Контактный провод в будущее

Его судьбой как представителя электротранспорта в самом широком смысле слова, способного доехать до будущего, вплотную занимаются в недрах вузовской науки. А именно — на кафедре «Электротехнические комплексы» факультета мехатроники и автоматизации Новосибирского государственного технического университета.

Дипломная работа не кончается...
— Поступил на специальность «электрический транспорт», пожалуй, потому, что всю жизнь рядом с железной дорогой жил и на электровозы с детства смотрю, — мой спутник Егор Спиридонов быстрым шагом ведет меня в лабораторию по коридорам своей alma mater. — Когда на диплом вышел, мне предложили эту тему — энергосбережение. Интересно было сразу — проблематика насущная, всегда актуальная, предела совершенству тут нет... Одним словом, работы непочатый край. К тому же с такой тематикой попадаем, как говорится, в струю: внедрение, развитие — разработки не в стол, а в чистом виде прикладная наука.

Сегодня Егор — преподаватель, ассистент кафедры и один из членов команды, замечательно подобравшейся в нужное время в нужном месте. Среди зачинателей — доктор технических наук, профессор, декан факультета и заведующий кафедрой Николай Щуров, занимающийся энергосбережением на электрическом транспорте. Коллега Спиридонова Михаил Вильбергер в 2006 году получил грант мэрии на реализацию проекта «Разработка энергосберегающих многопульсных выпрямителей для тяговых подстанций электрического транспорта г. Новосибирска». А уже спустя два года, в 2008-м, Егор с товарищами начинает осваивать грант на проект «Разработка тягового привода троллейбуса с накопителем энергии».

На борту и за бортом — порядок
Новосибирцы наверняка заметили, что с недавних пор на улицах появились троллейбусы, внешним обликом выгодно отличающиеся от своих заслуженных собратьев. Однако, помимо декоративных отличий (красивых аккуратных боков, цифрового табло в салоне, показывающего маршрут и даже температуру «за бортом», и прочих видимых глазу деталей), троллейбусы разделяются на два лагеря — «старых» и «новых» прежде всего благодаря начинке.

— Когда к тяговой сети подключаем машину постоянного тока, — рассказывает Егор о «старичках», — мы не можем сделать этого напрямую — агрегат попросту сгорит. Самый простой способ решить проблему — подключаться к сети через реостат, создавая сильное сопротивление. Ток ограничивается, машина успешно подключена к сети, троллейбус едет.

Однако с современной колокольни энергетики очевиден катастрофический недостаток такой системы — реостат попросту греет воздух, распыляя излишнюю для троллейбуса энергию в никуда. Ключевая же, с точки зрения потребления энергии, фаза — разгон троллейбуса. Именно в эту часть цикла движения происходят как самое значительное потребление троллейбусом энергии из сети, так и значительнейшие же потери. Порядки таких потерь поражают: на реостатах теряется около ПОЛОВИНЫ энергии, потребляемой троллейбусом. Именно этот аспект спровоцировал разработку и внедрение новой технологии.

— Реостатов там нет. Новым — импульсным — способом регулируется подвод напряжения: агрегат не заглатывает прожорливо ток из сети, а порциями получает его по мере необходимости. Неудержимое и неэффективное потребление энергии при разгоне троллейбуса сглаживается электронной начинкой.

Следующим закономерным шагом стала идея использовать кинетическую энергию, вырабатываемую при торможении троллейбуса либо при спуске его вниз по улицам. На рогатых «старичках» эта «излишняя» энергия опять же попросту гасится реостатом, в то время как могла бы успешно преобразовываться двигателем вновь в электрическую, которую уже можно возвращать в сеть. Получается дополнительная (вдобавок к импульсной подаче тока на разгоне) экономия: избыточная энергия возвращается на цикле торможения.

— Но есть ряд системных ограничений, — поясняет Егор. — Далеко не всегда такой возврат энергии можно организовать с точки зрения самой тяговой сети. И вот в этом случае энергию, вырабатываемую при торможении, можно оставлять и накапливать тут же — «на борту» троллейбуса.

А доля энергии торможения от общего энергопотребления троллейбуса при городском цикле движения (Спиридонов с коллегами по кафедре специально проводили научно-исследовательскую работу на эту тему) составляет около тридцати процентов. Эту треть можно привычно разбазаривать, а можно накапливать. И это опять же дополнительно к той экономии, которая получается при замене реостатной системы на импульсную.

Именно эта идея воплотилась в упомянутом проекте «Разработка тягового привода троллейбуса с накопителем энергии», расширившемся и обросшем дополнительными нюансами и решениями.

— Ведь накопленную при торможении в конденсатор энергию логично можно использовать при том самом наиболее энергетически затратном режиме разгона.

К тому же (аспект не первостепенной значимости, но для городской жизни троллейбуса немаловажный) благодаря накопителю получаем на борту источник энергии для автономного движения на случай аварии, — Спиридонов обещает, что метров триста их троллейбус самостоятельно вполне пройдет. А этого, к слову, вполне достаточно, чтобы отъехать с перекрестка или оживленного участка дороги, чтобы притулиться где-нибудь в тихом месте, не мешая городскому транспортному потоку.

Продвижение идеи
В лаборатории «Электроподвижного состава» в шестом корпусе НГТУ привкус мальчишеской дерзкой мечты ощущается особенно отчетливо. Словно пара великанов — троллейбус и трамвай — скинула на входе громоздкие плащи-салоны, оставила в прихожей трости-рога и расположилась в просторном полуподвальном помещении.

— Здесь у нас действующий тяговый привод троллейбуса — полностью вся начинка, только без кузова. Также полностью — две трамвайные тележки, — Егор хлопает по кажущемуся в помещении огромным колесу трамвая. — Оснащение, кстати, производящее неизгладимое впечатление на гостей университета: выходят из лаборатории с настроением «Ах!» — мало у кого есть такое: это ведь не просто экспонат, а все работающее.

Как о немаловажном базисе сегодняшних разработок Егор говорит и о старшем поколении профессорско-преподавательского состава НГТУ:

— Это люди богатейшего кругозора, во многом, кстати, благодаря тому, что многие из них непосредственно связаны с производством.

Деталь для работы Спиридонова с коллегами, кстати, весьма существенная: с блеском в глазах он говорит о том, что сегодня и студенты, и молодые ученые из НГТУ имеют возможность выйти хоть на троллейбусное депо (чтобы, например, проверить какой-то режим работы подвижного состава), хоть на железную дорогу, практически на любое предприятие города — не вопрос.

Однако для переноса идеи о троллейбусном накопителе с бумаги в осязаемое «железо» нужны были, помимо всего прочего, немалые финансы. Посодействовал бизнес-инкубатор НГТУ, оказывающий организационную помощь в коммерциализации разработок. Там-то и порекомендовали Спиридонову с соратниками подать заявку на конкурс грантов мэрии.

— Тема, что называется, сработала, грант взяли, — рассказывает Егор о новом импульсе напряжения в контактном проводе идеи. — Стало проще: смогли купить конденсаторы у российских производителей в Курске и вот на этой нашей базе воплотили свои задумки: приобрели накопитель, собрали систему управления и начали гонять свой стендовый «троллейбус».

Конечно, откровенно признается Спиридонов, не все шло гладко, что-то попросту сожгли — опыта работы непосредственно с железом было мало. Но в итоге получили работающий образец.

— И самое главное, что мы уже именно практически получили результат в тридцать процентов экономии за счет нашего накопителя. А это была одна из важнейших задач — доказать работоспособность системы, и мы это сделали.

Экипаж практикующих оптимистов
Об актуальности энергосбережения на транспорте уже сегодня говорят простые емкие цифры: до половины (!) всех эксплуатационных расходов в электротранспортном комплексе идёт на оплату потреблённой электроэнергии. Троллейбус на этом поле лишь наиболее очевидный пример, если мы ведем речь о городском режиме движения. Так, трамвай несколько более независим (своё полотно, хоть и занимаемое время от времени автомобилями), метро и вовсе живет по своим законам: ни тебе светофоров, перекрестков, пешеходов и пробок. Однако, так или иначе, разработки подобного рода, безусловно, ступеньки на лестнице оптимизации электротранспорта в целом: вычленив принципиальное решение, вполне можно, с учетом специфики, найти ему применение в любом другом виде транспорта, жизнь которого зависит от электрической энергии.

К слову, все та же кафедра «Электротехнические комплексы» совсем недавно завершила научно-исследовательскую работу, результаты которой перекликаются с генеральным планом Новосибирска — в перспективе в нашем городе предполагается строительство двух линий скоростного трамвая (по сути — облегченный вариант метрополитена).

А это уже шаг на пути практического понимания необходимости выстраивать энергетическую и транспортные схемы соответственно требованиям времени. Тем более что наглядные тенденции такого развития в мире уже есть: в густонаселенной Европе все большее распространение получают так называемые зеленые зоны — значительная часть города закрывается для автомобильного транспорта. Вариантов передвижения остается немного и один из них — скоростной трамвай, выведенный на отдельную эстакаду.