВ в отличие от ее концентрации на колесах автомобиля. Высокая энергоэффективность магнитолевитационного транспорта достигается благодаря высокому коэффициенту полезного действия тягового линейного синхронного двигателя – ~80 %. При скорости 500 и 250 км/ч магнитолевитационное транспортное средство соответственно потребляет 250 и 60 кДж /(пасс. км). Удельное энергопотребление автомобиля, движущегося с оптимальной по энергозатратам скоростью 100 км/ч, на порядок выше.
В вакуумной трубе с разрежением порядка 10-2 мм рт. ст. скорость магнитолевитационного транспорта может достигать 1000–1200 км/ч, т. е. приближаться к скорости самолета. Электрическая тяга исключает появление выхлопных газов, а высокий коэффициент полезного действия снижает общий объем выбросов в атмосферу загрязняющих веществ, характерных для тепловых электростанций. Вредные для экологии пылевые образования отсутствуют, поскольку нет механического контакта с активной путевой структурой. Такой транспорт отличают низкие шумы и малые вихревые потоки в непосредственной близости от пути.
Магнитолевитационный транспорт является преимущественно эстакадным. Опоры эстакад занимают меньшеплощади, чем автострады, аэропорты и железнодорожные пути. Подэстакадная зона отчуждения может быть предназначена для разных нужд, в том числе предусматривающих строительство. Двухпутная магнитолевитационная магистраль обладает перевозочной способностью, сравнимой с 10-полосной автострадой. При этом зона отчуждения автодороги может достигать 300 м. Несмотря на это, жилищное строительство рядом с автомобильной трассой проблематично по требованиям экологичности и санитарной безопасности. При эстакадном исполнении нет перекрестной связи с другими видами транспорта и, как следствие, столкновения с ними. Высокий градиент пути, достигающий более 10 %, упрощает его трассировку.
Режимы движения магнитолевитационного транспортного средства определяются автоматической посекционной подачей электрической энергии на стационарную трехфазную обмотку линейного синхронного двигателя и регулированием частоты питающего тока. Вследствие этого обеспечивается безопасное (конвейерное) движение транспортных средств с любым заданным интервалом движения.
Грузовой магнитолевитационный транспорт
Магнитолевитационный транспорт обычно позиционируют как пассажирский. Однако анализ грузовых автоперевозок, например по маршруту Санкт-Петербург – Москва, показывает, что такой вид транспорта может быть востребован на рынке междугородных грузовых, прежде всего контейнерных, перевозок. Объем грузопотоков в данном направлении характеризуется следующими показателями. Из морских портов Санкт-Петербурга и Ленинградской области в Москву перевозится 1,8 млн контейнеров в год, из них более 90 % – автотранспортом.
Через пять лет количество перевозимых контейнеров достигнет 4,5 млн. Сегодня потери дохода ОАО «РЖД» в данном сегменте грузовых перевозок оцениваются в 140 млрд руб. Без принятия кардинальных мер по перераспределению грузоперевозок в пользу ОАО «РЖД» через пять лет потери доходной части утроятся. Эксперты установили, что существующие системы железнодорожного и автомобильного транспорта в ближайшее время с этими грузовыми потоками не будут справляться.
Кроме того, транспортные проблемы весьма ощутимы в социальном плане. Затраты на перевозку товара существенно сказываются на его конечной стоимости. Она может вдвое превысить оптовые закупочные цены, установленные производителем. Параметры грузовой магнитолевитационной магистрали «Усть–Луга – Москва» На рис. 2 представлена возможная схема контейнерного моста, связывающего морской порт Усть-Луга с так называемым сухим портом Москва.
Ниже следуют ее состав, пропускная способность (мощность) и энергетические параметры. Доставка контейнеров брутто 40 т за сутки (ежесуточная пропускная способность линии): в одном направлении N = 2500, в двух направлениях – 2N = 5000 ед. Режим работы линии: Т = 24 ч (круглосуточно). Время, затрачиваемое на погрузку/ разгрузку контейнера: Δt = (24•3600) : 2500 = 34,65 ≈ 35 с. Средняя скорость грузовой платформы: v = 250 км/ч = 69,4 м/с.
Время в пути одной платформы: t = l/v = 829/250 = 3,32 ч = 3 ч 19 мин = 11952 с. Расстояние, которое проходит грузовая платформа за 35 с: Δs = vΔt = 69,4•35 = 2429 м = 2,429 км. Расстояние между грузовыми платформами на линии: Δs = 2,429 км. Количество грузовых платформ, одновременно находящихся на 1 линии: n = l/Δs = 829/2,429 = 341 ед., на 2 линиях – 682 ед. Динамика: а = 2 м/с2 . Время разгона (торможения) до (от) скорости 250 км/ч: tр-т = 34,7 c ≈ 35 с.
Длина участка разгона (торможения): sр-т = 1204 м. Тяговое усилие на участке разгона: Np = mа = 40 000•2 = 80 кН. Мощность линейного синхронного двигателя на участке разгона: Рp = Np•v = 80 000•69,4 = 5 552 000 Вт ≈ 5,6 МВт. Мощность линейного синхронного двигателя на крейсерской скорости (основной участок пути): Рк ≈ 560 кВт = 0,56 МВт. Экономический эффект от применения магнитолевитационной технологии на сети железных дорог ОАО «РЖД» и срок окупаемости определяются следующими показателями.
Исходные параметры
Грузовая магнитолевитационная магистраль морской порт Усть-Луга – сухой порт Москва имеет длину 829 км (рис. 2).
Средняя скорость движения грузовой магнитолевитационной платформы – 250 км/ч (без обтекателя) и 500 км/ч (с обтекателем). Время в пути, соответственно, 3 ч 20 мин. и 1 ч 40 мин. Стоимость строительства 1 км 2-путной линии с инфраструктурой – 824 млн руб. Стоимость строительства 2-путной магистрали ~ 683 млрд руб. Стоимость грузовой платформы – ~25 млн руб. Стоимость 682 грузовых плат- форм (в режиме движения на крейсерской скорости 250 км/ч) на 2 пути – ~17 млрд руб. Общие капитальные затраты с подвижным составом – ~ 700 млрд руб. Сдача «под ключ» – в течение 5 лет.
Ежесуточная потребляемая электроэнергия (24 ч): ΣW = ΣР•24 = 764•24 = 18336 МВт•ч ≈ 18,4•106 кВт•ч. Ежесуточная стоимость потребляемой электроэнергии: Σс = ΣW•3,4 (р./кВт•ч) = 18,4•106 •3,4 = 62,342 млн руб. Эксплуатационные расходы за год (затраты на электроэнергию): Σ = 365 • Σс = 365•62,342 = 22,75 млрд руб. Стоимость доставки 1 контейнера по маршруту (исходя из потребляемой электроэнергии): Σ1 = Σс : 5000 = 62 342 000:5000 ≈ 12,5 тыс. руб. Рыночная стоимость доставки 1 контейнера по маршруту – 60 тыс. руб. Количество контейнеров, обработанных за 1 год: Мгод = 365•5000 = 1,825 млн.
Общая рыночная стоимость доставки контейнеров за год: ΣМгод = Мгод•60 000 = 1 825 000•60 000 = 109,5 млрд руб. Ежегодная прибыль: ΔМ = 109,5 - 22,75 = 86,74 млрд руб. Срок окупаемости магнитолевитационной магистрали: ΔТ = 700: 86,74 ≈ 8 лет. Помимо перечисленных качеств конвейерный магнитолевитационный транспорт перемещает контейнеры между морским и сухим тыловым терминалами экологичным и эффективным способом (рис. 3).
Как показано на ретроспективной схеме развития магнитолевитационного транспорта (рис. 4), его коммерческие линии являются исключительно пассажирскими.
Высоких достижений в разработке грузовых систем добились Ливерморская национальная лаборатория им. Э. Лоуренса и компания «Дженерал Атомикс» в США. Их совместными усилиями в Калифорнии построен полигон длиной 1,5 км, где испытываются грузовые платформы для перевозки 40-футовых морских контейнеров (рис. 5) [5].
Основные узлы и компоненты грузовой магнитолевитационной транс- портной платформы, базируемой на четырех модулях, представлены на рис. 6.
Отечественные разработки
Для создания научно-технического задела в области транспортных систем на основе магнитной левитации Научно-образовательный центр инновационного развития пассажирских железнодорожных перевозок Петербургского государственного университета путей сообщения (ПГУПС) провел цикл фундаментальных исследований по разработке отечественной магнитолевитационной транспортной технологии «МагТранСити». Работы проходили преимущественно за счет грантов Российского фонда фундаментальных исследований с участием ОАО «РЖД» в софинансировании.
Между ОАО «РЖД» и ПГУПС заключен договор о разработке и испытаниях грузовой транспортной платформы на основе магнитной левитации. В этом проекте принимают участие ОАО «НИИЭФА им. Д. В. Ефремова», ООО «НИИЭФА-ЭНЕРГО», ОАО «НВЦ "Вагоны"», ОАО «Национальные скоростные дороги». В текущем году планируется изготовить полномасштабный макет грузовой транспортной платформы и построить испытательный участок на территории ОАО «НИИЭФА им. Д.В. Ефремова». Проектируемая грузовая транспорт- ная платформа будет состоять из двух несущих тележек-модулей (рис. 7).
Принятая конструкция позволяет транспортировать контейнеры серий 1ААА, 1АА или 1 А. Внедрение магнитолевитационной технологии на транспорте станет стимулом для создания высокоинтеллектуального научно-производственного потенциала. Этого можно достичь при развитии национальной фундаментальной, прикладной науки и профессионально-образовательной высшей школы, формировании отечественных проектных организаций и создании наукоемких производств для выпускановейших образцов транспортного оборудования мирового уровня.
Эксплуатация магнитолевитационного транспорта предусматривает широкое внедрение спутниковой навигационной технологии для обеспечения диагностики, связи, наземного и бортового автоматического управления по Международному стандарту IRIS, который подлежит соответствующей корректировке. Относительно короткие сроки окупаемости гарантируют реализацию проекта путем привлечения частного капитала, а не бюджетных средств. Научный задел, технические и производственные возможности организаций, привлеченные к созданию грузового магнитолевитационного транспорта, достаточны для решения поставленной задачи.
Литература
1. Антонов Ю. Ф., Зайцев А. А. Магнитолевитационная транспортная технология. М.: Физматлит, 2014. 476 с.
2. Антонов Ю. Ф., Зайцев А. А. Особенности магнитолевитационной технологии для общественного транспор- та // Известия ПГУПС. 2012. Вып.
3. С. 11–18. Powell J., Danby G. Maglev: Transport Mode For the 21st Centure // EIR Science & Technology. 2007. P. 47– 60. (This article was submitted as a discussion document for the Schiller Institute’s Sept. 15–16, 2007 conference in Kiedrich, Germany, on the Eurasian Land-Bridge). 3. maglev.ir›eng/documents/ presentations/IMT_P_8.pdf. (Suspension (EMS) Technology TransRapid’s HighSpeed Freight Design CCDoTT Suthern California Freight initiative: Transrapid RCM System CCDoTT Southern California Freight Initiative...)
4. General Atomics Low Speed Maglev Technology Development Program (Supplemental #3). Final Report. FTA-CA-26-7025. 2005. May 2005.
«Транспорт Российской Федерации» № 1 (50) 2014
