CC BY
63
УДК 629.4:665.725
Результаты технико-экономического анализа отдельных вариантов обеспечения ОАО «РЖД» газовым моторным топливом
А.А. Евстифеев1, А.Е. Ермолаев1*
1 ООО «Газпром ВНИИГАЗ», Российская Федерация, 142717, Московская обл., Ленинский р-н, с.п. Развилковское, пос. Развилка, Проектируемый пр-д № 5537, вл. 15, стр. 1 * E-mail: [email protected]
Тезисы. Наличие на Свердловской и Северной железных дорогах протяженных неэлектрифициро-ванных участков железных дорог с высоким потоком товарных составов повышенной грузоподъемности позволяет говорить об эффективном применении 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 локомотивов на СПГ. В данной работе представлено технико-экономическое исследование возможных вариантов организации производства, транспортировки и экипировки локомотивов на СПГ при реализации базовых вариантов развития Свердловской и Северной железных дорог.
Одним из наиболее крупных потребителей сжиженного природного газа (СПГ) в качестве моторного топлива является ОАО «Российские железные дороги». Исследования в области использования природного газа на железнодорожном транспорте ведутся с середины 70-х гг. ХХ в. Нормативная база и планы развития инфраструктуры заправки локомотивного парка и собственно его численности достаточно обширны. Перечислим основные из действующих в настоящее время документов:
• Прогноз долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2030 года (Минэкономразвития России, 2013 г.);
• Прогноз социально-экономического развития Российской Федерации на 2016 год и на плановый период 2017 и 2018 годов (Минэкономразвития России, май 2015 г.);
• Транспортная стратегия Российской Федерации на период до 2030 года, утвержденная распоряжением Правительства Российской Федерации от 22.11.2008 № 1734-р;
• Распоряжение Правительства Российской Федерации от 11.06.2014 № 1032-р «О внесении изменений в Транспортную стратегию Российской Федерации, утвержденную распоряжением Правительства Российской Федерации от 22.11.2008 № 1734-р»;
• Государственная программа Российской Федерации «Развитие транспортной системы», утвержденная постановлением Правительства Российской Федерации от 15.04.2014 № 319;
• Федеральная целевая программа «Развитие транспортной системы России (2010-2020 годы)», утвержденная постановлением Правительства Российской Федерации от 05.12.2001 № 848 с изменениями и дополнениями от 15.05.2014 № 445;
• Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации на период до 2030 года, утвержденная распоряжением Правительства Российской Федерации от 17.06.2008 № 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 г. и на плановый период 2017 и 2018 гг.;
Ключевые слова:
сжиженный природный газ, газотурбовоз, Свердловская и Северная железные дороги, объекты
инфраструктуры заправки.
• Стратегия развития морской портовой инфраструктуры России до 2030 года (одобрена на совещании членов Морской коллегии при Правительстве Российской Федерации 28 сентября 2012 г., 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 14.11.2013 № 6819п-П9.
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 тягового подвижного состава, 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 построены на мощностях Брянского машиностроительного завода (БМЗ) в 1997-1998 гг., максимальное замещение дизельного топлива газом - 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 - произведены на АО «УК «БМЗ», мощность - 880 кВт (1197 л.с.), запас
Рис. 1. Газотепловоз ТЭМ19
СПГ - 5 т; первая поездка состоялась в декабре 2013 г.
В 2013 г. по заказу ОАО «РЖД» АО «Транс-машхолдинг» (АО «УК «БМЗ») изготовил первый в мире газопоршневой тепловоз ТЭМ19, работающий на СПГ (рис. 1). На локомотиве установлен газопоршневой двигатель 8ГЧН21/26, изготовленный ОАО «Волжский дизель им. Маминых». В настоящее время газопоршневой тепловоз ТЭМ19 проходит подконтрольную эксплуатацию на станции Егоршино Свердловской железной дороги. Первый этап испытаний газопоршневого тепловоза завершен в конце 2014 г.
Основные технические характеристики маневрового тепловоза ТЭМ-19, предоставленные ОАО «РЖД», приведены в табл. 1.
Тепловоз ТЭМ-19 предназначен для эксплуатации на крупных железнодорожных узлах. В настоящее время завершен полный комплекс его испытаний, включая сертификационные, оформлен сертификат соответствия на газотепловоз. Результаты подконтрольной эксплуатации маневрового тепловоза ТЭМ-19 показали, что по сравнению с маневровыми тепловозами ТЭМ18ДМ (табл. 2) газотепловоз
Таблица 1
Основные технические характеристики ТЭМ-19
Параметр Показатель
Мощность, кВт (л.с.) 880 (1197)
Двигатель Газопоршневой 491ГД
Вид топлива СПГ
Количество 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
Экономия затрат за период жизненного цикла 5,7
по сравнению с ТЭМ18ДМ, %
Снижение выбросов и СО, раз 3
Производитель АО «УК «Брянский машиностроительный завод»
Таблица 2
Сравнительная характеристика маневрового тепловоза ТЭМ18ДМ и тепловоза ТЭМ19 с газопорпшевой силовой установкой
Параметр ТЭМ18ДМ ТЭМ19
Мощность тепловоза, кВт (л.с.) 882 (1200) 880(1197)
Служебная масса, т 126 138
Осевая формула З -З о о З -З о о
Конструкционная скорость, км/ч 100 100
Сила тяги, тс:
• при трогании с места; 32,5 32,5
• длительного режима 21,0 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/кВтч 196,5 + 9,8 -
Расход топлива дизелем в режиме холостого хода 5,5 кг/ч 68 м3/ч
Расход топливного газа, м3/ч, не более - 237 (при 100%-ной нагрузке) 188 (при 75%-ной нагрузке) 144 (при 50%-ной нагрузке)
Удельный расход газового топлива с теплотворностью 45,76 МДж/м3 при нормальных условиях, м/мин, не более 99,3 (при 25%-ной нагрузке)
Срок службы дизеля, лет 16 25
Назначенный срок службы локомотива до списания, лет 32 50
позволяет снизить удельные затраты на топливо до 26 %. Экономия затрат за период жизненного цикла газотепловоза по сравнению тепловозом ТЭМ18ДМ составляет 5,7 %.
Также по заказу ОАО «РЖД» разработан первый в России магистральный газотурбинный локомотив (газотурбовоз) ГТ1-001. Это двухсекционный локомотив, в первой секции (тяговой) которого размещается оборудование силового блока (газотурбинный двигатель, тяговый генератор и их вспомогательные системы), вспомогательное оборудование, оборудование системы газоподготовки и системы подготовки воздуха. Во второй секции (бустерной) находятся криогенная емкость с запасом СПГ в количестве 17 т, тягово-энергетическое оборудование и оборудование системы газоподготовки.
В 2008 г. на Московской железной дороге состоялись первые опытные поездки
газотурбовоза ГТ 1-001, в результате которых на участке Рыбное - Бекасово проведены поезда массой до 8300 т, что значительно превысило установленные весовые нормы для данного участка. На экспериментальном кольце ВНИИЖТ (Щербинка) 23 января 2009 г. газотурбовозом проведен грузовой поезд массой 15020 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 (табл. 3) и его эффективность.
По завершении первого этапа испытаний газотурбовоз передислоцирован на Свердловскую железную дорогу для продолжения подконтрольной эксплуатации. Заправка газотурбовоза СПГ осуществляется ООО «Газпром
Таблица 3
Основные технические характеристики газотурбовозов ГТ1-001 и ГТ1Ь-002
Параметр ГТ1-001 ГТ1И-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, раз 5 5
трансгаз Екатеринбург» на газораспределительной станции ГРС-4 (станция 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 установленная весовая норма составляет 4500 т. В 2012 г. газотурбовоз ГТ1-001 модернизирован, новые модификации получили индекс «И» (рис. 2, см. табл. 3). В настоящее время на Свердловской железной дороге продолжается подконтрольная эксплуатация газотурбовоза.
В 2013 г. построен газотурбовоз ГТ1И-002 (см. табл. 3 и рис. 2б) на базе другой экипажной части (тепловоза ТЭМ7А) и с модернизированным оборудованием. ГТ1И-002 - грузовой газотурбовоз с электропередачей переменно-постоянного тока с поосным регулированием тяги в составе двух 8-осных секций. Предназначен для вождения грузовых поездов весом свыше 6000 т на сети железных дорог колеи 1520 мм. Запас сжиженного природного газа газотурбовоза ГТ1И-002 увеличен до 20 т. Является первым предсерийным магистральным газотурбовозом. Газотурбовоз не имеет аналогов в мире, мощность энергетической установки, работающей на СПГ, составляет 8500 кВт.
В настоящее время газотурбовоз ГТ1И-002 проходит подконтрольную эксплуатацию на Свердловской железной дороге. Анализ поездок газотурбовоза ГТ1И-002 на полигоне Егоршин - Серов-сорт. - Егоршино общей протяженностью 640 км и имеющем тяжелый профиль, показывает средний расход газа за поездку в районе 15...16 т.
Предварительные результаты подконтрольной эксплуатации показывают, что
по сравнению с грузовыми тепловозами 2ТЭ116 магистральный газотурбовоз позволяет снизить на 30 % расходы на перевозку одной тонны 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 полигоне российских железных дорог грузового двухсекционного тепловоза 2ТЭ116 - 4400 кВт (2x2200 кВт), а мощность нового газотурбовоза ГТ1И -8500 кВт, что особенно важно при оценке альтернатив грузовым тепловозам на неэлектри-фицированных 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), высокой мощности газотурбовоза (один газотурбовоз заменит два тепловоза 2ТЭ116). Кроме того, в связи с повышенной тяговой мощностью газотурбовоза на стыковочных станциях электро/тепловоз-ной 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 2 раза выше, чем у тепловоза. При этом потребность в ремонте 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
Рис. 2. Газотурбовозы ГТ1Ь-001 (а) и ГПЬ-002 (б)
по сравнению с тепловозом за счет меньших затрат на топливо, обслуживание и ремонт.
Газовозы являются более экологичным видом тягового подвижного состава по сравнению с тепловозами. Испытания ГТ1И показали 5-кратный запас по 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 СПГ. 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, количество которых, как правило, составляет 10...40 единиц в пункте приписки, требуются 10...35 т дизельного топлива в сутки. При указанных 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, смазочным 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 горючесмазочных материалов, пункты экипировки и технического обслуживания локомотивов и т. д.) с учетом вида используемого топлива, технологических параметров и 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 в том числе 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 адаптацию производственно-технической базы, а ПАО «Газпром» - формирование газотопливной инфраструктуры.
Разработчиками 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 ГТШ-001 и ГТ1И-002) и маневровых (ТЭМ-18Г, ТЭМ19, ЧМЭ3Г) локомотивов.
В границах Свердловской железной дороги определен опытный полигон эксплуатации магистральных локомотивов, использующих СПГ (рис. 3). Результаты испытаний опытных образцов газомоторного тягового подвижного состава подтверждают основные эксплуатационные параметры (мощность, скоростные и тяговые характеристики в различных режимах, расход топлива, запас хода, уровень вредных выбросов в атмосферу и пр.), 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 неэлектрифи-цированных участках железных дорог со стабильными объемами промышленных перевозок не вызывает сомнений.
Динамика роста численности парка подвижного состава на Свердловской железной дороге исходя из графика поставок показана в табл. 4. К 2022 г. на Свердловской железной дороге будут эксплуатироваться 14 газотурбовозов и 20 тепловозов ТЭМ19 на СПГ.
Рис. 3. Полигон перспективной эксплуатации локомотивов на СПГ (Свердловская и Северная железные дороги)
Таблица 4
Запланированный рост численности парка подвижного состава на Свердловской железной дороге, ед.
Вид работ 2017 г 2018 г 2019 г. 2020 г. 2021 г. 2022 г.
Изготовление установочной серии газотурбовозов ГТ1И 1 2 2 3 3 3
Поставка газопоршневых двигатель-генераторов ГДГ800Т для газотепловозов ТЭМ19 1 2 3 4 5 5
Оценка эффективности перевода парка локомотивов на СПГ основывалась на концепции и методологии, изложенных в ранее опубликованных работах [1-7], и нормативно-балансовом подходе к организации процесса экипировки локомотивов моторным топливом. Особенностью примененной методики является построение на первом этапе полного множества возможных схем организации снабжения локомотивов необходимым объемом моторного топлива с последовательным усечением полученного множества по результатам оценки эффективности получаемых решений. В качестве исходных в рамках данной работы использованы следующие значения суточного нормативного потребления топлива: локомотивом ГТ1И - 40 т; газотепловозом ТЭМ19 - 20 т.
По результатам анализа протяженности межстанционных перегонов на полигоне эксплуатации локомотивов Свердловской железной дороги (табл. 5) и плана-графика ввода в эксплуатацию локомотивов сформированы прогнозные объемы потребления по полигону (табл. 6).
В результате анализа актуальных транспортных грузопотоков получены характеристики потенциального потребления газового моторного топлива по станциям (табл. 7).
Удовлетворение потенциала на всех станциях потребовало бы строительства восьми экипировочных пунктов разной мощности с организацией доставки на пункты экипировки необходимого топлива. Особенности работы с криогенными жидкостями, такими
Таблица 5
Матрица межстанционных корреспонденций на полигоне эксплуатации локомотивов
Свердловской железной дороги, км
Станция Войновка Тобольск Демьянка Сургут Ульт-Ягун Лимбей Коротчаево Нижневартовск
Войновка X 229 410 703 760 1235 1337 920
Тобольск 229 X 181 474 531 1006 1108 691
Демьянка 410 181 X 293 350 825 927 452
Сургут 703 474 293 X 57 532 634 217
Ульт-Ягун 760 531 350 57 X 475 577 160
Лимбей 1235 1006 825 532 475 Х 102 635
Коротчаево 1337 1108 927 634 577 102 X 737
Нижневартовск 920 691 452 217 160 635 737 X
Таблица 6
Прогнозные объемы потребления по полигону
2017 г. 2018 г. 2019 г 2020 г 2021 г 2022 г. 2023 г. 2024 г.
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 топлива, т СПГ 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 топлива, т СПГ 20 60 120 200 300 400 500 600
Общий суточный объем потребления СПГ, т 60 180 320 520 740 960 1180 1400
Таблица 7
Потенциальное потребление газового моторного топлива, тонн СПГ
2017 г. 2018 г. 2019 г 2020 г. 2021 г. 2022 г. 2023 г. 2024 г
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
как СПГ, предъявляют серьезные требованиях к неснижаемому запасу криогенной жидкости в емкостях хранения, необходимой для поддержания криогенной температуры стенок емкости. 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 СПГ в размере до 10...15 % от объема емкости. Поэтому количество сливно-наливных операций с СПГ необходимо минимизировать. Сделать это можно двумя способами: 1) экипировкой газотурбовозов и газотепловозов непосредственно в борт со сливно-наливной эстакады объекта производства СПГ и 2) применением для экипировки газотурбовозов съемных или подключаемых криогенным продуктопроводом
цистерн. Экономические расчеты показывают, что наиболее низкозатратным и экономически оправданным является вариант экипировки локомотивов в борт непосредственно на объектах производства СПГ.
Тем не менее строительство восьми точек производства СПГ, причем две из которых имеют производительность менее 0,5 т/ч, а одна -3 т/ч, нерационально. Поэтому проведен анализ возможности организации доставки СПГ для его последующего использования локомотивами. Рассматривались варианты доставки топлива железнодорожным и автомобильным транспортом. На период 2017-2019 гг. при условии эксплуатации локомотивов на перегоне Войновка - Сургут существует возможность организации снабжения локомотивов от единого источника производства СПГ как автомобильным, так и железнодорожным
транспортом. Однако при росте потребления и необходимости ввода в эксплуатацию перегонов Сургут - Коротчаево и Сургут -Нижневартовск доставка необходимых для этого объемов топлива с объектов производства автомобильным транспортом по существующим региональным дорогам становится проблематичной и маловероятной. Поэтому вариант доставки СПГ на пункты экипировки автомобильным транспортом рассматривается исключительно в качестве резервного.
Для оценки рентабельности транспортировки СПГ по железной дороге в расчетах использовали показатель относительных затрат на один километр пути (табл. 8).
На этапе анализа возможности организации транспортировки СПГ в объеме, заявленном ОАО «РЖД», специалистами ООО «Газпром ВНИИГАЗ» изучена газовая инфраструктура
в районе полигона эксплуатации газотурбовозов (рис. 4).
Анализ показал, что трасса магистрального газопровода совпадает с трассой железной дороги за исключением двух мест - городов Тобольска и Сургута. При этом 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 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 нужно будет построить 12 км железнодорожных
Таблица 8
Матрица стоимости транспортировки цистерны на 1 км в границах полигона эксплуатации
локомотивов, руб./км
Станция Войновка Тобольск Демьянка Сургут Ульт-Ягун Лимбей Коротчаево Нижневартовск
Войновка X 145,54 107,75 87,17 83,84 71,61 69,87 78,71
Тобольск 145,54 X 170,19 101,14 97,05 78,40 75,93 88,68
Демьянка 107,75 170,19 X 126,65 115,83 82,56 80,70 114,01
Сургут 87,17 101,14 126,65 X 367,79 96,86 89,53 148,16
Ульт-Ягун 83,84 97,05 115,83 367,79 X 100,93 95,23 176,37
Лимбей 71,61 78,40 82,56 96,86 100,93 X 246,72 89,39
Коротчаево 69,87 75,93 80,70 89,53 95,23 246,72 X X
Нижневартовск 78,71 88,68 114,01 148,16 176,37 89,39 X X
Рис. 4. Схема магистральных газопроводов в районе полигона Войновка - Сургут с размещенными на них компрессорными станциями (КС)
Рис. 5. Схема магистральных газопроводов в районе города Сургут
путей с интенсивным движением внутри городской черты или организовать непрерывное движение по городу метановозов, курсирующих по маршруту «железнодорожная станция - ГРС», что приведет к повышению общей загруженности городских дорог.
Программой развития малотоннажного производства и использования СПГ (утв. постановлением Правления ПАО «Газпром» от 26.10.2016 № 42) предусмотрено создание комплекса производства СПГ на ГРС ТЭЦ-1 в Тюмени. Удачное размещение данной ГРС на расстоянии 0,3 км от железнодорожной станции делает ее наиболее привлекательным объектом в рамках реализации проекта экипировочных пунктов. Совокупный объем производства на данной ГРС может составить порядка 105 т СПГ в сутки, обеспечив потребности станции Войновка на период 2017-2020 гг.
В процессе технико-экономического анализа рассматривались несколько вариантов организации снабжения и размещения производственных и заправочных мощностей (рис. 6-8, табл. 9). Так, предполагается производство СПГ организовать следующим образом:
• в рамках варианта 1 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;
• в рамках варианта 2 на ГРС в Тюмени (ст. Войновка) и на автономном комплексе производства на отводе магистрального газопровода в Ульт -Ягуне с последующей его
Коротчаево
Щ КПСПГнаГРС Щ КПиКЭСПГнаГРСТЭС!
Рис. 6. Вариант 1: производство СПГ на ГРС, утвержденных Программой малотоннажного производства ПАО «Газпром»: КП - комплекс производства; КЭ - комплекс экипировки; ж/д - железнодорожная; число -производительность по СПГ, т/сут
Коротчаево
Щ АКПиКЭСПГ Щ КПиКЭСПГнаГРСТЭС!
Рис. 7. Вариант 2: производство СПГ
на ГРС и автономном комплексе с доставкой на пункты экипировки по железной дороге
Коротчаево
Щ АКП и КЭ СПГ, Щ КПиКЭСПГнаГРСТЭС!
Рис. 8. Вариант 3: производство СПГ на ГРС и автономном комплексе
доставкой железнодорожными цистернами к местам потребления на экипировочных пунктах возле станций Сургут, Лимбей;
• в рамках варианта 3 на ГРС в Тюмени (ст. Войновка) и на автономном комплексе производства на отводе магистрального газопровода в городе Сургуте с последующей его доставкой железнодорожными цистернами к местам потребления на экипировочный пункт возле станции Лимбей. При этом производство СПГ в Тюмени и Сургуте оснащено пунктами экипировки локомотивов в борт с подъездных путей.
***
В рамках статьи рассмотрены затраты инвестора на создание инфраструктуры заправки локомотивов сжиженным природным газом в районе полигона опытной эксплуатации Свердловской и Северной железных дорог.
В части организации доставки СПГ с объектов производства на экипировочные пункты железных дорог автомобильным транспортом по дорогам общего пользования и федеральным трассам сделан вывод о возможности использования автомобильных криогенных мета-новозов только на начальной стадии опытной эксплуатации в период 2017-2019 гг. во время проектирования и строительства основных производственных мощностей проекта и малой численности локомотивов на СПГ. В последующем круглогодичное применение тяжелых грузовиков на северных дорогах является проблематичным, опасным и затратным, а следовательно, может рассматриваться только в качестве резервного способа разовой доставки партии СПГ.
В части организации производственных мощностей по энергоэффективной технологии (размещение комплексов сжижения природного газа на ГРС) можно сделать вывод, что предложенные в утвержденной Программе ПАО «Газпром» точки производства в районе полигона опытной эксплуатации газового
Таблица 9
Сводные расчетные технико-экономические показатели проекта по трем вариантам
Показатель Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3
Общая производительность объектов производства СПГ, т/сут 526 775 775
Количество пунктов экипировки 5 4 3
Количество цистерн для СПГ 40 58 18
Капитальные вложения, млн руб., в том числе: 11487,0 10344,4 8986,4
• пункты экипировки 3200,0 1600,0 800,0
• комплексы производства СПГ 7729,0 7845,4 7845,4
• цистерны для СПГ 558,0 899,0 341,0
Среднегодовые эксплуатационные затраты, млн руб./год, в том числе: 2621,1 3482,8 3279,5
• затраты на покупку сырьевого газа 1093,6 1611,3 1611,3
• газоподготовка 322,2 126,7 126,7
• энергозатраты на производство СПГ 0 636,5 636,5
• стоимость транспортировки 268,2 265,8 158,5
• заработная плата персонала 61,8 36,7 30,1
• амортизационные отчисления 649,0 584,4 507,7
• прочие 226,3 221,4 208,7
Чистый доход (ЧД) от проекта, млн руб. 26658,8 24013,4 20762,9
Чистый дисконтированный доход (ЧДД) от проекта, млн руб. 1646,3 1482,6 1282,9
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 21153,4 17074,4 15748,6
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, затрат на доставку СПГ железнодорожным транспортом на пункты экипировки, наличия оборотной тары. Все перечисленные факторы увеличивают расходную часть проекта и негативно сказываются на его итоговых экономических показателях.
В части организации заправки железнодорожных локомотивов наиболее привлекательной с экономической точки зрения является заправка непосредственно в борт на интегрированных в производственные объекты пунктах экипировки. Данный метод позволяет применить производственную сливно-наливную эстакаду, используемую для отгрузки СПГ в цистерны, для заправки локомотивов. Интегрированные экипировочные пункты позволят сократить численность объектов инфраструктуры экипировки и, соответственно, сократить капитальные и эксплуатационные затраты, а также потери товарной продукции, связанные со сливно-наливными операциями и происходящим при этом испарением криогенной жидкости.
В ходе технико-экономического анализа 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 на заправочном пистолете пункта экипировки является довольно высокой - 21,1 руб./кг (это приблизительно 60 %
от средней стоимости одного литра дизельного топлива). Основными причинами этого являются относительно низкая производительность комплексов производства СПГ (192 тыс. т/год) и высокие капитальные вложения (11487 млн руб.). Варианты два и три выглядят предпочтительнее как с точки зрения стоимости СПГ на пунктах экипировки (17,1 руб./кг и 15,8 руб./кг соответственно), так и по объему инвестиций.
Список литературы
1. Балашов М. Л. Методика определения границы экономической эффективности перехода
на природный газ в качестве моторного топлива / М. Л. Балашов, А. А. Евстифеев // Транспорт на альтернативном топливе. -2013. - № 2 (32). - С. 4-5.
2. Васильев Ю.Н. Газозаправка транспорта / Ю.Н. Васильев, А.И. Гриценко,
К.Ю. Чириков. - М.: Недра, 1995. -342 с.
3. Евстифеев А. А. Обеспечение муниципальных автобусных парков мегаполиса газовым моторным топливом / А.А. Евстифеев // Газовая промышленность. - 2014. - № 2 (702). - С. 86-89.
4. Евстифеев А.А. Математическая модель анализа потребности в КПГ и СПГ
на вновь газифицируемых территориях / А.А. Евстифеев // Газовая промышленность. -2013. - № 01 (685). - С. 87-88.
5. Евстифеев А. А. Применение математического моделирования при испытаниях и отработке сложных технических систем / А.А. Евстифеев, М.А. Заева, Я. А. Хетагуров // Вестник Национального исследовательского ядерного университета МИФИ. - 2013. - № 1. - Т. 2. -
С. 115.
6. Барзилович Е.Ю. Некоторые математические вопросы теории обслуживания сложных систем / Е.Ю. Барзилович, В.А. Каштанов. -М.: Советское радио, 1997. - 272 с.
7. Evstifeev A. Multi-criteria equipment control in complex engineering systems / A. Evstifeev, M. Zaeva, S. Krasnikova et al. // Asian Journal ofApplied Sciences. - 2015. - Т. 8. - № 1. -С. 86-91.
Feasibility study of special variants for Russian Railways provision with a gas motor fuel
A.A. Yevstifeyev1, A.Ye. Yermolayev1*
1 Gazprom VNIIGAZ LLC, Bld. 1, Estate 15, Proyektiruemyy proezd no. 5537, Razvilka village, Leninsky district, Moscow Region, 142717, Russian Federation * E-mail: [email protected]
Abstract. Existance of the extended not-electrified railway sections with high traffic of freight trains with higher cargo-carrying capacity at the Sverdlovskaya and Severnaya railway roads makes speak about application of the liquefied natural gas (LNG) as motor fuel. Conversion from testing of single LNG-filled locomotives to full-scale operation of such machines requires both construction of such locomotives and development of infrastructure for their filling and maintenance. This paper presents feasibility study of possible variants for arrangement of production, transportation and equipping of LNG-drived locomotives within realization of the basic plans for development of the Sverdlovskaya and Severnaya railway roads.
Keywords: liquefied natural gas, gas turbine locomotive, Sverdlovsk and Severnaya railway roads, facilities of fuel-filling infrastructure.
References
1. BALASHOV, M.L., A.A. YEVSTIFEYEV. Procedure for determination of cost efficient margins in conversion to usage of natural gas as motor fuel [Metodika opredeleniya granitsy ekonomicheskoy effektivnosti perekhoda na prirodnyy gas v kachestve motornogo topliva]. TransportnaAlternativnom Toplive. 2013, no. 2(32), pp. 4-5. ISSN 2073-1329. (Russ.).
2. VASILYEV, Yu.N., A.I. GRITSENKO, K.Yu. CHIRIKOV. Fuel filling [Zapravka topliva]. Moscow: Nedra, 1995. (Russ.).
3. YEVSTIFEYEV, A.A. Providing municipal bus fleet of a megacity with gas motor fuel [Obespecheniye munitsipalnykh avtobusnykh parkov megapolisa gazovym toplivom]. Gazovaya Promyshlennost. 2014, no. 2(702), pp. 86-89. ISSN 0016-5581. (Russ.).
4. YEVSTIFEYEV, A.A. Mathematical model for analysis of needs for compressed and liquefied natural gas at the territories being newly gazified [Matematicheskaya model analiza potrebnosti v KPG i SPG na vov gazifitsiruemykh territoriyakh]. Gazovaya Promyshlennost. 2013, no. 1(685), pp. 87-88. ISSN 0016-5581. (Russ.).
5. YEVSTIFEYEV, A.A., M.A. ZAYEVA, Ya.A. KHETAGUROV. Application of mathematical simulation during testing and verification of complex technical systems [Primeneniye matematicheskogo modelirovaniya pri ispytaniyakh i otrabotke slozhnykh tekhnicheskikh sistem]. Vestnik MEPhI. 2013, no. 1, vol. 2, p. 115. ISSN 2304-487X. (Russ.).
6. BRAZILO VICH, Ye. Yu., V. A. KASHTANO V. Some mathematical issues ofthe Complexity Theory [Nekotoryye matematicheskiye voprosy teorii obsluzhivaniya slozhnykh system]. Moscow: Sovetskoye radio, 1997. (Russ.).
7. YEVSTIFEYEV, A., M. ZAYEVA, S. KRASNIKOVA et al. Multi-criteria equipment control in complex engineering systems. Asian Journal of Applied Sciences. 2015, vol. 8, no. 1, pp. 86-91. ISSN 2321-0893.
