CC BY
316
Социально-экономические проблемы
153
УДК 338.47-656: 629.437 М. В. Фёдорова
Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I
РЕШЕНИЕ ТРАНСПОРТНЫХ ПРОБЛЕМ МЕГАПОЛИСОВ ЗА СЧЕТ РАЗВИТИЯ МАГНИТОЛЕВИТАЦИОННОГО ТРАНСПОРТА
Определены основные транспортные и экологические проблемы мегаполисов, а также описаны недостатки существующих городских транспортных систем. Рассмотрен один из путей решения обозначенных проблем - внедрение нового вида транспорта на основе магнитной левитации. Описан принцип работы такого транспорта и выполнено сравнение магнитолевитационной технологии с традиционной, основанной на принципе взаимодействия в системе колесо-рельс. Предложена методика расчета цены билета легкорельсового трамвая с магнитолевитационной поддержкой «Петро-ТрамМаглев».
общественный пассажирский городской транспорт; магнитная левитация, экология, безопасность, энергоэффективность.
Введение
В настоящее время население концентрируется в крупных городах, городские окраины активно застраиваются, вокруг городов развиваются зоны рекреации, производства выносятся за городскую черту.
Для мегаполисов характерна социальная напряженность, связанная с транспортной и экологической обстановкой, усугубляющаяся ростом населения и увеличением его плотности, ростом количества автомобилей на душу населения и затрат времени в пути.
В связи с этим необходим поиск решения транспортных, а вместе с ними и экологических проблем [1].
1 Характеристики традиционных рельсовых видов городского транспорта
1. Метрополитен - городская железная дорога с курсирующими по ней маршрутными поездами для перевозки пассажиров, инженерно отделенная от любого другого транспорта и пешеходного движения (вне-
уличная), с регулярным движением поездов согласно графику, с высокой маршрутной скоростью (до 80 км/ч) и провозной способностью (до 60 тыс. пассажиров в час в одном направлении).
2. Трамвай - вид уличного и частично уличного рельсового общественного транспорта для перевозки пассажиров по заданным маршрутам, используемый преимущественно в городах. Большинство трамваев используют электротягу с подачей электроэнергии через воздушную контактную сеть с помощью токоприемников, однако существуют также трамваи с питанием от контактного третьего рельса или аккумуляторов.
3. Легкорельсовый транспорт (также легкий рельсовый транспорт, ЛРТ) - это обособленная рельсовая высокоскоростная пассажирская система, построенная по облегченным стандартам с использованием более экономичных инженерных решений по сравнению с железной дорогой и классическим метро.
Традиционные рельсовые виды городского транспорта не могут обеспечить высокое качество пассажирских перевозок в связи с интенсивным ростом их объема.
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2014/2
154
Социально-экономические проблемы
Основные недостатки существующих городских транспортных систем:
- низкая комфортабельность, регулярность и пропускная способность, особенно в условиях пиковых нагрузок;
- низкая скорость сообщения;
- негативное воздействие на экологическую обстановку в городе: шум (при интенсивной работе транспорта достигает 120 дБ) и загрязнение воздуха (ежегодно возрастает в 1,5 раза);
- высокая аварийность.
Одним из путей решения транспортных и экологических проблем является применение транспорта на основе магнитной левитации.
Магнитолевитационный транспорт -вид городского транспорта, основанный на принципах магнитной левитации (магнитного подвеса), движение осуществляется линейным тяговым двигателем. Новая технология получила распространенное название маглев (от англ. magnetic levitation - «магнитная левитация»). Магнитолевитационные транспортные средства в процессе движения не касаются путевого полотна, вследствие чего исключается трение и единственной тормозящей силой является сила аэродинамического сопротивления.
2 Технико-экономические
характеристики городского
маглева
Принципы работы городского маглева:
- Принцип магнитной левитации.
Магнитная сила возникает, когда к электромагнитам, расположенному под рельсами и прикрепленному к поезду, поступает электричество. Намагниченные рельсы и электромагнит образуют силу притяжения, которой управляет поезд. Зазор между рельсами и поездом постоянно поддерживается с помощью регулирования мощности и использования датчика измерения зазора и контроллера.
- Принцип приведения транспортного средства в движение.
В маглеве используется линейный двигатель (в форме роторного двигателя), который может совершать прямолинейные перемещения. При подаче электричества к линейному двигателю вагона поезда ток воздействует на рельсы вследствие электромагнитной индукции и создается момент с помощью электромагнитной силы. Кроме того, скорость движения поезда можно регулировать, изменяя частоту входного тока линейного двигателя.
Маглев - это экономически обоснованная система по части строительства и эксплуатационных расходов. Стоимость строительства маглева примерно такая же, как у легкорельсового транспорта благодаря облегченным конструкциям без бетонного покрытия. По данным Корейского института машиностроения и материалов эксплуатационные расходы маглева составляют примерно 60-70 % от затрат на технологию колесо-рельс [4].
Существенное снижение затрат на техническое обслуживание и персонал, которые составляют примерно 80 % всех эксплуатационных затрат, происходит за счет долговечной бесконтактной технологии (отсутствия трущихся поверхностей). Сторонники магнитных дорог полагают, что при широком распространении таких систем стоимость их строительства будет значительно снижаться, как это всегда бывает с выходом продукта в массовое производство.
Системы с магнитным подвесом отличаются низким уровнем воздействия на окружающую среду по сравнению с другими транспортными системами. Это относится как к площади, требуемой для размещения инфраструктуры, так и к удельным энергозатратам, выбросам углекислого газа и шумовой нагрузке.
В связи с тем, что маглев удерживается над полотном дороги, он представляет собой экологическую систему городского транспорта, не создающую тех шума, вибрации и пыли, которые появляются при трении колес о рельсы.
Маглев - безопасная транспортная система без риска схода с рельсов, столкновения с пешеходами и другими видами транспорта. Магнитолевитационная технология исклю-
2014/2
Proceedings of Petersburg Transport University
Социально-экономические проблемы
155
чает опасность переворота и прокола, так как корпус поезда покрывает рельсы, а воздействие электромагнитных волн то же, что и в обычном метро.
В табл. 1 приведена сравнительная стоимость строительства 1 км двухпутного полотна по технологиям колесо-рельс и ма-глев по данным немецкой компании Siemens. Данные показывают, что стоимость строительства линий ВСМ и маглев-трасс является вполне сопоставимой.
В мире всего два коммерческих проекта городского маглева: Linimo в Японии, вблизи города Нагоя, и трасса Шанхай - Пудонг в Китае. Первую в мире коммерческую дорогу Шанхай - Пудонг длиной 30,5 км с максимальной скоростью 430 км/ч и стоимостью примерно 1 млрд долларов, ввели
в эксплуатацию в Китае по разработкам немецких специалистов в 2004 г.
Из табл. 2 видно, что маглев выгодно отличается от железнодорожного и автомобильного транспорта по всем позициям: энергопотреблению, выбросу вредных веществ в атмосферу, уровню шума и по времени нахождения пассажира в пути.
3 Городской маглев для Санкт-Петербурга
В Санкт-Петербурге рассматривается проект создания коммерческой внутригородской транспортной системы, функционирующей с применением магнитолевитационной технологии. Головной участок системы целесо-
ТАБЛИЦА 1. Стоимость строительства 1 км двухпутного полотна (по данным немецкой компании Siemens)
Традиционная технология «колесо-рельс»: «ICE», Франкфурт-Кельн 31,0 млн евро
Технология магнитной левитации: «SMT» Шанхой - Пудонг, Китай (2004) 23,8 млн евро
ТАБЛИЦА 2. Сравнительная характеристика магнитолевитационного и других видов транспорта (по данным компании Transrapid)
Параметры Магнитолевитаци- Железная дорога Автомобильная трасса
онная трасса
Энергопотребление 130 180 330
при загрузке транспорта 75 %, (скорость (скорость (скорость
Вт.ч/пасс.-км 150 км/ч) 150 км/ч) 150 км/ч)
Выброс вредных веществ в атмосферу, г/пасс.-км 0,4 0,4 2,8
Уровень шума, Дб, при скорости, км/ч 100 65 83 76
160 70 86 80
Время нахождения пассажира в пути (от двери до двери), ч,
при расстоянии, км: 20 0,5 1,0 0,8 3,1
200 1,6 1,6
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2014/2
156
Социально-экономические проблемы
образно проложить от дворца Конгрессов в поселке Стрельна до многофункционального транспортного узла Обухово (с ответвлением на комплекс «Балтийская жемчужина»), на линии, отведенной под наземный скоростной экспресс (рис. 1).
12 марта 2013 г. научно-технический совет при правительстве Санкт-Петербурга рассмотрел предложение о создании в Санкт-Петербурге внутригородской транспортной магнитолевитационной системы и принял решение поддержать работы инициаторов проекта: ОАО «Национальные Скоростные Дороги», ЦМКБ «Рубин», НИИЭФА, ИМАШ РАН и ПГУПС.
Реализация головного участка транспортной системы, проходящего по густонаселенным районам города, не имеющим надежной транспортной связи, на магнитолевитацион-ной технологии обеспечит:
1. Безопасность пассажиров и пешеходов, так как конструкция не допускает схода подвижного состава с рельс, а трасса поднята над поверхностью и не пересекается в одном уровне с другими видами транспорта или пешеходными переходами.
2. Отсутствие раздражающих население факторов:
- шума и загрязнения от трущихся о рельсы колес, так как механический контакт отсутствует;
- видеозагрязнения от опор и контактной электросети, так как транспорт на магнитном подвесе в них не нуждается.
Строительство легкорельсового скоростного трамвая «Петро-трам Маглев» с маг-нитолевитационной поддержкой позволит решить следующие задачи:
1. Соединить воедино пассажирской связью всю южную часть города с эффективной коммерческой средней скоростью 60 км/ч или 75 км/час, в зависимости от выбранного варианта ускорения (а = 1,0 м/с2 или а = 1,6 м/с2), разгрузить от потоков личного легкового наземного транспорта перенапряженную в настоящее время трассу дуговой магистрали (Ленинский пр. - пр. Типанова - пр. Славы), так как, благодаря высокой комфортности и скорости передвижения, ожидается
снижение выездов индивидуального легкового транспорта на 170-250 тыс. автомашин в рабочие дни в зоне влияния трассы.
2. Соединить станции Кировско-Выборгской, Московско-Петроградской и Невско-Василеостровской линий метрополитена: ст. Проспект Ветеранов, Звездная, Обухо-во, - обеспечив кратчайшую доставку жителей из прилегающих к трассе районов жилой застройки и промышленно-деловых зон юго-западной части города ко всем существующим линиям метрополитена.
3. Полностью компенсировать отсутствие в Красносельском районе, за пределами станции пр. Ветеранов, линии метрополитена, требующей огромных бюджетных затрат, которые можно направить на решение многих других задач администрации города, и повысить уровень транспортного обслуживания этой зоны до комфортности, недостижимой ни для одной из существующих технологий пассажирских перевозок, включая метро.
4. Обеспечить транспортное соединение всех этих районов города с пригородными железнодорожными платформами РЖД, в том числе Дачное, Пулково, Купчино и Об-ухово, являющимися крупными объектами тяготения пригородных пассажиропотоков.
5. Намеченная на уже зарезервированной трассе легкорельсового трамвая линия имеет перспективы развития в Западном направлении (г. Ломоносов и порты Финского залива), в Северо-Западном направлении (Невский и Красногвардейский районы), а затем в Выборгском и Приморском районах, окраинные территории которых в настоящее время малодоступны. Реально соединение в кратчайшие сроки с расширяющимися аэропортами (Пулково 1 и Пулково 2), новым Экспоцентром и Газпромом-сити в Лахте в зависимости от целей и приоритетов, которые установит администрация города.
Конструкции, применяемые городским маглевом, отличаются от существующих наземных конструкций, гармонично вписываясь в городской пейзаж (рис. 2), поэтому маглев не только дополнит архитектурный ансамбль города, но и станет достопримечательностью для туристов.
2014/2
Proceedings of Petersburg Transport University
ISSN 1815-588X. Известия ПГУПС 2014/2
Рис. 1. Дуговая магистраль от дворца Конгрессов до станции метро «Обухове» на магнитолевитационной технологии
Социально-экономические проблемы 1 57
158
Социально-экономические проблемы
Рис. 2. Магнитолевитационная трасса
4 Методика расчета цены билета
легкорельсового трамвая
с магнитолевитационной поддержкой
«Петро-ТрамМаглев»
Расчет цены билета легкорельсового трамвая с магнитолевитационной поддержкой «Петро-ТрамМаглев» произведен ОАО «Национальные Скоростные Дороги» затратным методом. Для этого в качестве исходных данных были рассмотрены необходимые затраты:
- фонд оплаты труда, учитывающий среднюю заработную плату по Санкт-Петербургу в 2013 г., численность персонала, а также коэффициент, учитывающий сложность и ответственность обязанностей, от 1,2 до 2,0;
- социальные отчисления;
- расходы на электроэнергию в зависимости от заданного ускорения;
- расходы, включающие экологическую безопасность и обслуживание инфраструктуры;
- прочие расходы и материалы;
- ежегодное погашение кредита.
При расчетах были приняты следующие допущения:
1. При расчете необходимых капитальных вложений принята заявленная поставщика-
ми и исполнителями работ усредненная стоимость работ для одного км трассы вместе с подвижным составом и всей инфраструктурой приблизительно 620-650 млн руб. за 1 км.
2. Был учтен рост выручки от роста стоимости билета ниже темпов инфляции, не более 5 % в год.
3. Рост условно-переменных расходов: зарплаты персонала при непрерывном увеличении платежеспособного пассажиропотока, стоимости энергоресурсов, прочих расходов - принят на 0,8 % на каждый процент роста объема перевозок.
4. Налоговое бремя учтено по ставкам 2013 г. (применено к 2018 г. с индексированием): ставки на недвижимое имущество -
2,2 % с индексированием 10 % в год, но и с амортизацией 6 %, налог на прибыль - 20 %, налог землю - 2,2 % от кадастровой стоимости, социальные платежи - 34 % от фонда зарплаты, подоходный налог - 13 %. Налоги в расчет могут не включаться, так как стратегический объект в течение 5 лет налогом не облагается (более 10 млрд руб.).
5. Численность персонала (400 человек на 2018 г.) с ростом перевозок не увеличивается.
2014/2
Proceedings of Petersburg Transport University
Социально-экономические проблемы
159
Пассажирооборот в базовом году составит 130 млн человек в год. Находим сумму расходов применительно к базовому году и определяем непосредственно цену билета. Цена билета изменяется согласно инфляции, но не более чем на 5 % в год.
Заключение
Транспорт на магнитном подвесе имеет ряд преимуществ перед другими транспортными системами с точки зрения стоимости строительства, эксплуатации, доступности, экологии и безопасности.
Магнитолевитационная технология представляет собой крупную инновационную сферу и может дать мощный импульс для выхода из транспортного тупика, к которому
приближаются российские города-миллион-ники.
Библиографический список
1. Транспорт на магнитном подвесе : монография / А. А. Зайцев, Г. Н. Талашкин, Я. В. Соколова. - Санкт-Петербург : ПГУПС, 2010. - 160 с.
2. Дорога на магнитном подвесе : второе дыхание в России / А. Гурьев // РЖД-партнер. -2009. - № 19. - С. 54-58.
3. Интервью с В. П. Заниным [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://polit.pro/news/ 2013-06-17-15941.
4. Особенности городского маглева и его применение в условиях городской транспортной системы / Шин Бён-Чхон. - Тэджон : Корейский институт машиностроения и материалов, 2012.
ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС
2014/2
