Оцінка ефективності впровадження проектів ресурсозбереження на міському електротранспорті

Окремі проекти ресурсозбереження доцільно впроваджувати, якщо досягається економічний або соціальний ефекти, більш раціонально використовуються матеріальні, енергетичні, трудові, інформаційні та фінансові ресурси, підвищується якість транспортного обслуговування.

Оскільки в дисертаційній роботі пропонується комплекс проектів ресурсозбереження, направлених на вдосконалення експлуатації МЕТ, її технологічних процесів та модернізацію технічних засобів, розглянемо їх ефективність, як складових цільової функції.

Оцінка ефективності впровадження проектів ресурсозбереження проводиться за методиками управління проектами [29, 31, 125] державного стандарту визначення економічної ефективності заходів з енергозбереження [15] та специфічними, які враховують особливості функціонування підприємств і окремих технологічних процесів [19, 26, 54, 192] та ін.

Розглянемо специфічну техніко-економічну модель оцінки показників ремонтопригодності транспортних засобів (ТЗ).

Для забезпечення необхідного рівня технічного стану рухомого складу відповідно до обґрунтованої стратегії (див. п. 4.2) та методів управління (п. 5.2) вирішуються задачі формування різновидностей технічних впливів (РТВ) по номенклатурі, елементарним технологічним операціям, оцінки кратності їх календарного планування на ЕОМ і визначення найважливіших для практики кількісних показників ремонтопригодності РС. Для цього розрахуємо кожну складову цільової функції (5.13):

(5.13)

де - експлуатаційні витрати системи профілактики РС у рік, грн..; - експлуатаційні витрати на проведення прогнозованих різновидів профілактики РС у рік грн..; - експлуатаційні витрати на усунення не прогнозованих (аварійних) відмовлень РС за рік, грн..; n – кількість РТВ; N – кількість РС у вибірці.

Річна вартість РТВ визначається по формулі:

(5.14)

де: C^(*)_ртв – вартість одного Р_ТВj, грн..; N^(*)_ртв – кількість РТВ J за рік пропонується визначити по формулі:

(5.15)

де L_г – річний пробіг РС, тис. км.

Вартість одного РТВj визначається за формулою:

(5.16)

де - вартість трудових витрат по РТВj, грн..; - вартість запасних частин по РТВj грн..; - вартість матеріалів, що витрачаються при виконанні робіт РТВj, грн..; - втрати від простоїв при чеканні і виконанні робіт РТВj, грн.

Вартість трудових витрат по РТВj визначимо формулою:

(5.17)

де - тарифна ставка р-й операції, грн./год.; - трудомісткість р-й операції, люд./год; - р-й розряд двійкового числа ; - кількість ремонтників при виконанні р-й операції; Pmax- максимально можливе число операцій при профілактиці РС .

Вартість запасних частин і матеріалів визначаємо за формулою:

(5.18)

де і - вибірка значень здійснюється по вихідним чи даним шифрам елементів, що входять у РТВj, тобто з Rj.

Втрати за час простою при очікуванні і виконанні робіт РТВj визначимо по формулі: (5.19)

де - годинна виручка РС, грн./год.; - час, очікування і виконання робіт РТВj, год. Визначається по відомій формулі:

(5.20)

де - оперативний час, ч; - подготовчо – заключний час, - час на особисті потребі ремонтника і перерви, передбачені графіком роботи, - час чекання в черзі на ремонт, год.

Основним з них є оперативний час, що залежить від кількості і трудомісткості операцій, від чисельності і кваліфікації ремонтників, від показників ремонтної технологічності РС.

Значення визначаємо по наступній формулі:

(5.21)

Витрати на усунення раптових відмовлень визначаємо за формулою:

(5.22)

де - кількість вимог за зміну по відмовленню i – го елемента; С_yi – річні втрати на один РС через простій з технічних причин, грн.

Кількість вимог, що надходять у підсистему профілактики, визначимо по формулі:

(5.23)

де ω_i (L) параметр потоку відмовлень i – го елемента, відмовлення/тис. км; L_г – річний пробіг автомобіля; К_дi – коефіцієнт повноти діагностики фактичного стану i – го елемента; А_и – кількість РС на підприємстві.

Залежність значень ω_i (L) і P_i (L) від варіанта організації технологічного процесу профілактики РС вимагає подальших досліджень. Однак для порівняння різних варіантів практично досить лінійної апроксимації:

(5.24)

де - апріорне значення параметра потоку відмовлень i – го елемента РС; - апріорне значення імовірності безвідмовної роботи.

У підсумку, розрахувавши один варіант технології РТВ по приведеному алгоритмі, одержуємо координату однієї точки кривої цільової функції (5.13) - [Сппр;Z]. Так як кількість РТВ є функцією від кількості інтервалів групування

(5.25)

то мінімізація цільової функції досягається зміною при відомих значеннях усіх вхідних у неї параметрів, тобто пошук екстремуму й остаточний вибір оптимального варіанту технології відновлення працездатності рухомого складу у системі профілактики за технічним станом представляє ітераційний процес з послідовним перебором варіантів.

При розгляді питання про доцільність модернізації технічної системи, також необхідно зважати на те, що для цього потрібно розробити специфічний критерій прийняття рішення, який враховує наступне:

- підвищення технічного рівня (чи ефективності) ТС;

- витрати, що будуть використані з метою підвищення технічного рівня (чи ефективності) ТС.

Очевидно, що за критерій економічної доцільності модернізації необхідно прийняти різницю у вартості виконання фіксованої задачі існуючої (базової) і покращеної ТС, тобто

, (5.26)

де ΔЕ – розмір економічного ефекту; С_І – вартість виконання задачі існуючою (базовою) ТС; С_М – вартість виконання такої ж задачі модернізованою ТС.

Якщо врахувати, що для виконання типової задачі потрібно кілька циклів корисної роботи ТС, то залежність (5.26) можна представити у вигляді

, (5.27)

де С_к.І,, С_к.М – вартість одиничного циклу корисної роботи існуючої і модернізованої ТС; пІ, пМ – кількість циклів корисної роботи, необхідних для виконання поставленої типової задачі відповідно існуючою і модернізованою ТС.

Підвищення технічного рівня (чи ефективності) ТС потребує здійснення ряду заходів:

-проведення спеціальних НДКР, які необхідні для теоретичної і дослідної проробки питання про доцільність модернізації ТС (вартістю СНДКР);

- аналізу витрат на додаткове технологічне оснащення виробництва у випадку переходу до випуску модернізованих ТС (вартістю С_осн.);

- оцінки зміни вартості виробництва модернізованої ТС порівняно з базовою на величину (С_вир.М-С_вир.І);

- аналізу зміни витрат на експлуатацію існуючої і модернізованої ТС на величину (С_е.М-С_е.І).

Враховуючи ці фактори можна записати вираз

, (5.28)

де N – обсяг передбачуваної програми випуску модернізованих ТС;

R – технічний ресурс ТС (цикли, кілометри і т.п.).

Підставивши цей вираз у формулу (5.27), можна одержати наступну залежність

.(5.29)

Здійснивши перетворення виразу (5.29) з метою групування витрат і ефекту замовника модернізованих ТС і витрат виробника, встановлюється кінцева формула для розрахунку ΔЕ, що має вигляд

(5.30)

Таким чином, залежність (5.26), яка виражає різницю у вартості виконання задачі, представлена співвідношенням (5.30). Із неї видно, що якщо ефект у вартісному вираженні, одержаний у результаті модернізації ТС, буде вище, ніж додаткові витрати, то доцільно прийняти позитивне рішення щодо модернізації.

Розглянемо питання зменшення витрат електроенергії на тягу за рахунок впровадження проектів ресурсозбереження за рахунок модернізації, зокрема шляхом розробки системи зменшення нерівномірності струморозподілу на вагонах метрополітену [192]. Ресурсозбереження, зокрема енергозбереження визначено пріоритетним напрямком державної політики України. На електричному транспорті значно зменшити витрати електроенергії можна шляхом вдосконалення конструкції рухомого складу [279], де однією з задач є зменшення нерівномірності струморозподілу між групами тягових двигунів [218].

Для оцінки впливу нерівномірності струмів у групах двигунів на експлуатаційні показники уявимо рух поїздів на перегонах як поступальне переміщення ряду матеріальних точок під дією постійних (під час руху) подовжніх ефективних діючих сил, що роблять ту ж механічну роботу, як і фактичні діючі сили. Інакше кажучи:

, (5.31)

де - середня довжина перегону на даній лінії; пв- кількість вагонів у поїзді; т - кількість груп двигунів на вагоні( =2); - фактично діюча сила, реалізована групою тягових двигунів.

Оскільки на метрополітені рух в прямому й зворотньому напрямках відбувається майже по тому самому профілі, додаткові опори руху від ухилів (крім шкідливих) взаємно компенсуються, що дає можливість ними зневажити і надалі розглядати фактично діючі сили груп тягових двигунів як алгебраїчні суми сил тяги або електродинамічного гальмування й однакових частин основного опору руху.

Для кожної групи двигунів на вагоні реалізацію сил тяги або гальмування представимо сумою у виді номінальних, що відповідають швидкості, значень за теоретичними характеристиками, і відхилень від них, викликаних нерівномірністю струморозподілу:

де - коефіцієнт, що враховує нерівність сил тяги або гальмування внаслідок неоднакових струмів по групах двигунів.

З урахуванням (5.31) можна записати:

де - ефективна діюча сила при одинакових тягових і гальмівних характеристиках двигунів, тобто при відсутності нерівності струморозподілу груп двигунів.

Під дією ефективної сили відбувається механічна робота з переміщення поїзда на відстань відповідно до рівняння:

де - середньоходова тривалість руху; - приведена маса вагона з пасажирами.

При урахуванні відхилень неоднаковості струмів по групах маємо:

Звідки випливає, що , або

(5.32)

При тривалості і швидкості сполучення на лінії метрополітену:

(5.33)

кількість поїздів на лінії складе:

де - довжина лінії в одному напрямку; - кількість зупинок в одному напрямку; - час стоянки на проміжній і кінцевій зупинках; - інтервал руху, що відповідає пасажиропотокові.

З урахуванням виразу (5.33) кількість поїздів на лінії дорівнює:

Представимо як суму теоретично можливого часу при рівності струмів у групах двигунів і додатку . Тоді кількість поїздів визначиться як: , або з урахуванням (5.32):

Таким чином, нерівність струморозподілу в групах двигунів обумовлює необхідність збільшення кількості поїздів у русі на величину:

(5.34)

або, якщо це збільшення по виробничих умовах не реалізується, обумовлює переповнювання поїздів пасажирами.

Аналіз отриманої формули показує, що дотримання розрахункового наповнення при даному пасажиропотоці, при наявності відхилень струморозподілу і викликаного цими відхиленнями збільшення середньоходового часу, потребує додаткового поїзда за умови:

, звідки

Підстановка числових параметрів за даними експлуатації на Салтівській лінії Харківського метрополітену: ; ; , дає .

При , і потреба в додатковому поїзді виникає при

З приведеного аналізу випливає, що в реальних умовах для компенсації проявів нерівності струморозподілу в групах двигунів і викликаного цією нерівністю збільшення середньоходового часу подача, додаткового поїзда необхідна тільки при дуже високих частотах руху (коли інтервал стає приблизно менше хвилини, тобто при граничній парності). В усіх інших випадках нерівність струмів призводить до переповнювання вагонів пасажирами на величину, що відповідає . Наприклад, при кількість пасажирів, що відповідає половині експлуатаційної місткості поїзда, розподілиться по всім поїздах. Збільшення наповнення, і, відповідно, маси пасажирів, призводить до перевитрати електроенергії. Якщо позначити через розрахункове наповнення поїзда при рівності струморозподілу, то маса пасажирів при експлуатаційній місткості поїздів може бути виражена як:

Тоді повна маса поїзда при рівності струморозподілу складе:

де - маса тари вагона.

При наявності відхилень струморозподілу повна маса поїзда буде дорівнювати:

Нерівність струморозподілу призводить до перевитрати енергії А, що можна оцінити через питому витрату електроенергії а на даній лінії

(кВт год),

де а - питома витрата у Вт.год/ т.км.

За даними Харківського метрополітену середнє значення питомої витрати електроенергії а=63,5 Вт.год/т.км.. При цьому витрата електроенергії на маршруті, споживаної поїздами протягом доби, складе:

(кВт год),

або з урахуванням (5.34) та показниками експлуатації, наведеними вище:

Отже, нерівномірність струморозподілу на вагонах метрополітену, яка практично досягає 18%, обумовлює витрати електроенергії:

кВт год

Розроблена на кафедрі "Міський електричний транспорт" Харківської державної академії міського господарства спільно з Харківським метрополітеном система [218] для вирівнювання струмів дозволяє зменшити нерівність струмів в середньому до 3,6 %, тобто на 14,4 %. Відповідно до цього витрати енергії на рух при тих же обсягах пасажироперевезень зменшаться до кВт год .

Тобто у середньому на Салтівській лінії метрополітену витрати електроенергії зменшаться на 120.9 кВт год за добу на кожен відсоток нерівномірності струморозподілу.

Таким чином розробка заходів з вирівнювання струмів у групах тягових двигунів є економічно обгрунтованою і актуальною.