CC BY
50Результаты технико-экономического анализа обеспечения ОАО «РЖД» газовым моторным топливом
А.А. Евстифеев, начальник лаборатории ООО «Газпром ВНИИГАЗ», доцент Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», к.т.н., А.Е. Ермолаев, зам. начальника лаборатории ООО «Газпром ВНИИГАЗ А.М. Кондрашов, магистрант Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ»,
М.С. Сергеев, доцент кафедры «Компьютерные системы и технологии» Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», к.т.н.
Наличие на Свердловской и Северной железных дорогах протяженных неэлектри-фицированных участков с плотным потоком товарных составов повышенной грузоподъемности открывает новые возможности для эффективного применения на транспорте в качестве моторного топлива сжиженного природного газа (СПГ). Переход от опытной эксплуатации единичных экземпляров локомотивов на СПГ к полномасштабной эксплуатации требует не только строительства локомотивов, но и развития инфраструктуры заправки и обслуживания их. В данной работе представлено технико-экономическое исследование возможных вариантов организации производства и транспортировки СПГ, а также обеспечения им локомотивов при реализации базовых вариантов развития Свердловской и Северной железных дорог.
__Ключевые слова:
сжиженный природный газ, газотурбовоз, Свердловская и Северная железные дороги, объекты инфраструктуры заправки.
дним из наиболее крупных потребителей, использующих в настоящее время сжиженный природный газ (СПГ) в качестве моторного топлива, является ОАО «Российские железные дороги».
Исследования в области использования природного газа на железнодорожном транспорте ведутся с середины 70-х годов ХХ века. В результате данной деятельности была разработана и утверждена достаточно обширная нормативная база, определяющая основные принципы развития инфраструктуры заправки локомотивного парка. В соответствии с принципами, заложенными в нормативных документах, в разное время были разработаны планы по развитию инфраструктуры заправки локомотивного парка и, собственно, его численности. В результате было получено множество действующих в настоящее время документов, к числу которых относятся следующие:
• «Прогноз долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2030 года» (Минэкономразвития России, 2013 год);
• «Прогноз социально-экономического развития Российской Федерации на 2016 год и на плановый период 2017 и 2018 годов» (Минэкономразвития России, май 2015 года);
34
• Транспортная стратегия Российской Федерации на период до 2030 года, утвержденная распоряжением Правительства Российской Федерации от 22.11.2008 г. № 1734-р;
• Распоряжение Правительства Российской Федерации от 11.06.2014 г. № 1032-р «О внесении изменений в Транспортную стратегию Российской Федерации, утвержденную распоряжением Правительства Российской Федерации от 22.11.2008 г. № 1734-р»;
• Государственная программа Российской Федерации «Развитие транспортной системы», утвержденная постановлением Правительства Российской Федерации от 15.04.2014 г. № 319;
• Федеральная целевая программа «Развитие транспортной системы России (2010-2020 годы)», утвержденная постановлением Правительства Российской Федерации от 05.12.2001 г. № 848 с изменениями и дополнениями от 15.05.2014 г. № 445;
• Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации на период до 2030 года, утвержденная распоряжением Правительства Российской Федерации от 17.06.2008 г. № 877-р;
• Проект обновленной Стратегии развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации на период до 2030 года, разработанный в 2015 г.;
• Инвестиционная программа ОАО «РЖД» на 2016 год и на плановый период 2017 и 2018 годов;
• Стратегия развития морской портовой инфраструктуры России до 2030 года (одобрена на совещании членов Морской коллегии при Правительстве Российской Федерации 28 сентября 2012 года, находится на согласовании в федеральных органах исполнительной власти);
• Комплексный план мероприятий по расширению использования природного газа в качестве моторного топлива, утвержденный заместителем председателя правительства Российской Федерации А.В. Дворковичем 14 ноября 2013 г. № 6819п-П9.
Основной проблемой всех перечисленных документов является отсутствие их синхронизации в части показателей численности и структуры локомотивного парка, а также в части фактических сроков ввода данного парка в эксплуатацию. Как следствие, возникает неопределенность при планировании и реализации мероприятий по развитию объектов инфраструктуры заправки локомотивного парка.
В качестве единственного варианта пополнения парка тягового подвижного состава газомоторной техникой рассматривается закупка новых магистральных и маневровых локомотивов, работающих на СПГ. Это связано с высокой степенью износа существующего парка, в связи с чем его переоборудование для использования СПГ в качестве моторного топлива является экономически неэффективным.
В России по инициативе ОАО «РЖД» были изготовлены несколько опытных образцов маневровых газопоршневых локомотивов:
• ТЭМ18Г - два образца были построены на мощностях Брянского машиностроительного завода в 1997-1998 гг., максимальное замещение дизельного топлива газом составляет 50 %, запас СПГ - 600 кг; в настоящее время находятся в ОАО «ВНИИЖТ»;
• ЧМЭ3Г - в 2004 г. переоборудован по проекту ОАО «ВНИИЖТ», замещение дизельного топлива газом увеличено до 60 %, запас СПГ - до 800 кг; решение о серийном производстве машин не принято;
• ТЭМ19 - производство АО «УК «Брянский машиностроительный завод», мощность - 880 кВт (1197 л.с.), запас СПГ - 5 т; первая поездка состоялась в декабре 2013 г.
В 2013 г. по заказу ОАО «РЖД» ЗАО «Трансмашхолдинг», куда входит Брянский машиностроительный завод, изготовил первый в мире газопоршневой тепловоз ТЭМ19 (рис. 1), работающий на сжиженном природном газе. На локомотиве установлен газопоршневой двигатель 8ГЧН21/26, изготовленный компанией «Волжский дизель им. Маминых». В настоящее время тепловоз ТЭМ19 проходит подконтрольную эксплуатацию на ст. Егоршино Свердловской железной дороги. Первый этап испытаний газопоршневого тепловоза был завершен в конце 2014 г.
Рис. 1. Газотепловоз ТЭМ19
Основные технические характеристики маневрового тепловоза ТЭМ19, предоставленные ОАО «РЖД», приведены в табл. 1.
Таблица 1
Основные технические характеристики маневрового тепловоза ТЭМ19
Наименование Показатель
Мощность, кВт (л.с.) 880 (1197)
Двигатель Газопоршневой 491ГД
Вид топлива СПГ
Число тяговых осей 6
Конструкционная скорость, км/ч 100
Сила тяги расчетного режима, кН 206
Запас топлива, т 5
Время между заправками, сут. 7
Осевая формула 3 -3 о о
Экономия затрат за период жизненного цикла по сравнению с ТЭМ18ДМ, % 5,7
Снижение выбросов NО_e и СО, % 66,7
Производитель ЗАО «УК «Брянский машиностроительный завод»
Тепловоз ТЭМ19 предназначен для эксплуатации на крупных железнодорожных узлах. В настоящее время завершен полный комплекс испытаний газотепловоза, включая сертификационные, оформлен сертификат соответствия на этот локомотив.
В табл. 2 приведена сравнительная характеристика маневрового тепловоза ТЭМ18ДМ и тепловоза ТЭМ19 с газопоршневой силовой установкой.
Таблица 2
Сравнительные характеристики маневрового тепловоза ТЭМ18ДМ и тепловоза ТЭМ19 с газопоршневой силовой установкой
Наименование Тепловоз
ТЭМ18ДМ ТЭМ19
Мощность тепловоза, кВт (л.с.) 882(1200) 880 (1197)
Служебная масса, т 126 138
Осевая формула 3 -3 о о 3 -3 оо
Конструкционная скорость, км/ч 100 100
Сила тяги, тс при трогании с места при длительном режиме 32,5 21,0 32,5 21,0
Скорость длительного режима, км/ч 10,5 10,5
Тип дизеля 6ЧНЗ 1,8/33 8ГЧН 21/26
Дизель-генератор 1-ПДГ4Д ГДГ 800Т
Расход топлива дизелем по тепловозной характеристике при номинальной мощности, г/кВт-ч 196,5 -
Расход топлива дизелем в режиме холостого хода 5,5 кг/ч 68 м3/ч
Расход топливного газа, не более, м3/ч при 100%-ной нагрузке при 75%-ной нагрузке при 50%-ной нагрузке - 237 188 144
Удельный расход газового топлива с теплотворностью 45,76 мДж/м3 при нормальных условиях и 25%-ной нагрузке, не более, м3/мин - 99,3
Срок службы дизеля, лет 16 25
Назначенный срок службы локомотива до списания, лет 32 50
Результаты подконтрольной эксплуатации маневрового тепловоза ТЭМ19 показали, что по сравнению с маневровыми тепловозами ТЭМ18ДМ газотепловоз позволяет снизить удельные затраты на топливо до 26 %. Экономия затрат за период жизненного цикла газотепловоза по сравнению тепловозом ТЭМ18ДМ составляет 5,7 %.
По заказу ОАО «РЖД» был разработан первый в России магистральный газотурбинный локомотив (газотурбовоз). Газотурбовоз ГТ1-001 (рис. 2а) является двухсекционным локомотивом, в первой (тяговая) секции которого размещается оборудование силового блока (газотурбинный двигатель, тяговый генератор
и их вспомогательные системы), систем газоподготовки и подготовки воздуха, а также вспомогательное оборудование. Во второй (бустерная) секции находится криогенная емкость с запасом СПГ в количестве 17 т, тягово-энергетическое оборудование и оборудование системы газоподготовки.
В 2008 г. были начаты первые опытные поездки газотурбовоза на Московской железной дороге, в ходе которых на участке Рыбное - Бекасово проведены поезда массой до 8300 т, что значительно превышало установленные весовые нормы для данного участка. На экспериментальном кольце ВНИИЖТ (Щербинка) 23 января 2009 г. газотурбовозом проведен грузовой поезд массой 15 020 т. Это мировой рекорд для одного автономного локомотива с одной силовой установкой.
Подконтрольная эксплуатация магистрального газотурбовоза ГТ1-001 на Московской железной дороге подтвердила заявленные технико-экономические параметры локомотива и его эффективность.
Рис. 2. Газотурбовозы ГТ1-001 (а) и ГТ1Ь-002 (б)
б
а
После завершения первого этапа испытаний газотурбовоз был передислоцирован на Свердловскую железную дорогу для продолжения его подконтрольной эксплуатации. Заправка газотурбовоза сжиженным природным газом осуществляется ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург» на ГРС-4 (ст. Аппаратная Свердловской железной дороги).
На участке Березит - Алапаевск Свердловской железной дороги газотурбовозом ГТ1-001 проведен поезд массой 9000 т, для которого при использовании тепловозов 2ТЭ116 установлена весовая норма 4500 т.
В 2012 г. газотурбовоз ГТ1-001 был модернизирован, получив индекс «Ь». В настоящее время на Свердловской железной дороге продолжается подконтрольная эксплуатация газотурбовоза.
В 2013 г. был построен газотурбовоз ГТ1Ь-002 (рис. 2б) на базе другой экипажной части (тепловоз ТЭМ7А) и с модернизированным оборудованием.ГТ1Ь-002 - грузовой газотурбовоз с электропередачей переменно-постоянного тока и поосным регулированием тяги, имеющий в составе две восьмиосные секции. Локомотив предназначен для вождения грузовых поездов весом свыше 6000 т на сети железных дорог с колеей 1520 мм. Запас СПГ газотурбовоза ГТ1Ь-002 увеличен до 20 т. Он является первым предсерийным магистральным газотурбовозом. Газотурбовоз не имеет аналогов в мире, мощность энергетической установки, работающей на СПГ, составляет 8500 кВт.
В настоящее время газотурбовоз ГТ1Ь-002 проходит подконтрольную эксплуатацию на Свердловской железной дороге. Анализ работы газотурбовоза ГТ1Ь-002 на полигоне Егоршин - Серов-сорт. - Егоршино общей протяженностью 640 км, имеющем тяжелый профиль, показывает средний расход газа за поездку около 15...16 т.
Основные технические характеристики газотурбовозов ГТ1-001 и ГТ1Ь-002 приведены в табл. 3.
Таблица 3
Основные технические характеристики газотурбовоза ГТ1-001 и ГТ1Ь-002
Наименование Газотурбовоз
ГТ1-001 ГТ1Ь-002
Мощность, кВт 8300 8500
Сила тяги длительного режима, кН 630 700
Запас топлива, т 17 20
Запас хода без дозаправки, км 800 800.1000
Экономия затрат за период жизненного цикла по сравнению с 2ТЭ116, % 19,4 19,4
Снижение выбросов вредных веществ по сравнению с дизелями тепловозов, % 80 80
Предварительные результаты подконтрольной эксплуатации показывают, что по сравнению с грузовыми тепловозами 2ТЭ116 магистральный газотурбовоз позволяет снизить на 30 % расходы на перевозку 1 т груза и получить экономию текущих расходов на топливо до 35 %. Экономия затрат за период жизненного цикла, по сравнению с тепловозами 2ТЭ116, составляет 19,4 %.
Высокая мощность газотурбовозов позволяет им перемещать составы большой длины и массы. Для сравнения: мощность дизелей распространенного на российских железных дорогах грузового двухсекционного тепловоза 2ТЭ116 - 4400 кВт (2x2200 кВт), а мощность нового газотурбовоза ГТ1Ь - 8500 кВт, что особенно важно при оценке альтернатив грузовым тепловозам на неэлектрифицированных участках.
По данным Свердловской железной дороги, при освоении мощных грузопотоков применение тягового подвижного состава на СПГ позволит существенно сократить эксплуатационные затраты за счет использования более дешевого топлива (стоимость СПГ на 40.50 % ниже стоимости дизельного топлива) и высокой мощности газотурбовоза (один газотурбовоз заменит два тепловоза 2ТЭ116). Кроме того, в связи с повышенной тяговой мощностью газотурбовоза на стыковочных станциях электро- или тепловозной тяги можно избежать работ по расформированию состава при переходе на иной вид тяги.
Важно отметить, что расчетный срок службы газотурбовоза составляет 40 лет, что в два раза выше, чем у тепловоза. При этом потребность в ремонте у газотурбовоза ниже благодаря меньшему загрязнению движущихся частей в сравнении с дизельными двигателями. Это дает возможность повысить коэффициент технической готовности локомотива. Таким образом, стоимость жизненного цикла газотурбовоза ниже по сравнению с тепловозом за счет меньших затрат на топливо, обслуживание и ремонт.
Газовозы являются более экологичным видом тягового подвижного состава. Испытания ГТ1Ь показали пятикратный запас по вредным выбросам относительно действующих требований к дизельным двигателям.
Для эксплуатации газотурбовозов и газотепловозов необходимо создание инфраструктуры для заправки и замены топливных цистерн. В настоящее время на полигоне российских железных дорог имеется только один пункт экипировки (ГРС в районе Екатеринбурга), который приспособлен для заправки локомотивов 39
сжиженным природным газом.
Заправка маневровых газотепловозов может осуществляться на площадках для экипировки тепловозов по схеме заправки дизельным топливом. В сложившейся структуре экипировочного хозяйства железнодорожного транспорта пункты заправки дизельным топливом располагаются на расстоянии 200. 700 км друг от друга и имеют расходы 50.400 т топлива в сутки для обеспечения работы магистральных тепловозов. Для маневровых тепловозов, число которых, как правило, составляет 10.40 ед. в пункте приписки, требуется 10.35 т дизельного топлива в сутки. При указанных выше объемах замещения суточный расход СПГ для снабжения магистральных газотепловозов будет составлять 35.60 т/сут, для снабжения маневровых газотепловозов - 5.19 т/сут.
Заправочная станция для тепловозов должна размещаться вблизи экипировочного хозяйства и иметь с последним общую позицию для снабжения газотепловозов СПГ, дизельным топливом, смазочными и другими экипировочными материалами. При необходимости локомотивы могут заправляться специальными автомобильными заправщиками.
Создание железнодорожной газомоторной техники предполагает формирование технических требований к соответствующей газотопливной инфраструктуре (склады ГСМ, пункты экипировки и технического обслуживания локомотивов и т.д.) с учетом вида используемого топлива, технологических параметров, особенностей эксплуатации подвижного состава, обеспечения безопасности и др.
В настоящее время основным заказчиком разработки тягового подвижного состава, использующего в качестве топлива природный газ, является ОАО «РЖД». Программа инновационного развития ОАО «РЖД» в части повышения энергоэффективности предусматривает, кроме прочего, «.переход в автономной тяге на газовые технологии - газотурбовозы и газотепловозы с созданием инфраструктуры газоснабжения».
В 2013 г. ОАО «РЖД» и ПАО «Газпром» подписали Меморандум о сотрудничестве в области использования газомоторного топлива, в соответствии с которым ОАО «РЖД» обеспечит координацию создания локомотивов и адаптации производственно-технической базы, а ПАО «Газпром» - формирование газотопливной инфраструктуры.
В качестве разработчиков тягового подвижного состава, использующего в качестве топлива природный газ, выступают главным образом специалисты профильных организаций научно-технического комплекса ОАО «РЖД» (ВНИКТИ, ВНИИЖТ) совместно с производителями (Людиновский тепловозостроительный завод, Брянский машиностроительный завод и др.). Разработки ведутся в наиболее массовых сегментах грузовых (газотурбовозы ГТ1Ь-001 и ГТ1Ь-002) и маневровых (ТЭМ-18Г, ТЭМ19, ЧМЭ3Г) локомотивов.
В границах Свердловской железной дороги (рис. 3) определен опытный полигон для эксплуатации магистральных локомотивов, использующих СПГ. Результаты испытаний опытных образцов газомоторного тягового подвижного состава подтверждают основные эксплуатационные параметры (мощность, скоростные и тяговые характеристики на различных режимах, расход топлива, запас хода, уровень вредных выбросов в атмосферу и проч.), заявленные при разработке проектной
документации. При условии обеспечения необходимой надежности, а также относительной простоты сервисного обслуживания (включая экипировку) и низкой стоимости СПГ востребованность новой газомоторной техники на неэлектрифицированных участках железных дорог со стабильными объемами промышленных перевозок не вызывает сомнений.
Динамика роста численности парка подвижного состава на Свердловской железной дороге приведена в табл. 4.
Таблица 4
Изготовление установочной серии газотурбовозов ГТ1Ь и поставка газопоршневых двигатель-генераторов ГДГ800Т для газотепловозов ТЭМ19
Год 2017 2018 2019 2020 2021 2022
ГТ1Ь, ед./год 1 2 2 3 3 3
ГДГ800Т, ед./год 1 2 3 4 5 5
Из табл. 4 видно, что к 2022 г. на Свердловской железной дороге будет эксплуатироваться 14 газотурбовозов и 20 тепловозов ТЭМ19 на СПГ.
Рис. 3. Полигон перспективной эксплуатации локомотивов на СПГ (Свердловская и Северная железные дороги)
При выполнении данной работы использованы концепция и методология, изложенные в работах [1-7], с применением нормативно-балансового подхода к организации процесса экипировки локомотивов моторным топливом. Особенностью данной методики является построение на первом этапе полного множества 41 возможных схем организации снабжения локомотивов необходимым объемом моторного топлива с последовательным усечением полученного множества по результатам оценки эффективности получаемых решений.
В качестве исходных были использованы данные по суточному потреблению топлива локомотивом ГТ1Ь и газотепловозом ТЭМ19:
ГТ1Ь, т........................................... 40
ТЭМ19, т........................................ 20
Расстояния между отдельными пунктами полигона эксплуатации локомотивов Свердловской железной дороги приведены в табл. 5.
Таблица 5
Расстояния между станциями на полигоне эксплуатации локомотивов Свердловской железной дороги, км
Города Войновка Тобольск Демьянка Сургут Ульт-Ягун Лимбей Коротчаево Нижневартовск
Войновка - 229 410 703 760 1235 1337 920
Тобольск 229 - 181 474 531 1006 1108 691
Демьянка 410 181 - 293 350 825 927 452
Сургут 703 474 293 - 57 532 634 217
Ульт-Ягун 760 531 350 57 - 475 577 160
Лимбей 1235 1006 825 532 475 - 102 635
Коротчаево 1337 1108 927 634 577 102 - 737
Нижневартовск 920 691 452 217 160 635 737 -
По результатам анализа информации по вводу в эксплуатацию локомотивов были сформированы прогнозные объемы потребления по полигону, представленные в табл. 6.
Таблица 6
Показатель 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024
Численность вводимых газотурбовозов, ед. 1 2 2 3 3 3 3 3
Общая численность газотурбовозов, ед. 1 3 5 8 11 14 17 20
Суточный объем потребления СПГ, т 40 120 200 320 440 560 680 800
Численность вводимых газотепловозов, ед. 1 2 3 4 5 5 5 5
Общая численность газотепловозов, ед. 1 3 6 10 15 20 25 30
Суточный объем потребления СПГ, т 20 60 120 200 300 400 500 600
Общий суточный объем потребления СПГ, т 60 180 320 520 740 960 1180 1400
В результате анализа актуальных транспортных грузопотоков были получены характеристики потенциального потребления газового моторного топлива по станциям, представленные в табл. 7.
Таблица 7
Город 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024
Войновка 12 36 64 104 148 192 236 280
Тобольск 3 9 16 26 37 48 59 70
Демьянка 6 18 32 52 74 96 118 140
Сургут 27 81 144 234 333 432 531 630
Ульт-Ягун 0,6 1,8 3,2 5,2 7,4 9,6 11,8 14
Лимбей 4,8 14,4 25,6 41,6 59,2 76,8 94,4 112
Коротчаево 6 18 32 52 74 96 118 140
Нижневартовск 0,6 1,8 3,2 5,2 7,4 9,6 11,8 14
Удовлетворение потенциала на всех станциях потребовало бы строительства восьми экипировочных пунктов разной мощности с организацией доставки на них необходимого топлива.
Особенности работы с криогенными жидкостями, такими как сжиженный природный газ, предъявляют серьезные требования к неснижаемому остатку СПГ в емкостях хранения, необходимому для поддержания криогенной температуры стенок. Полное опорожнение цистерны или бака газотурбовоза потребует при заправке процедуры захолаживания емкости, в процессе которого испарившийся СПГ выходит из заправляемой цистерны через дренажное отверстие, что приводит к потерям топлива, составляющим до 10...15 % объема емкости. Поэтому число сливоналивных операций с сжиженным природным газом необходимо минимизировать. Достигается это двумя путями: экипировка газотурбовозов или газотепловозов непосредственно в емкости, расположенные на борту (заправка в борт), со сливоналивной эстакады объекта производства СПГ; использование для экипировки газовых локомотивов съемных или подключаемых криогенным продукто-проводом цистерн.
Проведенные экономические расчеты показывают, что наиболее низкозатратным и экономически оправданным является вариант экипировки локомотивов в борт непосредственно на объектах производства СПГ.
Однако строительство восьми точек производства СПГ (причем у двух из которых производительность менее 0,5 т/ч, а у одной 3 т/ч) - нерационально. Поэтому был проведен анализ возможности организации доставки сжиженного природного газа к месту его использования локомотивами. Рассматривались варианты доставки топлива железнодорожным и автомобильным транспортом. Так, в ближайшие 2017-2019 гг. на перегоне Войновка - Сургут существует возможность организации снабжения локомотивов от единого источника производства СПГ автомобильным или железнодорожным транспортом. Однако при росте потребления и вводе в эксплуатацию перегонов Сургут - Коротчаево и Сургут - Нижневартовск доставка необходимых для этого объемов топлива с объектов производства СПГ автомобильным транспортом по существующим региональным дорогам становится проблематичной и маловероятной. Поэтому при анализе вариантов организация доставки сжиженного природного газа на пункты экипировки с применением
автомобильного транспорта рассматривается исключительно в качестве резервной.
При расчете транспортировки СПГ по железной дороге использовались относительные затраты на 1 км пути, приведенные в табл. 8. 43
Таблица 8
Стоимость транспортировки цистерны на 1 км в границах полигона эксплуатации локомотивов, руб./км
Город Войновка Тобольск Демьянка Сургут Ульт-Ягун Лимбей Коротчаево Нижневартовск
Войновка - 145,54 107,75 87,17 83,84 71,61 69,87 78,71
Тобольск 145,54 - 170,19 101,14 97,05 78,40 75,93 88,68
Демьянка 107,75 170,19 - 126,65 115,83 82,56 80,70 114,01
Сургут 87,17 101,14 126,65 - 367,79 96,86 89,53 148,16
Ульт-Ягун 83,84 97,05 115,83 367,79 - 100,93 95,23 176,37
Лимбей 71,61 78,40 82,56 96,86 100,93 - 246,72 89,39
Коротчаево 69,87 75,93 80,70 89,53 95,23 246,72 - -
Нижневартовск 78,71 88,68 114,01 148,16 176,37 89,39 - -
На этапе исследования возможности организации производства и доставки СПГ в объеме, заявленном ОАО «РЖД», специалистами ООО «Газпром ВНИИГАЗ» была проанализирована газовая инфраструктура в районе полигона эксплуатации газотурбовозов. На рис. 4 представлена схема магистральных газопроводов и размещенных на них компрессорных станций.
Рис. 4. Схема магистральных газопроводов в районе полигона Войновка - Сургут
Проведенный анализ показал, что трасса магистрального газопровода совпадает с трассой железной дороги за исключением двух мест: городов Тобольск и Сургут. При этом газораспределительная станция (ГРС) в Тобольске имеет достаточно низкую пропускную способность и находится на значительном расстоянии от железнодорожной станции.
В Сургуте (рис. 5) ситуация несколько отличается - несмотря на то, что магистральный газопровод здесь не проходит вдоль железнодорожного полотна, в городе есть крупные постоянные потребители, подключенные через ГРС. Большие расходы через ГРС позволяют получить до 240 т СПГ в сутки. Наличие данного производства могло бы обеспечить потребности станции Сургут в топливе до 2020 г., но при этом потребуется построить 12 км железнодорожных путей с интенсивным движением внутри городской черты или организовать непрерывное перемещение по городу метановозов, курсирующих по маршруту «железнодорожная станция - ГРС», что приведет к росту нагрузки на городские дороги.
Рис. 5. Схема магистральных газопроводов в районе города Сургут
Постановлением правления ПАО «Газпром» № 42 от 26.10.2016 г. утверждена «Программа развития малотоннажного производства и использования СПГ», в которой предусмотрено создание комплекса производства СПГ на ГРС ТЭЦ 1 г. Тюмень. Удачное размещение данной ГРС на расстоянии 0,3 км от железнодорожной станции делает ее наиболее привлекательным объектом в рамках реализации проекта создания экипировочных пунктов. Совокупный объем производства на этой ГРС может составить около 105 т СПГ в сутки, обеспечив потребности ст. Войновка на период 2017-2020 гг.
В процессе технико-экономического анализа рассматривались следующие варианты организации снабжения СПГ и размещения производственных и заправочных мощностей. Вариант 1
Производство СПГ на трех ГРС, утвержденных в Программе ПАО «Газпром» (рис. 6) .
В рамках данного варианта производство СПГ должно быть организовано на трех ГРС в Тюмени (ст. Войновка), Тобольске и Нижневартовске с последующей его доставкой железнодорожными цистернами к местам потребления на экипировочных пунктах возле станций Тобольск, Сургут, Лимбей и Нижневартовск.
Рис. 6. Схема размещения объектов производства СПГ и экипировки локомотивов, вариант 1:
КП - комплекс производства СПГ; КЭ - комплекс экипировки локомотивов СПГ; ГРС на ТЭС1 - газораспределительная станция на теплоэлектростанции 1 г. Тюмень
Рис. 7. Схема размещения объектов производства СПГ и экипировки локомотивов, вариант 2:
АКП - автономный комплекс производства СПГ Вариант 2
Производство СПГ на ГРС и автономном комплексе с доставкой на пункты экипировки по железной дороге (рис. 7).
В рамках данного варианта производство СПГ должно быть организовано на ГРС в Тюмени (ст. Войновка) и автономном комплексе производства на отводе магистрального газопровода в Ульт-Ягуне с последующей его доставкой железнодорожными цистернами к местам потребления на экипировочных пунктах возле станций Сургут и Лимбей. Вариант 3
Производство СПГ на ГРС и автономном комплексе (рис. 8).
Рис. 8. Схема размещения объектов производства СПГ и экипировки локомотивов, вариант 3
В рамках данного варианта производство СПГ должно быть организовано на ГРС в Тюмени (ст. Войновка) и автономном комплексе производства на отводе магистрального газопровода в Сургуте с последующей его доставкой железнодорожными цистернами к местам потребления на экипировочный пункт возле ст. Лимбей. При этом производство СПГ в Тюмени и Сургуте оснащено пунктами экипировки локомотивов в борт с подъездных путей.
Сводные технико-экономические показатели для приведенных вариантов сведены в табл. 9.
Таким образом, в рамках данной работы были рассмотрены затраты инвестора на создание инфраструктуры заправки локомотивов сжиженным природным газом в районе полигона опытной эксплуатации Свердловской и Северной железных дорог.
В частности, сделан вывод о том, что доставка СПГ с объектов производства на экипировочные пункты железных дорог автомобильным транспортом по дорогам общего пользования и федеральным трассам имеет смысл только на начальной стадии опытной эксплуатации газовых локомотивов в период 2017-2019 гг., а также во время проектирования и строительства основных производственных мощностей проекта и при малой численности локомотивов на СПГ. В последующем круглогодичное применение тяжелых грузовиков на северных дорогах является проблематичным, опасным и затратным и, следовательно, может рассматриваться только в качестве резервного способа разовой доставки партии сжиженного природного газа.
Таблица 9
Технико-экономические показатели расчета по вариантам проекта
Наименование показателя Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3
Общая производительность объектов производства СПГ, т/сут 526 775 775
Число пунктов экипировки 5 4 3
Число цистерн для СПГ 40 58 18
Капитальные вложения, млн руб. В том числе пункты экипировки комплексы производства СПГ цистерны для СПГ 11 487,0 3 200,0 7 729,0 558,0 10 344,4 1 600,0 7 845,4 899,0 8 986,4 800,0 7 845,4 341,0
Среднегодовые эксплуатационные затраты, млн руб./год В том числе затраты на покупку сырьевого газа газоподготовка энергозатраты на производство СПГ стоимость транспортировки заработная плата персонала амортизационные отчисления прочие 2 621,1 1 093,6 322.2 0 268,2 61,8 649,0 226.3 3 482,8 1 611,3 126.7 636,5 265.8 36,7 584,4 221,4 3 279,5 1 611,3 126,7 636,5 158,5 30,1 507,7 208,7
Чистый доход от проекта, млн руб. 26 658,8 24 013,4 20 762,9
Чистый дисконтированный доход от проекта, млн руб. 1 646,3 1 482,6 1 282,9
Внутренняя норма доходности, % 12,0 12,0 12,0
Срок окупаемости по ЧД, лет 9 9 9
Срок окупаемости по ЧДД, лет 17 17 17
Стоимость СПГ на пункте экипировки, руб./т 21 153,4 17 074,4 15 748,6
Что касается организации производственных мощностей по энергоэффективной технологии (размещение комплексов сжижения природного газа на газораспределительных станциях), можно сделать вывод, что предложенные в утвержденной Программе ПАО «Газпром» точки производства в районе полигона опытной эксплуатации газового транспорта являются экономически малопривлекательными, поскольку удалены от железнодорожного полотна, требуют организации выделенных пунктов экипировки в непосредственной близости от станций железной дороги, дополнительных затрат на приобретение и эксплуатацию парка цистерн для перевозки СПГ, доставку СПГ железнодорожным транспортом на пункты экипировки, а также наличия оборотной тары. Все вышеперечисленные факторы увеличивают расходную часть проекта и негативно сказываются на его итоговых экономических показателях.
48
В части организации заправки железнодорожных локомотивов наиболее привлекательной с экономической точки зрения является заправка непосредственно в борт на пунктах экипировки, интегрированных в объекты по производству СПГ. Применение данного метода позволяет использовать производственную сливоналивную эстакаду, используемую для отгрузки СПГ в цистерны, для заправки локомотивов. Наличие интегрированных экипировочных пунктов позволяет сократить численность объектов инфраструктуры экипировки и, соответственно, капитальные и эксплуатационные затраты, а также потери товарной продукции, связанные со сливоналивными операциями и происходящим при этом испарением криогенной жидкости.
В ходе технико-экономического анализа были рассмотрены три возможных варианта обеспечения ОАО «РЖД» газовым моторным топливом и рассчитана минимальная стоимость СПГ на пунктах экипировки при заданной внутренней норме доходности 12 %. В качестве источника инвестиций рассматривались собственные средства инвестора, например, ПАО «Газпром». В первом варианте, соответствующем Программе ПАО «Газпром», стоимость СПГ в пункте экипировки является довольно высокой (21,1 руб./кг, это около 60 % от средней стоимости дизельного топлива в литрах). Основными причинами этого являются относительно низкая производительность комплексов производства СПГ (192 тыс. т/год) и высокие капитальные вложения (11 487 млн руб.). Второй и третий варианты выглядят предпочтительней как по стоимости СПГ на пунктах экипировки (17,1 руб./кг и 15,8 руб./кг), так и по объему инвестиций.
Литература
1. Балашов М.Л., Евстифеев А.А. Методика определения границы экономической эффективности перехода на природный газ в качестве моторного топлива // Транспорт на альтернативном топливе. - 2013. - № 2 (32). - С. 4-5.
2. Васильев Ю.Н., Гриценко А.И., Чириков К.Ю. Заправка транспорта. -М.: Недра, 1995. ISBN 5-247-03535-6.
3. Евстифеев А.А. Обеспечение муниципальных автобусных парков мегаполиса газовым моторным топливом // Газовая промышленность. - 2014. - № 2 (702). - С. 86-89.
4. Евстифеев А.А. Математическая модель анализа потребности в КПГ И СПГ на вновь газифицируемых территориях // Газовая промышленность. - 2013. -№ 1 (685). - С. 87-88.
5. Евстифеев А.А., Заева М.А., Хетагуров Я.А. Применение математического моделирования при испытаниях и отработке сложных технических систем // Вестник Национального исследовательского ядерного университета МИФИ. - 2013. - № 1. - Т. 2. - С. 115.
6. Барзилович Е.Ю., Каштанов В.А. Некоторые математические вопросы теории обслуживания сложных систем. - М.: Советское радио, 1997. - 272 с.
7. Evstifeev A., Zaeva M., Krasnikova S., Shuvalov V. Multi-criteria equipment control in complex engineering systems // Asian Journal of Applied Sciences. - 2015. -Т. 8. - № 1. - С. 86-91.
