4. Проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта

Происходящий в последние годы спад объемов промышленного и сельскохозяйственного производства привел к снижению объемов перевозок и значительному ухудшению экономического положения железно-дорожного транспорта. Ухудшение экономического и финансового положения отрасли не позволяет в должной мере поддерживать материально-техническую базу железных дорог, что в ряде случаев также приводит к снижению объемов перевозок.

При оценке перспектив развития транспорта России необходимо учитывать ситуацию после разделения бывшего Советского Союза на ряд суверенных государств. Стали самостоятельными западные республики с большой густотой сети дорог и высокой плотностью населения. Это привело к тому, что в среднем по России обеспеченность территории железными дорогами снизилась на 35%. Сравнительно густая сеть железных дорог в ее центральной части. Остальная территория страны имеет неразвитую сеть железных дорог.

Особенно низка она в районах Сибири, Забайкалья и Дальнего Востока. В течение многих десятилетий этот район обслуживала только Транссибирская магистраль. Сейчас к нему добавилась Байкало-Амурская магистраль.

Ограниченность насыщения территории железнодорожными трассами привело к крупным экономическим потерям для России в целом. Резко увеличились затраты, связанные с перевозками по железным дорогам необходимых грузов, стали более дорогими. Велики потери, вызванные не сохранностью сельскохозяйственной продукции. При отсутствии железных дорог с огромными трудностями осваиваются новые районы, в том числе и месторождения нефти в Тюменской области. При этом приходится преодолевать дополнительные трудности с перегрузочными операциями, так как при малой густоте железных дорог невозможно подвести подъездные пути к большинству крупных предприятий.

Следует отметить, что до настоящего времени освоенные территории обеспечивались железными дорогами, построенными в основном до 1917 года. За годы Советской власти прирост сети железных дорог и территории, которые стали осваиваться благодаря строительству новых стальных магистралей, незначительны. В основном построены дороги, которые способствовали освоению новых районов, Турксиб, Южно-Сибирская магистраль, дорога на Воркуту и БАМ. И до сих пор огромные территории на севере России не осваиваются при отсутствии средств сообщения.

В свое время была разработана теория поэтапного усиления пропускной способности железнодорожных линий. Она предполагала осваивать возрастающие объемы перевозок за счет усиления технического оснащения в первую очередь существующих магистралей. Основоположником теории этого развития проводной способности железных дорог предполагали, что грузооборот сети и отдельных линий систематически возрастает. В последние десятилетия для освоения возрастающих объемов перевозок на существующих линиях повышали размеры движения за счет электрификации железных дорог и перевода их на тепловую тягу. Однако новая политическая обстановка в связи с созданием суверенных государств требует изменения технической политики развития железнодорожного транспорта. Так, в настоящее время существующие двухпутные, особо загруженные электрифицированные железнодорожные линии в состоянии обеспечить выполнение более 200 млн. т/км перевозок в год в обоих направлениях [8]. Магистральный грузооборот всей сети железных дорог бывшего СССР составляет около 4 000 млрд. т/км. Если условно пойти на создание только особо загруженных двух путных дорог, таких как Транссибирская магистраль, то для освоения всего максимального грузооборота сети потребовалось бы всего только около 20000 км железных дорог. Но при такой короткой условной длине многие промышленные города оказались бы отрезанными от железных дорог. Поэтому в данных обстоятельствах внимание необходимо уделять усилению пропускной способности существующих однопутных или строительство новых железных дорог. Сегодня экономика России подошла к новому этапу преобразований, который определяет отрасли новые условия функционирования. Прежде всего - оптимизация промышленного производства.

Это меняет динамику падения на динамику роста объема перевозок, что значительно повышает требования к надежности и устойчивости робот всего железнодорожного транспорта. Необходимо продолжить активную работу по привлечению всех источников доходов в железнодорожном транспорте, используя все возможности формирующейся системы фирменного транспортного обслуживания.

В будущем необходимо остановить тенденцию снижения инвестиций в развитие технической базы и обновления основных фондов. При спаде объемов перевозок за 4 года на 40 % капиталовложения железнодорожного транспорта сократились в 2,5 - 3 раза, а размеры государственной поддержки более чем в 30 раз. Сегодня эксплуатируется 1/3 технических средств, выработавших срок своей службы, что просто недопустимо.

Серьезным направлением повысить деятельность является обновление подвижного состава. В отрасли высока доля изношенного подвижного состава. Выработали ресурсы пассажирские электровозы, некоторые серии магистральных тепловозов дизель - поездов, грузовых электровозов постоянного тока на железных дорогах: Октябрьской, Свердловской, Горьковской. Оздоровление пассажирского вагонного парка планируется проводить за счет увеличения объема капитально - восстановительного ремонта и разработки вагонов повышенной комфортабельности, а так же организации их серийного производства.

На современном этапе следует оптимизировать структуру управления. Здесь реального эффекта можно добиться только за счет изменения функции управления во всех звеньях на основе возможностей информатики. Особого внимания заслуживает предложение руководства Восточно-Сибирского железнодорожного управления, которое разрабатывает новую, двух- уровневую систему управления дорогой. Главное при этом - обеспечение надежности работы отрасли, сохранение и улучшение социального положения железнодорожников.

4.2 Настоящее и будущее железнодорожного транспорта

Магнитоплан или Маглев (от англ. magnetic levitation) -- это поезд на магнитном подвесе, движимый и управляемый магнитными силами. Такой состав, в отличие от традиционных поездов, в процессе движения не касается поверхности рельса. Так как между поездом и поверхностью движения существует зазор, трение исключается, и единственной тормозящей силой является сила аэродинамического сопротивления. Относится к монорельсовому транспорту [16].

Скорость, достижимая маглев, сравнима со скоростью самолёта и позволяет составить конкуренцию воздушным сообщениям на малых (для авиации) расстояниях (до 1000 км). Хотя сама идея такого транспорта не нова, экономические и технические ограничения не позволили ей развернуться в полной мере: для публичного использования технология воплощалась всего несколько раз. В настоящее время, Маглев не может использовать существующую транспортную инфраструктуру, хотя есть проекты с расположением элементов магнитной дороги между рельсов обычной железной дороги или под полотном автотрассы.

На данный момент существует 3 основных технологии магнитного подвеса поездов:

· На сверхпроводящих магнитах (электродинамическая подвеска, EDS)

· На электромагнитах (электромагнитная подвеска, EMS)

· На постоянных магнитах; это новая и потенциально самая экономичная система.

· Существуют проекты магнитных дорог с различными видами магнитного подвеса, например, Tubular Rail предлагает отказаться от рельса как такового, и использовать лишь периодически расставленные кольцевые опоры.

Состав левитирует за счёт отталкивания одинаковых полюсов магнитов и, наоборот, притягивания разных полюсов. Движение осуществляется линейным двигателем, расположенным либо на поезде, либо на пути, либо и там, и там. Серьёзной проблемой проектирования является большой вес достаточно мощных магнитов, поскольку требуется сильное магнитное поле для поддержания в воздухе массивного состава.

Наиболее активные разработки маглев ведут Германия и Япония.

Достоинства:

· Теоретически самая высокая скорость из тех, которые можно получить на серийном (не спортивном) наземном транспорте.

· Низкий шум.

Недостатки:

· Высокая стоимость создания и обслуживания колеи.

· Вес магнитов, потребление электроэнергии.

· Создаваемое магнитной подвеской электромагнитное поле может оказаться вредным для поездных бригад и/или окрестных жителей. Даже тяговые трансформаторы, применяемые на электрифицированных переменным током железных дорогах, вредны для машинистов, но в данном случае напряжённость поля получается на порядок больше. Также, возможно, линии маглева будут недоступны для людей, использующих кардиостимуляторы.

· Потребуется на высокой скорости (сотни км/ч) контролировать зазор между дорогой и поездом (несколько сантиметров). Для этого нужны сверхбыстродействующие системы управления.

· Требуется сложная путевая инфраструктура. Например, стрелка для маглева представляет собой два участка дороги, которые сменяют друг друга в зависимости от направления поворота. Поэтому маловероятно, что линии маглева будут образовывать мало-мальски разветвлённые сети с развилками и пересечениями.

Реализованные Маглев:

Ш M-Bahn в Берлине

Первая публичная система маглев (M-Bahn) построена в Берлине в 1980-х годах.

Дорога длиной 1,6 км соединяла 3 станции метро от железнодорожного узла Gleisdreieck до выставочного комплекса на Potsdamer Strasse. После долгих испытаний дорога была открыта для движения пассажиров 28 августа 1989 г. Проезд был бесплатный, вагоны управлялись автоматически без водителя, дорога работала только по выходным дням. В районе, куда подходила дорога, предполагалось провести массовое строительство. Дорога была построена на эстакадном участке бывшей линии метро U2, где движение было прервано в связи с разделением Германии и разрушениями во время войны. 18 июля 1991 линия перешла в промышленную эксплуатацию и включена в систему метро Берлина.

После разрушения Берлинской стены население Берлина фактически удвоилось и потребовалось соединить транспортные сети Востока и Запада. Новая дорога прерывала важную линию метро, а городу требовалось обеспечить высокий пассажиропоток. Через 13 дней после ввода в промышленную эксплуатацию, 31 июля 1991, муниципалитет принял решение демонтировать магнитную дорогу и восстановить метро. C 17 сентября дорога была демонтирована, а позднее -- восстановлено метро.

Ш Бирмингем

Нескоростной маглев-челнок ходил от Бирмингемского аэропорта к ближайшей железнодорожной станции в период с 1984 по 1995 гг. Длина трассы составляла 600 м, и зазор подвеса составлял 1,5 см. Дорога, проработав 10 лет, была закрыта из-за жалоб пассажиров на неудобства и была заменена традиционной монорельсовой дорогой.

Ш Шанхай

Неудача с первой маглев-дорогой в Берлине не отпугнула немецкую компанию Transrapid -- дочернее предприятие Siemens AG и ThyssenKrupp -- от продолжения исследований, и позже компания получила заказ от китайского правительства на строительство высокоскоростной (450 км/ч) маглев-трассы от шанхайского аэропорта Пудун до Шанхая. Дорога открыта в 2002 году, её длина составляет 30 км. В будущем её планируется продлить на другой конец города до старого аэропорта Хунцяо и далее на юго-запад до города Ханчжоу, после чего её общая длина должна составить 175 км.

Ш Япония

В Японии испытывается дорога в окрестностях префектуры Яманаси по технологии JR-Maglev (Рис.3). Скорость, достигнутая в процессе испытаний MLX01-901 с пассажирами 2 декабря 2003, составила 581 км/ч.

Рис. 3. JR-Maglev на трассе в Яманаси

Там же, в Японии, к открытию выставки Expo 2005 в марте 2005 введена в коммерческую эксплуатацию новая трасса. 9-километровая линия Линимо (Нагоя) состоит из 9 станций. Минимальный радиус -- 75 м, максимальный уклон -- 6 %. Линейный двигатель позволяет поезду разгоняться до 100 км/ч за считанные секунды. Линия обслуживает территорию, прилегающую к месту проведения выставки, университету префектуры Айти, а также некоторые районы Нагакутэ. Поезда изготовлены компанией Chubu HSST Development Corp.

4.2.3 Современные высокоскоростные сети железных дорог

Ш Тайваньская высокоскоростная железная дорога [17]

Тайваньская высокоскоростная железная дорога (THSR) -- высокоскоростная железнодорожная система, проложенная вдоль западного побережья Тайваня. Её длина в настоящий момент составляет 335,5 км, построенный участок соединяет Тайбэй и Гаосюн. Дорога открылась для регулярного пассажирского движения 5 января 2007 года.

THSR использует технологию японской высокоскоростной сети Синкансэн. Состав Taiwan High Speed 700T был произведён консорциумом японских компаний во главе с Кавасаки. Общая стоимость проекта оценивается в 15 миллиардов американских долларов и является одной из самых дорогостоящих транспортных систем в мире из числа построенных на частное финансирование. Скорость поездов достигает 300 км/ч, общее время пути из Тайбэя в Гаосюн занимает 90 минут (по сравнению с 4,5 часами для обычного поезда). Для тех поездов THSR, которые останавливаются на всех станциях, полное время в пути составляет два часа. В настоящее время генеральным менеджером корпорации Taiwan High Speed Rail Corp. является Чинь-дер Оу, председателем совета директоров -- Нита Инь.

Ш Синкансэн

Синкансэн («новая магистраль») -- высокоскоростная сеть железных дорог в Японии, предназначенная для перевозки пассажиров между крупными городами страны. Принадлежит компании Japan Railways. Первая линия, Токайдо-синкансэн, была открыта между Осакой и Токио в 1964 году. В настоящее время она является наиболее загруженной. Максимальная скорость движения поезда (на маршруте Нодзоми на перегоне между Хиросимой и Хакатой) составляет 300 км/ч [15].

Линии синкансэна электрифицированы по системе однофазного переменного тока 25 кВ 60 Гц.

Рис. 4. Японский Синкансен. Поезд 500-й серии на станции Киото, Март 2005

железнодорожный транспорт транспортный система

Ш Нодзоми

Нодзоми -- самый быстрый маршрут высокоскоростных поездов на линиях синкансэна Токайдо и Санъё. Введён в эксплуатацию 14 марта 1992 года. Скорость и время поездки его поражают. Путь от станции Токио до станции Син-Осака (515,4 км) занимает 2 часа 25-37 минут; до станции Хаката (1069,1 км) -- от 4 часов 50 минут до 5 часов 20 минут. Максимальная скорость движения на поездах 300-й серии составляла 270 км/ч. В настоящее время на линии Санъё-синкансэн на поездах 700-й серии составляет 285 км/ч, а на поездах 500-й и N700-й серий -- 300 км/ч. Поезда маршрута Нодзоми занимают второе место по скорости среди коммерчески эксплуатируемых в мире поездов (после шанхайского маглева).

5. Экология на железнодорожном транспорте

На долю железнодорожного транспорта приходится 75% грузооборота и 40% пассажирооборота транспорта общего пользования в РФ. Такие объемы работ связаны с большим потреблением природных ресурсов и, соответственно, выбросами загрязняющих веществ в биосферу. Однако по абсолютным значениям загрязнение от железнодорожного транспорта значительно меньше, чем от автомобильного. Снижение масштабов воздействия железнодорожного транспорта на окружающую среду объясняется следующими основными причинами:

· низким удельным расходом топлива на единицу транспортной работы (меньший расход топлива обусловлен более низким коэффициентом сопротивления качению при движении колесных пар по рельсам по сравнению с движением автомобильных шин по дороге);

· широким применением электрической тяги (в этом случае выбросы загрязняющих веществ от подвижного состава отсутствуют);

· меньшим отчуждением земель под железные дороги по сравнению с автодорогами (одна полоса движения для автодорог I и II категорий составляет 3,75 м, соответственно для автодороги с четырьмя полосами движения ширина проезжей части равна 2х7,5 м, с шестью полосами -2х11,25 м; под обочины отводится 3,75 м; железнодорожная колея имеет ширину 1,52 м, соответственно на двухпутную железную дорогу будет приходиться 10-12 м).

Несмотря на перечисленные позитивные моменты, влияние железнодорожного транспорта на экологическую обстановку весьма ощутимо. Оно проявляется, прежде всего, в загрязнении воздушной, водной среды и земель при строительстве и эксплуатации железных дорог. Выбросы загрязняющих веществ от подвижных источников составляют в среднем 1,65 млн. т в год. Основное загрязнение происходит в районах, где в качестве локомотивов используют тепловозы с дизельными силовыми установками.

Рис. 5. Отработанные газы дизелей тепловозов

При работе магистральных тепловозов в атмосферу выделяются отработавшие газы, по составу аналогичные выхлопам автомобильных дизелей (Рис. 5). Одна секция тепловоза выбрасывает в атмосферу за час работы 28 кг оксида углерода, 17,5 кг оксидов азота, до 2 кг сажи [2]. Но тепловозные дизели при поездной работе имеют более стабильный режим нагрузок, так как регулирование скорости производится с помощью электротрансмиссии, а дизель работает с малыми отклонениями частот вращения. В связи с этим выделение загрязняющих веществ значительно сокращается [6, 7, 8].

Вместе с тем, маневровые тепловозы работают в переменных режимах с частыми троганиями, ускорениями и торможениями. В этом случае выброс отработавших газов значительно возрастает. Аналогичный характер загрязнений наблюдается у тепловозов отделений временной эксплуатации, обеспечивающих перевозки строительных и других грузов к участкам и объектам проведения строительных работ.

Источники загрязнения окружающей среды объектами железнодорожного транспорта [6, 8, 11]:

· Тепловозы отделений временной эксплуатации;

· Магистральные и маневровые локомотивы;

· Предприятия промышленного железнодорожного транспорта;

· Вагоны с пылящими стройматериалами;

· Вагоны с токсичными и пылящими грузами, нефтепродуктами;

· Пассажирские вагоны с печным отоплением;

· Локомотиво-вагоноремоитные заводы;

· Отопительные агрегаты;

· Щебеночные заводы.

Притрассовый автотранспорт, строительные, путевые и ремонтные машины обеспечивают проведение строительных и ремонтных работ на железнодорожных путях и полосе отвода, что также приводит к загрязнению окружающей среды отработавшими газами, пылью, нефтепродуктами.

Помимо выбросов продуктов сгорания топлива, ежегодно при перевозке и перегрузке грузов из вагонов в окружающую среду поступает около 3,3 млн. т руды, 0,15 млн. т солей и 0,36 млн. т минеральных удобрений. Более 17% развернутой длины железнодорожных линий имеют значительную степень загрязнения пылящими грузами. При остановке и трогании поездов из буксируемых колесных пар выливаются жидкие смазочные материалы. Из вагонов-цистерн на пути и междупутье, во время перевозок, вследствие не герметичности клапанов и сливных приборов цистерн, не плотностей люков теряются нефтепродукты. Они просачиваются через почвенные горизонты и загрязняют грунтовые воды.

Из пассажирских вагонов происходит загрязнение железнодорожного полотна сухим мусором и сточными водами. На каждый километр пути выливается до 180 - 200 м. куб. водных стоков, причем 60% загрязнений приходится на перегоны, остальное - на территории станций.

До настоящего времени пассажирские вагоны не полностью переведены на электроподогрев. При работе печного отопления в вагонах, для которого используется каменный уголь, в атмосферу выделяется большое количество соединений серы, углекислого и угарного газа и других вредных компонентов.