Оценка эффективности видов наземного транспорта для массовых грузовых перевозок

Полный текст

Введение

В современном мире прочно устоялись географические центры производства и потребления. Первый расположен в Юго-Восточной Азии и включает Китай, но не ограничивается им, второй – в Европе, преимущественно в ее западной части. На протяжении многих лет наблюдается устойчивый товарооборот между этими регионами, в последние годы показывающий рост. В связи с необходимостью обеспечить регулярные массовые грузовые перевозки между Юго-Восточной Азией и Европой актуален вопрос эффективности использования различных видов наземного транспорта.

Несмотря на значительно более интенсивный поток грузов из стран Юго-Восточной Азии в Европу, их перемещение в обратном направлении также имеет место (рис. 1). Снижение объемов товарооборота в результате мирового экономического кризиса, наблюдающегося с 2008 г., не смогло переломить общую тенденцию, что косвенно подтверждается активной проработкой проектов Шелкового пути, Шелкового ветра и им подобных со стороны Китая.

 

Рис. 1. Мировые транспортные потоки

 

Наиболее емкий по грузообороту маршрут – Deep Sea (Южный морской путь), проходящий через Суэцкий канал, – не отвечает условиям ускорения движения товарно-денежной массы (рис. 2). Это открывает возможности для разработки новых видов транспорта и новых способов транспортировки [1].

 

Рис. 2. Маршруты Северного и Южного морского пути

 

В европейских странах, несмотря на относительно низкую протяженность маршрутов грузовых перевозок, также возникла потребность в прорывных технологиях грузоперевозок. С одной стороны, она объясняется экологическими мотивами. С другой стороны, ряд стран, в том числе Швейцария, нуждаются в повышении эффективности транзита через собственную территорию. Со стороны стран Южной Европы, в свою очередь, возникает запрос на повышение скорости грузовых перевозок на дальние расстояния – в страны Северной и Восточной Европы, в Россию.

Анализ

Исходя из нынешнего уровня развития техники и технологий, а также перспектив их развития для сравнения эффективности использования для массовых грузовых перевозок, определены следующие виды транспорта:

• традиционный железнодорожный;
• высокоскоростной железнодорожный (ВСМ);
• магнитолевитационный (на электромагнитном подвесе, электродинамическом подвесе, на основе постоянных магнитов);
• вакуумный;
• струнный.

Эффективность видов транспорта оценивали по следующим параметрам:

1. стоимостные характеристики (детализация стоимости строительства инфраструктуры, себестоимость перевозок);
2. эксплуатационные характеристики;
3. экологические характеристики и безопасность.

Стоимость строительства инфраструктуры железнодорожного транспорта зависит от условий строительства и местных условий. Так, в России стоимость строительства новой неэлектрифицированной линии начинается от 500–600 млн руб. за 1 км пути. Электрификация линии добавляет более 30 % к указанной стоимости.

Себестоимость грузовых перевозок традиционным железнодорожным транспортом на российских железных дорогах в действующих ценах не превышает 600 коп. за 10 ткм [2].

Затраты на сооружение пассажирских ВСМ существенно выше. Так, стоимость строительства магистрали между Москвой и Петербургом ВСЖМ-1 по каждому из двух вариантов финансирования составляет более 1 трлн руб., или 1,52 млрд руб. за 1 км пути (на 2012 г.) [3], магистрали Москва – Казань ВСМ-2 – 1,26 трлн руб., или 1,64 млрд руб. за 1 км пути (на 2017 г.) [4].

Затраты на ВСМ, предназначенные для регулярных грузовых перевозок, превышают указанные значения, однако точных цифр нет, поскольку реальные проекты находятся в стадии разработки. Наибольший интерес к данному виду перевозок проявляет Открытое акционерное общество «Российские железные дороги» (ОАО «РЖД»), а также Итальянская железнодорожная ассоциация инженеров [2, 5]. Проведя параллели с пассажирским движением, можно утверждать, что проект грузовой ВСМ будет иметь более высокую себестоимость перевозок по сравнению с традиционной железной дорогой [6].

Стоимость строительства магнитолевитационной магистрали для разных проектов имеет разброс от 500 млн руб. до 1,4 млрд руб. за 1 км пути. Более дорогими являются линии, в которых для левитации применяются постоянные магниты, в силу значительной стоимости последних как несущего элемента инфраструктуры. Наиболее дешевыми здесь выступают проекты легкого пассажирского транспорта на электромагнитном или электродинамическом подвесе.

Особенностью линий, основанных на магнитной левитации, является возможность их эстакадного исполнения, в результате их инфраструктура может быть разделена на активную и пассивную. Пассивная часть инфраструктуры является аналогом неэлектрифицированной железнодорожной линии [7, 8]. Так, Научно-образовательный инженерный кластер «Российский Маглев» («РосМаглев») стоимость 1 км пассивной инфраструктуры для магнитолевитационных магистралей оценивает менее чем в 450 млн руб., что сопоставимо со стоимостью 1 км пути по «Проекту “Белкомур”» [9, 10]. Общая же стоимость 1 км пути проекта «РосМаглев» соответствует 1 млрд руб. за счет применения инновационных решений в области постоянных магнитов [11].

В отношении проектов магнитной левитации следует рассмотреть отдельно технологию на постоянных магнитах и остальные технологии.

Подвесы электродинамический (Maglev, Япония) и электромагнитный (Transrapid, Китай) не применяются в грузовых перевозках. Более того, серьезных разработок в данной области не проводилось, так как укрупненные расчеты показали, что энергозатраты на создание и поддержание левитации будут неоправданно высокими. В противоположность упомянутым технологиям, постоянные магниты обеспечивают перманентную левитацию, что компенсируется излишне высокой стоимостью инфраструктуры. Решение данной проблемы в российских условиях позволило выйти на расчетную величину эксплуатационных расходов на 24 % ниже традиционной железной дороги [11–13].

Стоимость строительства вакуумной магистрали включает в себя затраты на строительство магнитолевитационной линии и на возведение устройств для создания и поддержания технического вакуума. К таким устройствам относятся форвакуумные насосы, геттеры или высоковакуумные насосы. Экономическая оценка создания и поддержания вакуума отсутствует, при этом, по мнению специалистов, для протяженной трубы высокого диаметра такие затраты будут очень высокими.

Строительство 1 км трассы струнного транспорта оценивается на уровне 800 млн руб. без учета проектных работ под один путь в условиях опытного полигона. Себестоимость перевозок струнным транспортом не определена. Задекларировано снижение эксплуатационных расходов в 2 раза по сравнению с традиционным железнодорожным транспортом, однако информации об эксплуатационных расходах для грузовой линии нет. Учитывая конструктивные особенности струнного транспорта, можно прогнозировать высокие затраты на инспекцию и техническое обслуживание линии [14].

Резюмируя стоимостные характеристики использования различных видов транспорта для массовых грузовых перевозок, можно сделать следующие выводы:

• самая низкая стоимость инфраструктуры характерна для традиционного железнодорожного транспорта;
• наименьшая себестоимость перевозок обеспечивается магнитолевитационным транспортом на постоянных магнитах по технологии «РосМаглев»;
• наименьшую коммерческую выгоду на современном уровне развития техники и технологии предлагает вакуумный транспорт.

Вопрос эксплуатационных характеристик железнодорожного транспорта глубоко проработан. В США и Канаде курсируют составы длиной свыше 100 вагонов, каждый из которых несет по 2 контейнера. Инфраструктура и сами вагоны рассчитаны на скорости 140 и выше км/ч. Однако суточная скорость доставки грузов по-прежнему невысока. Например, в проекте «Транссиб за семь суток» ставится амбициозная цель – проходить 1400 км за 1 сутки [15].

Итальянский проект грузовой ВСМ предполагает достижение скорости 250 км/ч. Однако при этом длина состава не превышает 16 вагонов с 2 контейнерами на каждом [5].

В эксплуатационные характеристики проекта «РосМаглев» заложена длина состава 71 условный вагон, что соответствует максимальной длине состава на российских железных дорогах. Каждая транспортная единица способна нести морской контейнер. При этом рациональная длина поезда зависит от тормозного пути состава. При планируемой по проекту «РосМаглев» скорости 250 км/ч эта величина превышает 3 км. Технологически скорость может быть увеличена до 500 км/ч, однако используемая сегодня тара (контейнеры) не способна выдерживать действия возникающих сил.

Проекты вакуумного транспорта, в частности, Hyperloop, предполагают движение единичных транспортных средств, что технологически неэффективно. Кроме того, на заявленных скоростях (до 1000 км/ч) возникает обозначенная проблема целостности контейнеров. Эксплуатация же на скорости 250 и ниже км/ч не требует создания вакуумного пространства, что ставит под сомнение целесообразность проектов вакуумного транспорта в целом [16].

По эксплуатационным характеристикам на лидирующих позициях оказывается проект «РосМаглев», наименьшая эффективность достигается при использовании вакуумного транспорта.

С точки зрения экологичности и безопасности перевозок железнодорожный транспорт за последние десятилетия добился существенного прогресса. Однако более экологичными оказываются магнитолевитационный и вакуумный виды транспорта, что обусловлено отсутствием от них выбросов и иных видов загрязнения, в том числе шумовых.

В области безопасности магнитолевитационный транспорт является самым конкурентоспособным, особенно по сравнению с вакуумным. Это связано с тем, что в искусственной вакуумной среде существуют повышенные риски из-за скачка плотности среды. При малейшем нарушении концентрации частиц газа перед транспортной единицей возникает своеобразная стена, с которой происходит столкновение. При существующем уровне развития техники и технологий вакуумный транспорт становится наиболее опасным из всех рассмотренных видов наземного транспорта.

Результаты

Сравнительная характеристика эффективности видов наземного транспорта для массовых грузовых перевозок представлена на рис. 3.

 

Рис. 3. Итоговая таблица эффективности видов наземного транспорта для массовых грузовых перевозок

 

Для массовых грузовых перевозок транспортом будущего, по мнению авторов, является магнитолевитационный на постоянных магнитах по российской технологии «РосМаглев», позволяющей существенно оптимизировать затраты на строительство инфраструктуры.

Второе место можно отдать традиционному железнодорожному транспорту. Однако при невысоком объеме спроса на перевозки и при внедрении энергоэффективного тягового подвижного состава высокоскоростной грузовой железнодорожный транспорт может составить конкуренцию, особенно в странах с развитой сетью ВСМ.

Последнее место уверенно занимает вакуумный транспорт. На сегодня технологии вакуумного транспорта еще сырые, и трудно спрогнозировать, осуществим ли проект, подобный Hyperloop. По оценкам специалистов, с учетом нынешнего уровня научно-технического прогресса и динамики его изменения для доведения транспортной технологии до стадии внедрения требуется от 30 до 50 лет. Поэтому можно говорить о том, что время магнитолевитационного транспорта как следующей ступени развития железнодорожного транспорта уже пришло. Это уже доказано как технологически, так и экономически. Придет ли время вакуумных технологий как следующей ступени развития магнитолевитационного транспорта – станет ясно через 20–25 лет.

Выводы

Целесообразность внедрения магнитолевитационного транспорта для массовых грузовых перевозок очевидна. Используемые в настоящее время в разных странах технологии для перемещения пассажиров, базирующиеся на магнитной левитации, уже зарекомендовали себя как выгодные, безопасные и удобные. Техническая зрелость таких технологий позволяет учесть все достижения при возведений магнитолевитационных линий для грузового движения, что весьма перспективно в свете острой необходимости поиска альтернативных морским способов перевозок.

Несмотря на текущий уровень разработок по проектам, связанным с вакуумным и струнным транспортом, их практическая реализация – задача отдаленного будущего, требующая значительных вложений на этапах тестирования и временных затрат, а также глубокой оценки безопасности.

Об авторах

Сергей Александрович Смирнов

Научно-образовательный центр инновационного развития пассажирских железнодорожных перевозок ФГБОУ ВО ПГУПС

Автор, ответственный за переписку.
Email: noc-pgups@yandex.ru

старший научный сотрудник

Россия

Ольга Юрьевна Смирнова

Научно-образовательный центр инновационного развития пассажирских железнодорожных перевозок ФГБОУ ВО ПГУПС

Email: noc-pgups@yandex.ru

научный сотрудник

Россия

Список литературы

Дополнительные файлы