Транспортное развитие России на этапе новой индустриализации

Новый этап индустриализации должен в первую очередь сосредоточиться на создании и развитии индустрий жизнеобеспечения России, в составе которых ведущими и определяющими являются такие важнейшие комплексы как энергетика, транспорт и жилищно-коммунальное хозяйство. Наличие большой, пространственно-протяженной территории, местами еще слабо освоенной и заселенной, делает особо актуальной проблему эффективного и доступного транспортного обслуживания, что необходимо как для обеспечения социально-экономической целостности и политического единства территории, так и для достижения необходимой экономической эффективности производства в сложившейся в мире системе разделения труда. Транспортную проблему, естественно, необходимо рассматривать в тесной взаимосвязи с другими жизнеобеспечивающими проблемами, — энергетической и жилищно-коммунальной (проблемой расселения и урбанизации).

Начальный этап индустриализации в России, как и везде в мире, характеризовался интенсивным развитием индустрии промышленного производства (Индустрии-1), которая в значительной степени определяла направления технологического развития всех других сфер деятельности, в том числе и комплексов жизнеобеспечения. Но не всегда и не везде развитие индустрии промышленного производства создавала условия для адекватной индустриализации сфер жизнеобеспечения (индустрий-2). Часто возникали несоответствия, нестыковки в технологическом развитии этих индустрий, поскольку сферы жизнеобеспечения по характеру своей деятельности предъявляют особые требования к продуктам, производимым индустрией промышленного производства. Это несоответствие особенно выпукло проявляется на примере транспортной отрасли. Например, современная индустрия автопрома заполонила города своими изделиями, в результате чего возникли многочисленные транспортные проблемы в городах и ближайших к этим городам магистралях. В итоге транспортная ситуация в крупных городах как России, так и всего мира обострилась, что не позволяет считать сформировавшиеся здесь транспортные комплексы индустриальными. Актуальной становится задача создания новых индустрий жизнеобеспечения, построенных по требованиям эффективности и качества именно самих этих процессов жизнеобеспечения.

В данной работе рассматриваются эффективные направления создания и развития индустрий жизнеобеспечения на примере транспортной отрасли, основанные на принципиальных особенностях данной отрасли. Эти особенности существенно отличны для отдельных видов перевозок – грузовых, пассажирских, магистральных и внутригородских (местных).

Индустриальное направление развития характеризуется прежде всего резким повышением эффективности деятельности. Для транспорта такую эффективность можно определить совокупностью физически измеримых показателей, применимых к транспортной системе в целом, а не к какому-либо отдельному элементу этой системы (виду подвижного состава, элементу путевого хозяйства и т.д.). По величине этих показателей можно сравнить между собой различные виды транспорта и выделить в результате ведущий, приоритетный вид транспорта, определяющий возможности транспортной системы ново индустриального этапа развития.

Сегодня среди известных 300 видов и разновидностей транспортных систем [1] формируются и особо уникальные системы по скоростным и энерго затратным показателям, к числу которых относится, в частности, вакуумный магнито-левитационный транспорт (ВМЛТ) [2,3,4]. Этот вид транспорта использует нетрадиционный способ поддержания, — магнитный подвес в вакуумной среде.

Транспорт принято оценивать по следующим основным группам критериев — скорость (сообщения, перемещения, перевозок), безопасность, удобство (комфорт), экономичность, экологичность. Значимость каждого критерия зависит от вида перевозок. Естественно, что для пассажирских перевозок важнейшими критериями будут безопасность, удобство и скорость, а для грузовых – экономичность. Критерий экологичности, т.е. снижения негативного воздействия на окружающую среду, в одинаковой степени важен для всех видов перевозок.

Сравним основные виды транспорта по критерию экономичности, т.е. по удельному расходу энергии на единицу транспортной работы. Этот показатель можно считать одним из ведущих при определении степени индустриализации процесса функционирования транспортной системы. Для грузового транспорта в качестве обобщенного показателя экономичности транспортной работы принимается энергозатраты на тонно-километр. Для пассажирского транспорта такой единицей считаются энергозатраты на пассажиро-километр, где условной перевозимой единицей считается так называемое пассажиро-место. Транспортные издержки будут минимальны, если выбранный вид транспорта будет затрачивать при перевозке минимальный объем общественно значимых ресурсов. Критерий удельных энергозатрат У (удельный расход энергии) имеет размерность килоджоуль на тонно-километр (Кдж\ткм) (для грузовых перевозок).

Величина удельных энергозатрат У определяется формулой

У = N /М х V, (1)

где

N – Полезная мощность тяговой машины (тягового двигателя) транспортной системы,

M – Масса перевозимого груза,

V — Скорость, с которой перевозится груз транспортной системой.

Принимаются следующие размерности применяемых величин:

N – Мощность в киловаттах (Квт), мегаваттах (Мвт) (1 Квт = 1Кдж/секунду),

M – Масса в тоннах,

V – Скорость в метрах в секунду (километрах в секунду).

Для сравнения видов грузового транспорта по энергетическим показателям выбираем наиболее распространенные виды транспортных систем, находящиеся в эксплуатации, а также перспективные экспериментальные образцы новых видов транспорта. Результаты сравнения по критерию У с указанием значений определяющих величин сведены в нижеприведенную таблицу 1 [5]. Виды транспорта приводятся в таблице упорядоченными по мере увеличения значения критерия У .

Таблица 1.

Энергетические показатели различных грузовых транспортных систем

Как видно из приведенной выше таблицы, наилучшие параметры по выбранному критерию энергетической эффективности перевозки грузов обладает традиционный водный транспорт водоизмещающего типа, затем идет железнодорожный транспорт классического типа. У последней характеристики энергозатрат оказываются ниже других видов наземного и воздушного транспорта.

Для пассажирских перевозок в формуле расчета энергозатрат

У = N /М х V

вместо М (массы груза) используется П (количество перевозимых пассажиров), поэтому размерность энергозатрат выражается в килоджоулях на пассажиро-километр (КДж/Пкм).

Результаты сравнения различных видов пассажирского транспорта по критерию удельных энергозатрат представлены в таблице 2.

Таблица 2. Энергетические показатели различных пассажирских транспортных систем

Из рассмотрения данных таблицы 2 следует, что наиболее экономичным транспортом для пассажирских перевозок является традиционный электропоезд, двигающийся с маршрутной скоростью до 130 км/час. Не очень сильно отстают от него по показателю энергозатрат современные высокоскоростные поезда TGV и Сапсан. По этому показателю высокоскоростные поезда имеют значительные преимущества перед современными аэробусами.

Итак, на основе вышеприведенных сравнительных оценок, можно сделать заключение, что ведущим звеном развития транспортной сети на этапе новой индустриализации должен быть традиционный рельсовый транспорт (железнодорожный). Положительная особенность этого вида транспорта состоит в потенциальной возможности полной управляемости перевозок, обеспечении высокой производительности и общедоступности. Железнодорожная сеть полностью защищена от таких негативных явлений, характерных для автомобильного транспорта, как заторы (пробки) на дорогах, стихийно возникающих затруднений движения. Для грузовых перевозок, для которых критерий скорости перевозок не является определяющим (в пределах определенных достижимых значений этого показателя), на позиции ведущего транспорта выходит традиционный железнодорожный с электрической тягой.

Для современных традиционных транспортных технологий уже сейчас очевидно, что основными лимитирующими их факторами и тормозом прогресса являются недостаточные предельные скорости транспортных средств (ТС), низкая транспортная эффективность, пропускная и провозная способности транспортных магистралей. В частности, на железнодорожном транспорте России для изначально используемой технологии движения «колесо–рельс», наметились проблемы при последовательном достижении транспортом двух технологических пределов роста скорости ТС.

Первый предел связан с ограничением динамики разгона и торможения ТС, зависящим от сцепления колеса с рельсом и с надёжностью токосъема на постоянном и переменном токе. Второй предел связан с ограничением возможности дальнейшего повышения скорости ТС свыше 500 км/ч. обусловленным ростом в третьей степени аэродинамического сопротивления его движению. В первом случае, логичным видится переход на бесконтактные (маглев) или магнитолевитационные транспортные (МЛТ) принципы организации движения ТС, которые активно развиваются в настоящее время, в том числе, и в нашей стране [4, 6].

В технологии «атмосферного» МЛТ по мере роста скорости движения, пропорционально 3-ей степени возрастает аэродинамическое сопротивление движению ТСР, и, при достигнутых уже сейчас рекордных скоростях порядка 1000 км/час, основная часть мощности привода ТС вынужденно затрачивается на преодоление этого аэродинамического сопротивления, определяя пределы применимости и этой прогрессивной технологии.

Концепция ВМЛТ является примером эффективной конвергенции магнитолевитационной, сверхпроводниковой и вакуумной технологий для наземного транспорта, позволяющей ему в потенциале достигать скорости движения ТС порядка 6500 км/час и более, при весьма высокой пропускной способности магистрального путепровода, приемлемой стоимости перемещения пассажиров и грузов, и рекордно низких затратах энергии. Так, по данным [7] перевозка 1800 пассажиров на расстояние 1 км. требует затрат энергии в пределах 1 кВтчас, и 0,004 кВтчас/т-км грузов.

Конечно, использование только одного обобщенного энергетического показателя Урэ (и связанного с ним модифицированного, — P) недостаточно, чтобы описывать и управлять такой сложной системой, какой является транспортный комплекс. Одномерная модель для любого транспорта не в состоянии адекватно отразить сложные многомерные и динамические процессы и взаимосвязи системы. Необходимо при разработке физической экономики для транспорта (как и для других систем жизнеобеспечения) разрабатывать целый набор взаимосвязанных физически измеримых показателей [8].

Целесообразно использовать еще так называемый показатель «транспортной эффективности» (С), равный отношению скорости ТС в [м/с] к его удельным энергозатратам в [Дж/кг*м]. С помощью этого показателя можно оценить удельные скоростные преимущества ТС при сравнении различных транспортных систем.

В Таблице 3 показаны результаты сравнения по данному критерию некоторых традиционных видов транспорта, а также и приводится оценка одной из перспективных конструкций дирижаблей инновационного типа и сверхвысокоскоростной ТС «ВМЛТ».

Таблица 3. Сравнительные характеристики различных видов транспорта по показателю транспортной эффективности

* — в пересчёте к первичным энергоносителям;

** — транспортная эффективность-отношение скорости к удельным энергозатратам;

Из этого сравнения очевидно, что транспортная эффективность ТС ВМЛТ на несколько порядков выше величины транспортной эффективности всех остальных сравниваемых здесь традиционных видов транспорта, и, также, в разы выше самого эффективного из сравниваемых в данной Таблице, но, пока ещё гипотетического, — инерциального трубопроводного вида транспорта.

Таким образом, по уровню энергетической и транспортной эффективности, ВМЛТ не имеет себе равных среди остальных видов транспорта. Она вполне справедливо претендует на роль основной, или центральной, магистральной ТС, для предлагаемых к созданию в России инновационных транспортных систем. ВМЛТ идеально отвечает нуждам XXI века.

Транспортная система России на этапе новой индустриализации должна иметь в своей структуре два типа систем – высокоскоростную для пассажирских перевозок и традиционную для грузовых и пригородным (местных) перевозок.

Требования обеспечения высокой скорости и безопасности перевозок для магистрального пассажирского транспорта могут быть выполнены только при определенном устройстве пути, путевого хозяйства и организации движения. Это предполагает создание выделенного огороженного пути, свободного от других видов движения (грузового и пригородного пассажирского), преимущественную прокладку путей по мостам, эстакадам, путепроводам, виадукам, тоннелям.

Для высокоскоростного движения, так же, как и в Западной Европе и других странах, должны быть оборудованы специальные магистрали (высокоскоростные магистрали – ВСМ), по которым движение совершается специальным подвижным составом, способным развивать скорость свыше 300 км.\час.

Поезда системы TGV, получившие широкое распространение в Западной Европе, представляют собой образец современной высокоскоростной железнодорожной транспортной системы. Эти поезда двигаются в штатном (нормальном эксплуатационном режиме) со скоростью 350 км/час. Каждый железнодорожный состав перевозит в среднем 900 пассажиров. За всю историю эксплуатации поездов этого типа (с 1981 года) не было ни одного случая гибели пассажиров. Этому способствовала особая организация всего путевого хозяйства и конструкция подвижного состава, в частности, применение общих тележек на стыке двух соседних вагонов. Следует учесть, что для обеспечения безопасности скоростная железнодорожная магистраль системы TGV при развитии скорости более 500 км/час, требует для своего торможения до полного останова путь в 15 км.

В России до настоящего времени нет ни одной высокоскоростной железнодорожной магистрали. В конце 90-х годов прошлого века в РФ был подготовлен первый проект такой высокоскоростной магистрали по маршруту Санкт-Петербург- Москва (ВСМ) [9]. Согласно этому проекту ВСМ должна была органично вписаться в формируемую транспортную сеть Европейской территории России. Она позволила бы развести пассажирские и грузовые потоки между двумя городами. Однако, вышеописанный проект ВСМ не был реализован. Принят и реализован компромиссный вариант – по существующим путям Октябрьской железной дороги запущен скоростной поезд импортного производства «Сапсан» (германской фирмы Сименс). Итак, к настоящему времени в России нет современных высокоскоростных магистралей для пассажирского сообщения.

Сейчас в мире общая длина ВСМ составляет 17 тысяч километров. Для ряда стран они являются ведущим инфраструктурным звеном для всех транспортных систем. На первом месте по протяженности ВСМ находится Китай (см. таблицу 4).

Таблица 4. Протяженность ВСМ (в км.) по странам мира

Для современной высокоскоростной транспортной системы, которая должна быть создана в России, существует еще один важнейший показатель ее эффективности — это размер движения Р , который определяется соотношением, обратно пропорциональным минимально допустимому интервалу движения в одну сторону, т.е.

Р = 2/ , где

— интервал движения в одном направлении.

Этот показатель устанавливает максимально возможную провозную способность по перевозкам и максимально достижимые объемы пассажироперевозок по магистральны, т.е. максимальную транспортную мощность линии. Можно показать [10], Xnj что эта мощность будет определяться размером движения Р , расстоянием S и временем перемещения на это расстояние согласно соотношению

М = W х Р х T х1/ S/ V -W х T х2 / S., (5)

где W – пассажиро-вместимость состава.

В этом соотношении (5) отсутствует величина маршрутной скорости V , что практически означает, что маршрутная скорость подвижного состава магистральной линии, которая обслуживает транспортные терминалы двух связанных транспортных узлов, не влияет на максимально возможную мощность этой линии по доставке пассажиров на фиксированное расстояние. С ростом маршрутной скорости уменьшается время в пути, но, с другой стороны, — уменьшается и размер движения, ввиду увеличения расстояния между движущимися друг за другом поездами, т.е. увеличения минимально допустимого интервала движения.

Тем не менее, повышение маршрутной скорости пассажирских поездов, создание высокоскоростных железнодорожных магистралей является перспективным направлением развития транспортных систем. Это уменьшает потери времени населения при перемещении, увеличивает степень доступности культурных и экономических центров для жителей отдаленных территорий. Это также делает реальными суточные (оборачиваемые в срок одних суток) поездки в прежде недоступные для такого режима места.

В заключении оценим потенциальные способности отечественного сухопутного транзита в направлении Восток-Запад по сравнению с традиционным водным маршрутом, которым пользуются страны Юго-Восточной Азии (Китай, Вьетнам, Япония и др.) для перевозок в Западную Европу. В качестве критерия здесь целесообразно использовать совокупные энергозатраты на перемещение тонны груза из точки отправления в точку прибытия (в килоджоулях на тонну), т.е. P = У р э х L (размерность кДж/тонну), где L — расстояние. Результаты сравнения двух способов доставки груза (морской и железнодорожный) для транзита Европа-Азия приведены в таблице 5 на основе данных [10]. Здесь же приведена оценка аналогичного Российского транзита Китай-Западная Европа с помощью транспортной системы ВМЛТ.

Таблица 5.

Совокупные показатели удельных энергозатрат и времени доставки для различных СТ и способов перевозки грузов.

И здесь также совершенно очевидно преимущество ВМЛТ на базе ЕТ3 по всем сравниваемым параметрам, причём, по основному, целевому параметру,- Р – совокупным энергозатратам, — они меньше почти на порядок величины, т.е. почти в 10 раз лучше.

Магнитолевитационный (МЛТ) «атмосферный» транспорт является перспективным первым этапом развития высоко,- и сверхвысокоскоростного наземного транспорта. В стратегической перспективе, реализация этого проекта и его передовой отечественной разработки «МагТранСиТи» [4,6] в комбинации с вакуумной магнитолевитационной технологией (ВМЛТ), позволит добиться, например, сверхскоростного транспортного соединения акваторий Тихого и Атлантического океанов через Евразийский континент по территории России, и откроет новые возможности создания межконтинентальных транспортных магистралей, развития целого ряда новых технологических решений в области энергетики, сверхпроводимости, криогеники, способных существенно изменить экологическую ситуацию в мире в сторону значительного улучшения. При этом Россия может реализовать мощную экспортную составляющую в виде транзитного грузового потока, в частности, между, странами Азиатско-Тихоокеанского региона и Европой.