CC BY
3
Интеллект. Инновации. Инвестиции /Intellect. Innovations. Investments • № 2, 2024
ТРАНСПОРТ
Научная статья
УДК 656.072 https://doi.org/10.25198/2077-7175-2024-2-43
ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ, ОБСЛУЖИВАЮЩИХ МАРШРУТЫ ГОРОДСКОГО НАЗЕМНОГО ТРАНСПОРТНОГО КОМПЛЕКСА
Д. А. Дрючин1, Н. Н. Якунин2, Н. В. Якунина3
Оренбургский государственный университет, Оренбург, Россия
1 e-mail: dmi-dryuchin@yandex.ru
2 e-mail: yakunin-n@yandex.ru
3 e-mail: nat.yakunina56@yandex.ru
Аннотация. Городской пассажирский транспортный комплекс - это комплекс видов транспорта и инфраструктурных объектов, объединённых единой целью - удовлетворение транспортных потребностей городского населения с заданными показателями качества. Комплекс является важнейшей частью инфраструктуры современных городов и обеспечивает выполнение ряда ключевых функций. Условием эффективной работы транспортного комплекса является сбалансированное развитие подсистем, входящих в его структуру, что в свою очередь обуславливает необходимость формирования методической базы, определяющей условия такого развития.
Исходя из обозначенных положений, сформулирована цель проводимого исследования, которая заключается в повышении эффективности эксплуатации транспортных средств, обслуживающих маршруты городского наземного пассажирского транспортного комплекса, на основе результатов оценки их экологической безопасности и энергетической эффективности.
Для достижения поставленной цели необходимо решение ряда задач:
- изучение и анализ содержания научно-исследовательских работ, нормативных и технических документов в области оценки экологической безопасности энергетической эффективности транспортных средств;
- разработка методики оценки и сравнительного анализа экологической безопасности и энергетической эффективности транспортных средств, обслуживающих маршруты городского общественного транспорта;
- оценка экологической безопасности различных категорий транспортных средств, обслуживающих маршруты городского наземного пассажирского транспортного комплекса;
- обобщение и анализ полученных результатов, формулирование выводов и практических рекомендаций. При проведении исследования использован подход, предполагающий: моделирование параметров энергопотребления транспортных средств, реализующих различные технологии топливно-энергетического обеспечения и сравнительную оценку показателей, определяющих их энергоэффективность и экологическую безопасность в условиях движения по городским пассажирским маршрутам. Исходя из реализуемого подхода, в работе применены методы системного и статистического анализа исходной информации, математического моделирования и методы многокритериальной оценки полученных результатов.
Основным результатом исследования являются численные значения показателей энергоэффективности и экологической безопасности транспортных средств, реализующих различные технологии топливно-энергетического обеспечения в условиях городского наземного пассажирского транспортного комплекса, что составляет научную новизну выполненного исследования.
Использование полученных значений при оценке эффективности перевозки пассажиров транспортными средствами различных категорий, позволяет обеспечить формирование парка транспортных средств на основе результатов многокритериального анализа.
Одним из направлений дальнейших исследований, предполагающих использование полученных результатов, является разработка комплексной методики определения оптимальной структуры и согласованного формирования подсистем, входящих в состав городского наземного пассажирского транспортного комплекса.
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License. This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License. ©Д. А. Дрючин. Н. Н. Якунин, Н. В. Якунина, 2024
Ключевые слова: энергоэффективность, экологическая безопасность, пассажирские перевозки, городской пассажирский транспорт, топливно-энергетическое обеспечение, транспортные средства.
Для цитирования: Дрючин Д. А., Якунин Н. Н., Якунина Н. В. Оценка экологической безопасности и энергетической эффективности транспортных средств, обслуживающих маршруты городского наземного транспортного комплекса // Интеллект. Инновации. Инвестиции. - 2024. - № 2. - С. 43-55. - https://doi.org/10.25198/2077-7175-2024-2-43.
Original article
ASSESSMENT OF ENVIRONMENTAL SAFETY AND ENERGY EFFICIENCY OF VEHICLES SERVING THE ROUTES OF THE URBAN GROUND
TRANSPORT COMPLEX
D. A. Dryuchin1, N. N. Yakunin2, N. V. Yakunina3
Orenburg State University, Orenburg, Russia
1 e-mail: dmi-dryuchin@yandex.ru
2 e-mail: yakunin-n@yandex.ru
3 e-mail: nat.yakunina56@yandex.ru
Abstract. The urban passenger transport complex is the most important part of the infrastructure of modern cities and provides a number of keyfunctions. The condition for the effective operation ofthe transport complex is the balanced development of the subsystems included in its structure, which in turn necessitates the formation of a methodological framework that determines the conditions for such development.
Based on the indicated provisions, the purpose of the study is formulated, which is to increase the efficiency of the operation of vehicles serving the routes of the urban ground passenger transport complex, based on the results of an assessment of their environmental safety and energy efficiency. To achieve this goal, it is necessary to solve a number of tasks:
- study and analysis of the content of research papers, regulatory and technical documents in the field of environmental safety assessment of energy efficiency of vehicles;
- development of a methodology for assessing and comparative analysis of environmental safety and energy efficiency, vehicles serving urban public transport routes;
- assessment of environmental safety of various categories of vehicles serving the routes of the urban ground passenger transport complex;
- generalization and analysis of the results obtained, formulation of conclusions and practical recommendations. During the study, an approach was used that assumes: modeling of energy consumption parameters of vehicles
implementing various technologies offuel and energy supply and a comparative assessment of indicators determining their energy efficiency and environmental safety in traffic conditions on urban passenger routes. Based on the implemented approach, the methods of system and statistical analysis of the initial information, mathematical modeling and methods of multi-criteria evaluation of the results are used in the work.
The main result of the study is the numerical values of the indicators of energy efficiency and environmental safety of vehicles implementing various technologies offuel and energy supply in the conditions of urban ground passenger transport complex, which is the scientific novelty of the study.
The use of the obtained values in assessing the efficiency of passenger transportation by vehicles of various categories allows for the formation of a fleet of vehicles based on the results of a multi-criteria analysis.
One of the directions of further research involving the use of the results obtained is the development of a comprehensive methodology for determining the optimal structure and coordinated formation of subsystems that make up the urban ground passenger transport complex.
Key words: energy efficiency, environmental safety, passenger transportation, urban passenger transport, fuel and energy supply, vehicles.
Cite as: Dryuchin, D. A., Yakunin, N. N., Yakunina, N. V. (2024) [Assessment of environmental safety and energy efficiency of vehicles serving the routes of the urban ground transport complex]. Intellekt. Innovacii. Investicii [Intellect. Innovations. Investments]. Vol. 2, pp. 43-55. - https://doi.org/10.25198/2077-7175-2024-2-43.
Введение
Городской пассажирский транспортный комплекс -это комплекс видов транспорта и инфраструктурных объектов, объединённых единой целью - удовлетворение транспортных потребностей городского населения с заданными показателями качества. Многогранная роль городского пассажирского транспортного комплекса определяется рядом выполняемых функций, к числу которых относятся: удовлетворение транспортных потребностей всех слоёв населения, в том числе лиц с ограниченными возможностями, старшее поколение, молодежь и другие слои населения, которые не могут водить или приобрести в собственность автомобиль. Городской пассажирский транспорт способствует развитию экономики городских территорий, предоставляя удобные способы транспортировки для персонала и увеличивая доступность мест работы и бизнес-объектов. Групповой характер перевозок способствует кратному уменьшению загруженности улично-дорожной сети, уменьшению транспортных заторов на городских улицах. Следствием снижения интенсивности городского движения является уменьшение потребления различных видов топлив, основу которых составляют невозобновляемые углеводородные энергоносители. Снижение потребления углеводородов приводит к соответствующему уменьшению образования продуктов сгорания, включающих в свой состав токсичные компоненты и парниковые газы. Наибольшая эффективность обозначенных тенденций проявляется при согласованном формировании структурных параметров транспортного комплекса, создающего условия для эффективного внедрения современных технологий топливно-энергетического обеспечения, представляющих высокую эффективность использования энергоресурсов и снижение отрицательного воздействия на окружающую среду.
Под термином «топливно-энергетическое обеспечение» понимается совокупность взаимосвязанных технологических процессов и связанных с ними методов, обеспечивающих доставку энергоносителя на борт транспортного средства, его хранение и преобразование с целью последующего преобразования в механическую энергию.
Обзор литературы по теме исследования
Проблемы повышения экологической безопасности и энергетической эффективность транспортных средств, в том числе, транспортных средств, обслуживающих маршруты городского наземного транспортного комплекса, тесно взаимосвязаны между собой и, в той или иной степени, рассмотрены в работах, посвящённых применению альтернативных видов топлив и источников энергии. Как правило, альтерна-
тивная транспортная энергетика формируется, исходя из применения альтернативного энергоносителя в совокупности с разработанной инновационной технологией его применения.
Обычно, в качестве альтернативы традиционным углеводородным топливам нефтяного происхождения, для транспортных средств, обслуживающих маршруты городского пассажирского транспорта, рассматриваются углеводородные газообразные топлива (метан) и электроэнергия. Следует отметить, что электричество целесообразно рассматривать не как самостоятельный вид энергии, а как способ её передачи от стационарной энергетической установки.
Исследованиям в области применения углеводородных газовых топлив на автомобильном транспорте посвящены труды Е. В. Бондаренко, Е. Г. Григорьева, В.И. Ерохова, Б. Д. Колубаева, В. Льотко, В. Н. Луканина, Н. Г. Певнева, А. С. Ти-щенко, А. С. Хачияна, и других авторов [5; 6; 9; 15; 16; 22]. В работах этих исследователей рассмотрены технико-экономические, технологические и экологические аспекты применения углеводородных газов в качестве автомобильных топлив.
Вопросам применения электроэнергии на автомобильном транспорте и решению проблем, связанных с формированием электротранспортных систем, посвящены труды Д. В. Капского, О. А. Михалева,
A. А. Штанга [4; 22].
Исходя из единства экологических и энергетических аспектов эксплуатации транспортных средств, при проведении литературного обзора рассмотрены научные труды и нормативные документы в области транспортной экологии. К числу таких работ относятся труды
B. К. Азарова, М. А. Арсланова, А. Аслама (А. Aslam), Е. В. Бондаренко, А. В. Васильева, С. Ву Wu), В. В. Донченко, А. А. Ипатова, Ю. И. Кунина, В. Ф. Ку-тенева, В. Н. Ложкина, О. В. Ложкиной, А. В. Рузского, И. Ф. Сулейманова, П. Трипати (Р. ТпраШ), Ю. В. Трофи-менко, А. А. Филиппова, Н. А. Хрипача, В. Н. Щербакова, М. Р. Якимова и других авторов [2; 7; 8; 11; 12; 13; 14; 18; 19; 20; 23; 24; 25; 26; 27; 28].
Вопросам экономической оценки экологического ущерба посвящены труды Л. Л. Абржиной, В. К. Азарова, А. И. Артемникова, Е. Р. Магарил, О. Е. Медведевой, В. Ф. Кутенева [1; 3; 10].
По результатам литературного обзора можно сделать предварительный вывод о том, что, несмотря на значительный объём проведённых исследований, отсутствует систематизированная информация, позволяющая сравнить энергетические характеристики и экологические показатели практического применения различных источников энергии и связанных с ними технологий топливно-энергетического обес-
печенея в рнмках ооктхьныи тр систем.
ННсходя ин обгсночениой гт)ьКленьх сФорлунщю-кнне цель иесс^орос;н^ия ^ пхх1^1нн^е;еих еМфекьнвности эксикоотации тьоо^^морткыо хэндсав, и)Оьля>аси^;^с щихмаршрусыгнродсхтнь ыоземного пассажирского янанс^с^КРкого королноса, на оннои тезтлиоытон сцоиски их вкоиргтресктй безоихтносхи р экнигеточны скоо еффептивностк.
л)eopeьрмоcкaы чалхь
Загртныенве воздушнн ео бассэта являстсяртр6о-
л^^х зыеоиоой оо^то^Е^рян^е^^^ пгаеского ущерба, связятного сэпcплеэтгщисT траиспоргных средств. ь>пионие трыоспорнаса нтма сф^ные вхзнух определился ои^^мнео^т^х^ншн^н^ь^р^: выбросами токсичных веществ; выбросами парниковых газов; потреблением атмоеферного мослерода.
Илходя рз песення предооавлеоных составляющих, примриительно к городскому наземному транс-шаиоихма' аымпоексу целнаообразно оеенеделить, как относительную величину, приходящуюся на одного перевезённого пассажира:
йй ЩМТЙ р й,ЩМПАР р Й,ЩМПР (1)
а" ОПт ' ( ;
где
ЙРРМтв - суммаркош ущерб от выброса токскнвыт з^е^к^естн,вре.; ^ЩИщр - сущмарный опникО фт выНроса иартшковых зазов,руп.; й/Ппр ~ суммьрнош упанИ от испвльзоФанис рнинодного ртзурса, отЮ
Расчёт вломчины1 эоолопнсскагхощерба опреде- кьмитетом Российской Федерации по охране окружа-ляется по методиве, утвер>вдённой Государственным ющей среды от 09.03.1999 г.:
йищи^щщд-ейй о».-^, (2)
УУД - показателк°инльного ущер.о ^ымнсЛ)е^онопе? возр^в^дев эктномичесанго аайнна ЫФ, роб./усл. т; т. - фактическаямассапроизводимого г-го вида загрязняющего вещества, т; и т- лоэФФтщрхнг онноомояиьусй фколтгзофсройуюаснктза Т-рт зывсязитющеговеызртва; kЭ - коэффицие нт эколог илеспни своп-оии дродан ас^г^о^^гитш.
УщнрТ ос ныбррвы -аз.]е-1ШФ^о]]. г£оие(yгceкислый газ) определяется по формуле:
У,СЛЭЛ4Р = (] _ НРЕГ )( УС02 ] НГ<° , (3)
где
У О - уднлы^зIЙткoлаоирнсней вщерС а оорв'о'пления о врюоррерный воздух одной тонны углекислого газа, руб./т;
Нс0 - фактичесгао масоа пocыaкиушеro в aтмoеферныувoзннaкcлеIаIcиФгo тазНр т.;
SpЕГ - едрвый оатффипрент рдеюного (^с^^рзт^еыин^ыбртсов оapуоиoвыр газоо, опpеиcJIяeмый с учетом достижения углероднойнейтральностисубъекта РоссийскойФедерации.
Оценка экологического ущерба, связанного с по- Д. И. Щербаковым [9]. Для расчёта численного зна-треблением природных ресурсов (кислорода), произ- чения данной составляющей использована формула: водится в соответствии с методикой, предложенной
фвУЭЫ0 =3,45- З*. Ну-Ки, (4)
ЗК - восстановительнаястоимость свободного кислорода, руб./т; КИ -коэффициентиндексации цен; QТ - вес израсходованноготоплива,т.
Исходя из условий преобразования экергиине-возобновляемых природных ресурсов, все технологии топливно-энергетического обеспечения транспортного комплексаможно разделить на два вида: со стационарными и с мобильными энергетическими установками. К первому виду отнесены технологии, используемые в электротранспортных системах, где прзобргзнвалие энеозио пооззвоонтса нн элегаро-станции. Вворой тли - использование ооансплноиын оаедсое, осницённых оепновыми иоигаиел^]ло.
НО^ та>е1нз1с(еиене1н средотв, зеана^^юезцаа есехнн-лога^^с^в^ю схему взтаого вида, оцевка аВтеего эколо-гниесаогвущнрта о^оосзЕЮз^изто исхадя лз ознинины
про&гоных зтологически-
ми стандартами, разработанными для транспортных средств различных экологических классов.
Для транспортных средств, эксплуатируемых в транспортных системах, реализующих технологическую схему первого вида (стационарные энергетические установки), оценка экологического ущерба производится исходя из способа преобразования онерют и онергеаиаосгах потьнсгфиеё передаче от стационарного источника к мобильному транспорт-ноь° нредсов. Оценквэнтртнэффекгаоности технологий данного вида производится исходя из величины слимаазого 1ШД,наозделяемогн по фиръгле:
0Ы1Днг = П^еяхяИн^ыíH • П(ы^Тлзр) -П^св^), (5)
СЗЫдНолоИ - езОнца^ре: то ноиезпоги онйсояня л^^{^(^е^сге преобдиоед.;
П^ОЯ/oеOе7оее л" оНедиз ]^oо(Я0)и^))eн'ь полежого дaйcгоия озредающихусодотетв, ед.;
П^ДО с- з.щиН ка сффшщена поиезннго дбйзд^ия! ягюцeccороллыыеJшpеяaния иняcxодовтния энергии н;а Ннаб^ т,д)из1сВ1(^дзгно^д гролнаба,
Для решения поствояенньД ;^с^тхо)Смиди^(^гД ст зpoодaceленот оинное6 игнозбтстсT инпоинпанрез тогнснонаных зистепо ое^л^^;^рн)щих тех-иОдооия поРтоск л впадого ^идГн плоaтоeпнн роянэт оязнганлдpaе, aогбooоaмеIг илыoбеспeдeния иоиже-пня пяccaждpcтия тpaacпopтлзгx с родотя^пск^тно лтпрв)щтxcя но иоазгoнок междя лeтaдтвадpымт пунктами, в хcлoг«нк озйствро нoвьлрхдoсти сило-
ГЫИ (T0K00З^0T.
гдн
тк
Тт
ТТВ
Исходя из результатов преобразования выражения 6, опртдвнннoяыражение для расчёта удельных затрат энергии, необходимой для перемещения пасса-
ДВрЖЗВИС eлocонoемонзocхeдcооe)0бслуживаю-гceло мaоPВЯтгокоacкягoпвн]ллогo таажирского транспортного комплекса, представлено как чередова-хдзaоюIваepaотоycхеpeшюгO( роономзрного и рав-нозамедленного движения на перегоне между остано-вочтыми пу нктами .
Тяговая сила, действующая на ведущие колёса транспортного средства, определяется из уравнения тилового баланса:
(6)
жирского транспортного средства на расстояние один километр:
Т + тт +Т = п,
-тяговая силанаведущихколёсахавтотранспортногосредства,Н;
- сила инер=ан, Н(
- силатрзниг зочзння, Н;
- стла сбпзютивлвnни возоока, Н.
Л _ ТК1 ' ^Р ТК11 ' '^д=п п,3 ' ТКШ ' ^т
пни о о ' (7)
"ОСТ
¥п - тяговаясиланаведущихколёсахврежиме разгона, Н; Бр -расстояние,преодолеваемоетранспортным средством в режиме разгона, м;
F - тяговая сила на ведущих колёсах в режиме равномерного движения, Н; Sa=0 - расстояние,1феодолеваемоев реяшме равномерного движения, м; Ркш - тяговая сила на ведущих колёсах в режиме торможения, Н; ST - расстояние, преодолеваемое в режиме торможения, м; SОСТ - среонее расстояниемежи осненодочными гценкеями, юг.
Поставки эиедгив дляорелчиортным срадртв, рр-ализующих т хнологию топливно-энергет ческого обеспечения первого вида, как правило, осуществляются в рамкахедннем оеергрвдчррлеН риртсмы Российской Федерации, включающей в свой состав стационарные энергетические установки различного типа. В качентвеистсегиеа воздей-
ствия на окружающую среду рассматриваются лишь энергетические ус ановки, преобразующие тепло-
в°н> энертию, оЯг>веующуюря при одислечии углеводородных топлив. Исходя из этого, при оценке экологического ущерба необходимо учесть долю энергии, гетррирреелю стергеенуескими уртнигетами данного типа. Исходя из этого, для энергообеспечения городского пассажирского транспортного комплекса тепловыми электростанциями генерируется энергия, объём которой может быть рассчитан по формуле:
Е
А • L • П
^1КМ ГОД ТЕПЛ
КПДС
(8)
где
ПТШЛ - доля энергии, генерируемая тепловыми электростанциями, ед.;
КПДСТ - суммарный коэффициент полезного действия процессов трансформации и передачи энергии к транспортному средству.
Представленная последовательность ярасчётных формул является основой для выполнения сравнительного анализа экологической безопасности и энергоэффективности транспортных средств различных классов в условиях городского наземного пассажирского транспортного комплекса.
Результаты сравнительной оценки экологической безопасности и энергетической
эффективностиразличных категорий транспортных средств
Для практического выполнения расчётов в соответствии с разработанной методикой, проведён анализ информации о параметрах энергоэффективности различных технологий топливно-энергетического обеспечения транспортного процесса. На основе результатов выполненного анализа получены данные, представленные в таблице 1.
Таблица 1. Сравнительный анализ энергоэффективности технологий топливно-энергетического обеспечения транспортного процесса
Звенья энергетической цепи Стационарная энергетическая установка Мобильная энергетическая установка
непрерывная передача энергии дискретная передача энергии
Преобразование тепловой энергии энергетической установкой 38,4 32,5
Понижающая трансформация 95 -
Передача энергии по линии электропередачи 98 -
Понижающая трансформация 95 -
Передача по кабельной линии 99 -
Преобразование энергии тяговой подстанцией 95 - -
Передача энергии по контактному проводу 85 - -
Преобразование энергии зарядной станцией - 97
Заряд и разряд аккумуляторной батареи - 95
Преобразование энергии электродвигателем 87 87 -
Передача механической энергии трансмиссией 97 97 85
Продолжение таблицы 1
Звенья энергетической цепи Стационарная энергетическая установка Мобильная энергетическая установка
непрерывная передача энергии дискретная передача энергии
Передача энергии движителем транспортного средства 98,5 98,5 98,5
Общий КПД передачи 59,2 67,4 83,7
Общий КПД (ЕКПД) 22,9 25,7 27,2
Источник: заимствовано из [8]
Исходя из уравнений силового баланса, состав- пассажирского транспортного комплекса, определе-
ленных в отношении электротранспортных средств, ны показатели энергопотребления, представленные
эксплуатируемых в условиях городского наземного в таблице 2.
Таблица 2. Показатели энергопотребления электротранспортных средств различных классов и пассажиров-местимости
Категория транспортного средства Пассажиро-вместимость, чел. Энерго-потребление, кВтхч/км Энергия, генерируемая тепловыми электростанциями, кВтхч/км
Электробус 22 0,593 0,36
100 1,563 0,949
150 2,224 1,351
Троллейбус 100 1,781 1,082
150 2,532 1,538
Трамвай 150 1,282 0,779
175 1,605 0,975
200 1,927 1,17
250 2,508 1,523
Источник: разработано авторами
На основе данных о значениях удельных выбросов портных средств. Полученные данные представлены тепловых электростанций определены условные про- в таблице 3. беговые выбросы различных категорий электротранс-
Таблица 3. Удельные выбросы тепловой электростанции при выработке электроэнергии для совершения одного километра пробега различными категориями электротранспортных средств
Вид выбросов / объём израсходованного топлива Удельный выброс на 1 кВтхч, г Удельный выброс на 1 км пробега, г
электробус троллейбус трамвай
22 чел. 100 чел. 150 чел. 100 чел. 150 чел. 150 чел. 175 чел. 200 чел. 250 чел.
Объём топлива (метан) 0,221 м3 0,131 м3/км 0,3454 м3/км 0,4915 м3/км 0,393 м3/км 0,5596 м3/км 0,283 м3/км 0,3516 м3/км 0,4259 м3/км 0,5543 м3/км
Сернистые газы ^Ох) 0,0014 0,0008 0,0022 0,0031 0,0025 0,0035 0,0018 0,0022 0,0027 0,0035
Оксиды азота (МОх) 1,4 0,830 2,1882 3,1136 2,4934 3,5448 1,7948 2,2278 2,6978 3,5112
Твердые частицы (сажа) 0,0524 0,031 0,0819 0,1165 0,0933 0,1327 0,0672 0,0834 0,1010 0,1314
Диоксид углерода (СО2) 443 262,7 692,4 985,2 789,0 1121,7 567,9 704,9 853,7 1111,0
Источник: разработано авторами
Для расчёта абсолютной величины годовых выбросов веществ, определяющих экологический ущерб, формщэуемый в результате эксплуатации транспортных средств городского пассажирского транспортного комплекса, кроме величины пробеговых выбросов, необходимо определить численность транспорт-нычсредотв, обтлуишврющих ыододские маршруты и среднюю величину годового пробега единичного транспортного средства.
Необходимая численность транспортных средств определяется исходя из выполнения двух условий [12; 17]:
I - обеспечение заданного интервала движения;
П-ЧттмЩеование провозной способности парка, обеспечивающей возможность вывоза всех пассажи-ротв пепывро1 пикывыхнагррзок.
Обеспечение первого условия определяется неравенством:
д г mm I ^ МАРШ АВТ ~
I *
.у СР
УМАРШ
(9)
где
^^Пт - милыорльно-неыбтыдиыгар чистанности транспортных средств, определяемая исходя из обеспечения интервала движения, ед.;
ЬШРШ - общая протяжённость маршрута (оборотного рейса), км.;
- среднил тоо-отвоо чвиженпм траоополвнлк мнвреов пы маворитт, омИч;
1тах - макыпмальлтпдопустиыомй поволвао плижынио тпынспортныхсредствнамаршруте, час. Численность транспортных средств, обеспечивающая выполнение второго условия, определяется нелывтнсово м:
(Iм
дгтш II ^ '¡¿МАРШ ^МАРШ " АВТ Ш
■L,
Р .уср
МАРШ
(10)
где
бЫЧ—а -максимальныйчасовой объём перевозок на наиболее нагруженном участке маршрута, пасс/час; Р -пассажировместимостьтранспортных средств,обслуживающих маршрут, пасс.
В качестве итогового значения принимается большее из величин, полученных при помощи формул (9) и (10).
Исходя из обозначенных условий, произведено моделирование ооптимальных структурных параметров парка типовых маршрутов городского пассажирского транспортного комплекса. Моделирование выполнено для периодов смены, охватывающих, как пиковые, так и межпиковые временныеинтервалы.
На основе данных, полученных в результате моделирования, определены значения экологического ущерба, производимого различными категориями транспортных средств и определяемые, как функция от годового объёма перевозок. Фрагмент полученных данных представлен нарисунке1.
Таким образом, получены данные, позволяющие произвести формирование структурных параметров парка транспортных средств, обслуживающих маршруты городского наземного пассажирского транспортного комплекса, с учётом установленной величины экологического ущерба.
Заключение
ропомИсходными данными мдля выполнения тнаучной работы послужила информация о составляющих, формирующих величину экологического ущерба,
производимого транспортными средствами, эксплуатируемыми на маршрутах городского наземного пассажирского транспортного комплекса. При расчёте энергопотребления различных категорий транспортных средств учтены показатели энергоэффективности, определяемые величиной суммарного КПД. При помощи разработанной методики произведён расчёт показателей энергопотребления различными категориями транспортных средств. На основе полученных данных, с учётом результатов моделирования структурных параметров парка, определены зависимости экологического ущерба при эксплуатации транспортных средств городского наземного пассажирского ттранспортного комплекса от годового объёма перевозок, что является одним из компонентов научной но-визныданногоисследования.
Полученные данные позволяют сформировать структурный состав парка транспортных средств городского наземного пассажирского транспортного комплекса с учётом экологического ущерба, производимого различными категориями транспортных средств. Оптимизация структурных параметров парка транспортных средств, обслуживающих маршруты городского пассажирского транспортного комплекса, лявляется одним из этапов согласованного формирования структурных параметров подсистем, входящих
в его состав. Разработка методологии согласованного формирования структурных составляющих транс-
портного комплекса является одним из направлений продолжения проводимого исследования.
v© С.
с
ш
Л
н о
си
3
i>.
а
2
о
0> р
с
о
4 о
а
<Т)
600 500 400 300 200 100
/ t ; ' / i t J ✓ s e
/у // t f tf if ' f S
/ t t t / I* f . ^ S — Г
= - J.:' J= , , = = = = ' — -y*
// f _ _ . / f
г
оооооооооооооооо
OOOOOOOOO OO SOOOO pi -t vo 00 о п -t чо x о ci f чо ж о с1
Годовой объем перевозок, тыс. чел.
- -Автобус СУГ-22
- -Автобус КП Г -45
- Автобус КП Г-100
- -Автобус КП Г -150
.....Электробус 22
—Электробус 100
Электробус 150
- • Троллейбус 100
- • Троллейбус 150 —Трамвай 150 =Трамвай 175 —Трамвай 200 ^—Трамвай 250
Рисунок 1. Зависимости экологического ущерба при эксплуатации транспортных средств городского наземного пассажирского транспортного комплекса от годового объёма перевозок
Источник: разработано авторами
Литература
1. Абржина Л. Л., Магарил Е. Р. Методический подход к экономической оценке ущерба атмосферному воздуху // Вестник УГТУ-УПИ. Серия: Экономика и управление. - 2008. - № 2. - С. 100-103.
2. Азаров В. К., Васильев А. В., Кутенёв В. Ф. Современные экологические проблемы эксплуатации автотранспортных средств // Двигатель. - 2022. - № 1-3 (139-141). - С. 50-53. - EDN: CXZGJM.
3. Азаров В. К., Зозулин Е. М., Кутенёв В. Ф. Экологический ущерб от двигателей автомобилей в зависимости от вида потребляемого топлива // Транспорт на альтернативном топливе. - 2022. - № 6 (90). - С. 48-55. -EDN: BIPOMF.
4. Анализ развития различных видов городского электрического транспорта в Полоцке и Новополоцке / Д. В. Капский [и др.] // Наука и техника. - 2022. - Т. 21, № 2. - С. 150-157. - https://doi.org/ 10.21122/2227-10312022-21-2-150-157. - EDN: JHSSJB.
5. Газобаллонные автомобили / Е. Г. Григорьев [и др.]. - М. : Машиностроение, 1989. - 216 с.
6. Дрючин Д. А., Горбачев С. В. Технико-экономический анализ применения сжиженного природного газа на автомобильном транспорте // Интеллект. Инновации. Инвестиции. - 2022. - № 4. - С. 116-127. - https://doi. org/ 10.25198/2077-7175-2022-4-116. - EDN: TSEQVQ.
7. Ложкин В. Н., Буренин Н. С., Медейко В. В. Современные экологические требования к автотранспорту в условиях производства и эксплуатации // Транспорт российской федерации. - 2005. - № 1 (1). - С. 64-65. -EDN: JXZZRZ.
8. Ложкина О. В. Мониторинг и прогнозирование опасного техногенного загрязнения атмосферы парниковыми газами транспорта : монография. - Санкт-Петербург. Университет ГПС МЧС России им. Героя Российской Федерации генерала армии Е. Н. Зиничева, 2023. - 164 с. - EDN: NZAFLN.
9. Льотко В., Луканин В. Н., Хачиян А. С. Применение альтернативных топлив в двигателях внутреннего сгорания / ред.: В. Льотко, В. Н. Луканин. - М. : МАДИ, 2000. - 311 с.
10. Медведева О. Е., Артеменков А. И. Оценка ущерба от загрязнения атмосферного воздуха в России. Современные подходы и методика // Экономика и управление народным хозяйством. - 2019. - № 8 (215). -С. 31- 42. - https://doi.org/ 10.24411/2072-4098-2019-10802.
11. Методические основы организации экологических зон с низкими выбросами автомобильного транспорта : монография / В. В. Донченко [и др.]. - Санкт-Петербург: ИПК «Коста», 2023. - 264 с. - EDN: JATLIJ.
12. Методы расчёта выбросов от автотранспорта и результаты их применения / В. Донченко [и др.] // Журнал автомобильных инженеров. - 2014. - № 3 (86). - С. 44-51. - EDN: SNGMIR.
13. Моделирование оптимального интервала движения пассажирских автотранспортных средств / Н. Н. Якунин [и др.] // Транспорт. Транспортные сооружения. Экология. - 2018. - № 2. - С. 88-100. - https://doi. org/10.15593/24111678/2018.02.10.
14. О тенденциях в автомобилестроении в области снижения негативных воздействий на окружающую среду / А. А. Ипатов [и др.] // Труды НАМИ. - 2010. - № 244. - С. 52-72. - EDN: NGAYCT.
15. Певнев Н. Г., Банкет М. В., Бакунов А. С. Перспективы развития инфраструктуры использования КПГ в Омске // Транспорт на альтернативном топливе. - 2014. - № 5 (41). - С. 7-11.
16. Повышение эффективности функционирования автотранспортного комплекса региона на основе применения альтернативных схем топливно-энергетического обеспечения / А. С. Тищенко [и др.] // Газовая промышленность. - 2020. - № 1 (795). - С. 74-80. - EDN: YKLPYS.
17. Рузский А. В., Кунин Ю. И., Парфенов Е. В. Обеспечение экологической безопасности автотранспортных средств в период эксплуатации: вопросы нормирования и контроля // Журнал автомобильных инженеров. -2012. - № 3 (74). - С. 19-25. - EDN: PEHONV.
18. Системная оценка воздействия улично-дорожной сети на атмосферу урбанизированной территории / Е. В. Бондаренко [и др.] // Вестник Сибирского государственного автомобильно-дорожного университета. -2022. - Т. 19, № 2 (84). - С. 184-197. - https://doi.org/10.26518/2071-7296-2022-19-2-184-197. - EDN: JGFTGV.
19. Трофименко Ю. В., Комков В. И. Актуализированный прогноз численности, структуры автомобильного парка России по типу энергоустановок и выбросов парниковых газов до 2050 года // Вестник Сибирского государственного автомобильно-дорожного университета. - 2023. - Т. 20, № 3 (91). - С. 350-361. - https://doi. org/10.26518/2071-7296-2023-20-3-350-361. - EDN: DDEUBI.
20. Филиппов А. А., Сулейманов И. Ф., Арсланов М. А. Теоретические основы комплексного подхода к оценке экологической опасности автотранспорта на участке урбанизированной территории // Интеллект. Инновации. Инвестиции. - 2019. - № 1. - С. 97-103. - https://doi.org/ 10.25198/2077-7175-2019-1-97. - EDN: YZKKWD.
21. Формирование газозаправочной инфраструктуры, адаптированной к параметрам работы пассажирского маршрутного транспорта / Е. В. Бондаренко [и др.] // Международный научно-исследовательский журнал. -2017. - № 1-4 (55). - С. 25-29. - https://doi.org/ 10.23670/IRJ.2017.55.163. - EDN: XRHGSX.
22. Штанг А. А., Михалева О. А. Проектирование гибридного транспортного средства на основе современных накопителей энергии // Молодой ученый. - 2012. - № 11 (46). - С. 107-109. - EDN: PFXCRR.
23. Щербаков В. Н. Экологическая безопасность автотранспорта // Вестник РУДН. Сер. Экология и безопасность жизнедеятельности. - 2006. - № 1 (13). - С. 167-171. - EDN: HNFYLM.
24. Якимов М. Р. Подходы к формированию эффективной маршрутной сети крупных городов // Вестник Уральского государственного университета путей сообщения. - 2022. - № 3 (55). - С. 107-113. - https://doi. org/10.20291/2079-0392-2022-3-107-113. - EDN: ESGEPA.
25. Aslam A., et al. (2020) Pollution characteristics of particulate matter (PM2,5 and PM10) and constituent carbonaceous aerosols in a south asian future megacity. Applied Sciences (Switzerland). Vol. 10, No. 24, pp. 1-17. (In Eng.).
26. Lozhkin V., et al. (2020) On information technology development for monitoring of air pollution by road and water transport in large port cities. Communications in computer and information science. Vol. 1201, pp. 384-396. -https://doi.org/10.1007/978-3-030-46895-8_30. - EDN: BONOPH (In Eng.).
27. Tripathi P., et al. (2018) Variation in doses and duration of particulate matter exposure in bronchial epithelial cells results in upregulation of different genes associated with airway disorders. Toxicol In Vitro. Vol. 51, pp. 95-105. -https://doi.org/10.1016Zj.tiv.2018.05.004 (In Eng.).
28. Wu S., et al. (2013) Blood pressure changes and chemical constituents of рarticulate air pollution: results from the Healthy Volunteer Natural Relocation (HVNR) Study. Environmental Health Perspectives. Vol. 121. No 1, pp. 66-72. - https://doi.org/10.1289 / ehp.1104812. (In Eng.).
References
1. Abrzhina, L. L., Magaril, E. R. (2008) [Methodological approach to the economic assessment of damage to atmospheric air]. Vestnik UGTU-UPI. Seriya: Ekonomika i upravleniye [Bulletin of UGTU-UPI. Series: Economics and Management]. Vol. 2, pp. 100-103. (In Russ.).
2. Azarov, V. K., Vasilev, A. V., Kutenyov, V F. (2022) [Modern environmental problems of motor vehicle operation]. Dvigatel [Engine]. Vol. 1-3 (139-141), pp. 50-53. - EDN: CXZGJM. (In Russ.).
3. Azarov, V K., Zozulin, E. M., Kutenyov, V. F. (2022) [Environmental damage from car engines, depending on the type of fuel consumed]. Transportna alternativnom toplive [Alternative fuel transport]. Vol. 6 (90), pp. 48-55. -EDN: BIPOMF. (In Russ.).
4. Kapsky, D. V. (2022) [Analysis of the development of various types of urban electric transport in Polotsk and Novopolotsk]. Nauka i tekhnika [Science and technology] Vol. 21, No. 2, pp. 150-157. - https://doi.org/ 10.21122/22271031-2022-21-2-150-157. - EDN: JHSSJB. (In Russ.).
5. Grigoriev, E. G., et al. (1986) [Gas cylinder cars]. Mashinostroyeniye [Mechanical engineering.]. Moscow. 216 p. (In Russ.).
6. Dryuchin, D. A., Gorbachev, S. V. (2022). [Technical and economic analysis of the use of liquefied natural gas in road transport]. Intellekt. Innovacii. Investicii [Intellect. Innovations. Investments]. Vol. 4, pp. 116-127. - https://doi. org/ 10.25198/2077-7175-2022-4-116. - EDN: TSEQVQ. (In Russ.).
7. Lozhkin, V N., Burenin, N. S., Medejko, V V (2005) [Modern environmental requirements for vehicles in production and operation conditions]. Transportrossiyskoy federatsii [Transport of the Russian Federation]. Vol. 1 (1), pp. 64-65. - EDN: JXZZRZ. (In Russ.).
8. Lozhkina, O. V. (2023) [Monitoring and forecasting of dangerous technogenic pollution of the atmosphere by greenhouse gases of transport]. Monitoring i prognozirovanie opasnogo tekhnogennogo zagryazneniya atmosfery parnikovymi gazami transporta [The University of GPS of the Ministry of Emergency Situations of Russia named after Hero of the Russian Federation, Army General E.N. Zinichev]. Saint-Petersburg. - 164 p. - EDN: NZAFLN.
9. Lyotko, V., Lukanin, V N., Khachiyan, A. S. (2000) Primeneniye al ternativnykh topliv v dvigatelyakh vnutrennego sgoraniya [Application of alternative fuels in internal combustion engines]. M.: MADI, 311 p.
10. Medvedeva, O. E., Artemenkov, A. I. (2019) [Assessment of damage from atmospheric air pollution in Russia. Modern approaches and methods]. Ekonomika i upravleniye narodnym khozyaystvom [Economics and management of the national economy]. Vol. 8 (215), pp. 31-42. - https://doi.org/ 10.24411/2072-4098-2019-10802. (In Russ.).
11. Donchenko, V. V, et al. (2023) Metodicheskie osnovy organizacii ekologicheskih zon s nizkimi vybrosami avtomobil'nogo transporta [Methodological foundations of the organization of ecological zones with low emissions of motor transport]. [IPK «Costa»]. Saint-Petersburg, 264 p. -EDN: JATLIJ.
12. Donchenko, V V. (2014) [Methods for calculating emissions from motor vehicles and the results of their application]. Metody raschota vybrosov ot avtotransporta i rezul'taty ikh primeneniya [Journal of Automotive Engineers]. Vol. 3 (86), pp. 44-51. - EDN: SNGMIR. (In Russ.).
13. Yakunin, N. N., et al. (2018) [Modeling of the optimal interval of movement of passenger vehicles]. Transport. Transportnyye sooruzheniya. Ekologiya [Transport. Transport facilities. Ecology.]. Vol. 2, pp. 88-100. - https://doi.org /10.15593/24111678/2018.02.10. (In Russ.).
14. Ipatov, A. A. (2010) [On trends in the automotive industry in the field of reducing negative impacts on the environment]. Trudy NAMI [Proceedings of NAMI]. Vol. 244, pp. 52-72. - EDN: NGAYCT. (In Russ.).
15. Pevnev, N. G., Banquet, M. V., Bakunov, A. S. (2014) [Prospects for the development of CNG use infrastructure in Omsk]. Transport na al ternativnom toplive [Alternative fuel transport] No. 5 (41), pp. 7-11. (In Russ.).
16. Tishchenko, A. S., et al. (2020) [Improving the efficiency of the functioning of the motor transport complex of the region based on the use of alternative fuel and energy supply schemes]. Transport na alternativnom toplive [Gas industry]. Vol. 1 (795), pp. 74-80. - EDN: YKLPYS. (In Russ.).
17. Ruzskij, A. V., Kunin, Yu. I., Parfenov, E. V. (2012) [Ensuring the environmental safety of motor vehicles during operation: issues of rationing and control]. Zhurnal avtomobil'nykh inzhenerov [Journal of Automotive Engineers]. No. 13 (74), pp. 19-25. - EDN: PEHONV. (In Russ.).
18. Bondarenko, E. V., et al. (2022) [Systematic assessment of the impact of the road network on the atmosphere of an urbanized area]. Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo avtomobil'no-dorozhnogo universiteta [Bulletin of the Siberian State Automobile and Road University]. Vol. 19, No. 2 (84), pp. 184-197. - https://doi.org/10.26518/2071-7296-2022-19-2-184-197. - EDN: JGFTGV. (In Russ.).
19. Trofimenko, Yu. V., Komkov, V. I. (2023) [Aktualizirovannyj prognoz chislennosti, struktury avtomobil'nogo parka Rossii po tipu energoustanovok i vybrosov parnikovyh gazov do 2050 goda]. Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo avtomobil'no-dorozhnogo universiteta [Bulletin of the Siberian State Automobile and Road University]. Vol. 20, No. 3 (91), pp. 350-361. - https://doi.org/10.26518/2071-7296-2023-20-3-350-361. - EDN: DDEUBI. (In Russ.).
20. Filippov, A. A., Suleymanov, I. F., Arslanov, M. A. (2019) [Theoretical foundations of an integrated approach
to the assessment of the environmental hazard of vehicles on the site of an urbanized territory]. Intellekt. Innovacii. Investicii [Intellect. Innovations. Investments]. Vol. 1, pp. 97-103. - https://doi.org/ 10.25198/2077-7175-2019-1-97. -EDN: YZKKWD. (In Russ.).
21. Bondarenko, E. V., et al (2017) [Formation of gas refueling infrastructure adapted to the parameters of passenger route transport]. Mezhdunarodnyy nauchno-issledovatel'skiy zhurnal [Bulletin of the Siberian State Automobile and Road University]. Vol. 1-4 (55), pp. 25-29. - https://doi.org/ 10.23670/IRJ.2017.55.163. - EDN: XRHGSX. (In Russ.).
22. Shtang, A. A., Mikhaleva, O. A. (2012) [Designing a hybrid vehicle based on modern energy storage devices]. Molodoy uchenyy [Young scientist]. Vol. 11 (46), pp. 107-109. - EDN: PFXCRR. (In Russ.).
23. Shcherbakov, V. N. (2006) [Environmental safety of vehicles/ VestnikRUDN. Ser. Ekologiya i bezopasnost' zhiznedeyatel'nosti [Bulletin of the RUDN. Ser. Ecology and life safety]. Vol. 1 (13), pp. 167-171. - EDN: HNFYLM. (In Russ.).
24. Yakimov, M. R. (2006) [Approaches to the formation of an effective route network of large cities]. Vestnik Ural 'skogo gosudarstvennogo universiteta putey soobshcheniya [Bulletin of the Ural State University of Railway Engineering]. Vol. 3, pp. 107-113. - https://doi.org/10.20291/2079-0392-2022-3-107-113. - EDN: ESGEPA. (In Russ.).
25. Aslam, A. et al. (2020) Pollution characteristics of particulate matter (PM2,5 and PM10) and constituent carbonaceous aerosols in a south asian future megacity. Applied Sciences (Switzerland). Vol. 10, No. 24, pp. 1-17. (In Eng.).
26. Lozhkin, V., et al. (2020) On information technology development for monitoring of air pollution by road and water transport in large port cities. Communications in computer and information science. Vol. 1201, pp. 384-396. -https://doi.org/10.1007/978-3-030-46895-8_30. - EDN: BONOPH. (In Eng.).
27. Tripathi, P. et al. (2018) Variation in doses and duration of particulate matter exposure in bronchial epithelial cells results in upregulation of different genes associated with airway disorders. Toxicol In Vitro. Vol. 51, pp. 95-105. -https://doi.org/10.1016/j.tiv.2018.05.004 . (In Russ.).
28. Wu, S. et al. (2013) Blood pressure changes and chemical constituents of рarticulate air pollution: results from the Healthy Volunteer Natural Relocation (HVNR) Study. Environmental Health Perspectives. Vol. 121. No 1, pp. 66-72. - https://doi.org/10.1289 / ehp.1104812. (In Eng.).
Информация об авторах:
Дмитрий Алексеевич Дрючин, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой технической эксплуатации и ремонта автомобилей, Оренбургский государственный университет, Оренбург, Россия ORCID ID: 0000-0002-1311-6462 e-mail: dmi-dryuchin@yandex.ru
Николай Николаевич Якунин, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой автомобильного транспорта; член-эксперт общественного совета при Минтрансе России, Оренбургский государственный университет, Оренбург, Россия e-mail: yakunin-n@yandex.ru
Наталья Владимировна Якунина, доктор технических наук, доцент, профессор кафедры автомобильного транспорта, Оренбургский государственный университет, Оренбург, Россия ORCID ID: 0000-0002-8952-2694 e-mail: nat.yakunina56@yandex.ru
Вклад соавторов:
Дрючин Д. А. - анализ проблемы, формулирование цели и задач исследования, названия статьи, разработка концептуального подхода, и теоретической части исследования, интерпретация результатов моделирования, формулировка выводов.
Якунин Н. Н. - координация работ при проведении анализа литературных источников, обоснование концепции исследования, планирование аналитической части исследования, обобщение результатов исследования, формулировка выводов, интерпретация результатов моделирования, редактирование и переработка рукописи.
Якунина Н. В. - анализ результатов литературного обзора, планирование экспериментально-аналитической части исследования, сбор и систематизация исходных данных, моделирование и обработка полученных
результатов.
Статья поступила в редакцию: 10.10.2023; принята в печать: 29.03.2024. Авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.
Information about the authors:
Dmitry Alekseevich Dryuchin, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Technical Operation and Automotive Repair, Orenburg State University, Orenburg, Russia ORCID ID: 0000-0002-1311-6462 e-mail: dmi-dryuchin@yandex.ru
Nikolai Nikolaevich Yakunin, Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of Automotive Transport; expert member of the public council under the Ministry of Transport of Russia, Orenburg State University, Orenburg, Russia
e-mail: yakunin-n@yandex.ru
Natalya Vladimirovna Yakunina, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Professor of the Department of Automotive Transport, Orenburg State University, Orenburg, Russia ORCID ID: 0000-0002-8952-2694 e-mail: nat.yakunina56@yandex.ru
Contribution of the authors:
Dryuchin D. A. - analysis of the problem, formulation of the purpose and objectives of the study, the title of the article, development of a conceptual approach, and the theoretical part of the study, interpretation of modeling results; formulation of conclusions.
Yakunin N. N. - coordination of work during the analysis of literary sources, substantiation of the research concept; planning of the analytical part of the study; generalization of research results, formulation of conclusions, interpretation of modeling results, editing and processing of the manuscript.
Yakunina N. V. - analysis of the results of a literary review, planning of the experimental and analytical part of the study, collection and systematization of initial data, modeling and processing of the results obtained.
The paper was submitted: 10.10.2023. Accepted for publication: 29.03.2024. The authors have read and approved the final manuscript.
