Использование электрических накопителей для повышения тяговых свойств автономных локомотивов

На основании анализа зарубежного опыта разработки автономных локомотивов с гибридной энергетической установкой обоснована возможность повышения эффективности работы тепловозов за счет использования электрических накопителей энергии.

Предложена принципиальная схема энергетической системы тепловоза, источником энергии в которой наряду с дизелем является тяговая аккумуляторная батарея с импульсным прерывателем постоянного напряжения. Разработан алгоритм управления тяговым приводом тепловоза с гибридной энергетической установкой, обеспечивающий повышение тяговой силы локомотива на тяжелых участках профиля. Модернизация энергетической системы тепловоза путем применения гибридной энергетической установки рассмотрена применительно к тепловозу 2ТЭ116. С использованием уравнений энергетического баланса тягового электродвигателя разработана математическая модель работы тягового привода тепловоза с питанием от гибридного источника энергии через управляемый прерыватель напряжения. Методами численного моделирования в программных средах MatLab и LabView выполнен расчет тяговой характеристики тепловоза 2ТЭ116 со штатной энергетической установкой и гибридной энергетической установкой. Показано, что во всем диапазоне рабочих скоростей движения тепловоз с гибридной энергетической установкой позволяет получить силу тяги на 15 % выше, чем тепловоз со штатной энергетической системой. Расчеты обосновали, что повышение тяговых свойств модернизированного тепловоза 2ТЭ116 дает возможность на 15 % повысить расчетный вес состава, а соответственно и эффективность использования локомотива как тяговой единицы на сети железных дорог.

1. Soluyanov, Y. I., Fedotov, A. I., Akhmetshin, A. R. Application of intelligent electricity metering systems for timely adjustment of standard values for electrical loads calculation. Proceedings of the 3rd 2021 International Youth Conference on Radio Electronics, Electrical and Power Engineering, REEPE 2021: 3, Moscow. Moscow, 2021, 9388018. DOI: 10.1109/REEPE51337.2021.9388018.

2. Еременко М. Н., Доможирова А. Д., Упырь Р. Ю. Организация планирования диспетчерской работы на участках с подталкивающим движением // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. – 2021. –№ 1 (69). – С. 164–169. EDN: JBGLHJ.

3. Альтернативные технологии тяги для маневровых локомотивов // Железные дороги мира. [Электронный ресурс]: https://zdmira.com/articles/alternativnye-tekhnologii-tyagi-dlya-manevrovykh-lokomotivov. Доступ 02.10.2023.

4. Гибридный локомотив компании Stadler для Великобритании // Железные дороги мира. [Электронный ресурс]: https://zdmira.com/news/gibridnyj-lokomotiv-kompanii-stadler-dlya-velikobritanii-prokhodit-ispytaniya. Доступ 02.10.2023.

5. Mohr, M., Peters, J. F., Baumann, M., Weil, M. Toward a cell-chemistry specific life cycle assessment of lithium-ion battery recycling processes. Journal of Industrial Ecology, 2020, pp. 1310–1322. DOI: 10.1111/jiec.13021.

6. Hamzi, I., El Bakkali, M., Aghoutane, M., Touhami, N. A. Conversion Efficiency Study of the Bridge Rectifier at 2.4GHz. Procedia Manufacturing, 2020, Vol. 46, pp. 771–776. DOI: 10.1016/j.promfg.2020.04.003.

7. Грищенко А. В., Грачев В. В., Базилевский Ф. Ю., Курилкин Д. Н. Оценка влияния процессов боксования колесных пар тепловозов на их энергетическую эффективность в эксплуатации // БРНИ. – 2014. – № 4 (13). – C. 51–60. EDN: TMAMRT.

8. Буйносов А. П., Дурандин М. Г., Тутынин О. И. Перспективы использования накопителей электрической энергии на моторвагонном подвижном составе // Вестник Уральского государственного университета путей сообщения. – 2020. – № 4 (48). – С. 35–45. EDN: TWNLKL. DOI: 10.20291/2079-0392-2020-4-35-45.

9. Голиков И. Ю. Анализ и разработка системы электроснабжения объектов магистрального трубопровода с использованием ВИЭ и гибридным накопителем электрической энергии // Современные проблемы развития Европейского Севера: Материалы Всероссийской научно-практ. конференции, Ухта, 25–27 мая 2022 года. – Ухта: Ухтинский государственный технический университет, 2022. – С. 8–11. EDN: PKOTAR.

10. Никитин В. В., Середа Е. Г., Трифонов Б. А. Принципы использования сверхпроводникового индуктивного накопителя энергии для повышения экономичности силовой установки автономного транспортного средства с электрической передачей // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2010. – № 1–2. – С. 62–70. EDN: LPCNRL.

11. Титова Т. С., Евстафьев А. М., Никитин В. В. Применение накопителей энергии для повышения энергетической эффективности тягового подвижного состава // Электротехника. – 2018. – № 10. – С. 21–25. EDN: VAKSSW.

12. Валинский О. С., Евстафьев А. М., Никитин В. В., Теличенко С. А. Структурные и схемные решения для транспортных гибридных силовых электроэнергетических установок // Электроника и электрооборудование транспорта. – 2019. – № 5. – С. 7–10. EDN: NRQWPA.

13. Вальцев Н. В., Барбин Н. М. Сравнительный анализ применения электрохимических аккумуляторов разных типов в качестве накопителей энергии // Электротехника. – 2023. – № 6. – С. 53–62. EDN: XQNLPJ. DOI: 10.53891/00135860_2023_5_53.

14. Буйносов А. П., Дурандин М. Г., Тутынин О. И. Анализ применения гибридного источника питания в системе тягового электропривода электропоезда // Вестник транспорта Поволжья. – 2023. – № 3 (99). – С. 12–18. EDN: GNKAHK.

15. Павелчик М. Повышение эффективности электрической тяги при помощи накопителей энергии / Дисс… докт. техн. наук. – М.: МИИТ, 2000. – 451 с. EDN: ZKVKOT.

16. Штанг А. А. Повышение эффективности электротранспортных систем на основе использования накопителей энергии / Дисс… канд. техн. наук. – Новосибирск: НГТУ, 2006. – 233 c. EDN: NOCHWV.

17. Титова Т. С., Евстафьев А. М., Изварин М. Ю., Сычугов А. Н. Перспективы развития тягового подвижного состава // Транспорт Российской Федерации. – 2018. – № 6 (79). – С. 40–44. EDN: YSWXNR.