CC BY
62
УДК 656.73.01.88
СНИЖЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ ТРАНСПОРТНЫХ ПОТОКОВ КРУПНЫХ
ГОРОДОВ
Е.В. Нагорный, профессор, д.т.н., Н.А. Нефедов, доцент, к.т.н., ХНАДУ, А.П. Кузнецов, инженер, НПФ «Днепротехсервис»,
г.Днепропетровск
Аннотация. Рассматриваются вопросы снижения вредных выбросов в атмосферу автомобильного транспорта за счет использования в качестве автомобильного топлива метана, определения возможной загрузки автогазонаполнительных станций путем моделирования распределения транспортных потоков на уличнодорожной сети и оценки экономической эффективности строительства и эксплуатации автогазонаполнительных станций.
Ключевые слова: автомобиль, экология, метан, интенсивность движения, транспортный узел, автогазонаполнительная станция, экономическая эффективность.
Введение
Автотранспорт является одним из крупнейших загрязнителей окружающей среды. В масштабах Украины доля автотранспорта в суммарных выбросах загрязняющих веществ в атмосферу всеми техногенными источниками достигает в среднем 43%, в выбросах «климатических» газов - порядка 10%, в сбросах вредных веществ со сточными водами - около 3%, в потреблении озоноразрушающих веществ - не более 5%. Доля автотранспорта больших городов Украины в загрязнении атмосферного воздуха достигает 85-90%. Наибольшая доля этого ущерба (до 60%) связана с перевозкой пассажиров легковыми автомобилями. На перевозки грузов автотранспортом приходится 26,5% экологического ущерба, а на автобусные перевозки - 13,5%.
Проблемы в сфере автотранспортного комплекса могут быть кардинально решены только в контексте общего преодоления кризисных явлений в экономике и совершенствования управления автотранспортным комплексом в целом, в том числе путем скорейшего создания необходимой инфраструктуры.
Целью представленной работы является определение оптимальных мест строительства автогазо -наполнительных компрессорных станций (АГНКС) в г. Днепропетровске.
Анализ публикаций
Общими социально-экономическими причинами, способствующими ухудшению экологической си-
туации в связи с функционированием автотранспорта, являются [1]:
- низкий рейтинг экологических проблем среди приоритетов государственного управления в условиях сложной социально-экономической обстановки и, вследствие этого, крайняя ограниченность бюджетных средств, выделяемых на решение экологических проблем на общегосударственном, региональном и городском уровнях;
- недостаточное осознание обществом серьезности экологических проблем на фоне других социальных проблем;
- недостаточный учет экологических требований в процессе принятия управленческих решений и отсутствие стимулов к развитию рынка «экологически чистой» продукции, услуг и работ экологической направленности;
- отсутствие государственных гарантий, обеспечивающих благоприятный инвестиционный климат для притока в экономику средств, направляемых на решение, в том числе и экологических проблем.
Указанные проблемы характерны для всех городов Украины. В концепции развития транспортно-дорожного комплекса Украины на период до 2002 года намечены первоочередные мероприятия по улучшению экологической и санитарноэпидемиологической обстановки в городах Украины. Значительная часть их посвящена решению экологических проблем транспорта [2].
В ряде стран альтернативные виды топлива занимают заметное место: Бразилия - 60% автомобилей работают на биоэтаноле, Италия - 1,4 млн.
автомобилей используют пропан-бутан, Аргентина - более 800 тыс. автомобилей работают на природном газе [3].
Общегородские экологические программы, выполненные в Киеве, Харькове в 1994-2000 гг., в том числе и по экологии транспорта, позволили решить ряд научно-технических проблем, осуществить ряд практических мер по использованию природного газа метана и сжиженного газа пропан-бутана в качестве моторного топлива, создать условия для привлечения внебюджетных инвестиций. Расчеты показывают, что вложения инвестиций в эти проекты, при условии получения льгот от Правительства Украины, являются экономически выгодными и позволяют обеспечить возврат инвестиций за 3-5 лет [4].
Цель и постановка задачи
Критерием эффективности проекта строительства АГНКС и перспективности того или иного пункта дислокации АГНКС является удельная эффективность реализации 1 м3 метана, которая рассчитывается по формуле
Е =
Ц - - Н
(1)
где Ц - отпускная цена 1м3 метана, грн/м3; £м -себестоимость 1м3 метана на выходе станции, грн/м3; Н - общая сумма налогов в пересчете на 1м3 метана грн/м3.
Себестоимость заправки 1м3 метана рассчитывается по формуле
^ = ^знерг + ^зкспл + З + А + , (2)
где 53нерг - расходы на электроэнергию, грн/м3; £жспл - расходы на текущую эксплуатацию обо-
рудования грн/м3; З - заработная плата обслуживающего персонала, грн/м3; А - амортизация оборудования, грн/м3; - цена 1 м3 метана на входе
в АГНКС, грн/м3.
В этих пунктах визуальным способом в час пик определяются интенсивность, состав и направления движения транспортного потока. После обработки данных обследования суммарные входящие в каждый узел транспортные потоки составляют емкости узлов по прибытию, а суммарные выходящие транспортные потоки - емкости узлов по отправлению.
Решение задачи
Интенсивность движения автомобилей может быть определена только натурным обследованием машинопотоков. Это мероприятие, вследствие значительного количества участков городской территории, подлежащей обследованию (в крупных городах 2-3 тысячи пунктов) является трудоемким и дорогостоящим. Поэтому возникает необходимость ускорения и сокращения затрат на подобное обследование.
В данной работе для решения указанной задачи предлагается следующая методика. На модели улично-дорожной сети (рис. 1) экспертным методом определяются основные (потокообразующие и потокопоглощающие) узлы, подлежащие обязательному обследованию (они обозначены фигурами со сплошной линией контура). В их число обязательно включаются периферийные перекрестки на основных магистралях въезда/выезда из города.
Общее количество таких узлов определяется из следующего расчета - один узел на 40-50 тысяч жителей.
Рис. 1. Схема улично-дорожной сети: ---------- - узел улично-дорожной сети, в котором производится обследование машинопотоков;----------- узел улично-дорожной сети, в котором не производится обследование ма-
шинопотоков
Для прогнозирования величины машинопотоков на участках улично-дорожной сети, не охваченных обследованием, используется гравитационная модель, которая построена на основании следующей гипотезы:
bj = k • HOi • HPj • f (Cj), (3)
где bj - идеальные корреспонденции между районами; HOi - объём выезда из района i; HP, -объём прибытия в район j; f(Cij) - некоторая функция полных затрат пассажиров на передвижение из района i в район j; k - некоторая константа.
Соотношение (3) должно выполняться совместно со следующими ограничениями:
±bj = HOi ; (4)
j=1
Ebj = HPj , (5)
i=1
где п - количество районов.
где hjk - корреспонденция между районами i и j на итерации k.
Расчёт ведётся до тех пор, пока не выполнится условие
kijk = 1. (9)
Затем полученные корреспонденции «проводятся» по улично-дорожной сети по кратчайшим маршрутам, трассы которых проходят через пункты в которых не проводилось обследование, транзитом. Суммарная величина входящих транзитных машинопотоков в этих пунктах представляет искомую возможную интенсивность движения и позволяет спрогнозировать загрузку АГНКС в них.
Проведенные в соответствии с описанной методикой расчеты для г. Днепропетровска позволили определить наиболее перспективные пункты строительства АГНКС. При этом среди пяти наиболее привлекательных мест строительства АГНКС два были определены по результатам моделирования машинопотоков.
Стандартная модель может быть выражена математически следующим образом:
HO, • HP, • k, • dij L =----'-------j—j—j
E(HP, •k j • dj )
j=1
(6)
где Ну - корреспонденции между пунктами / и у; НО, - емкость района / по отправлению; ИРу - емкость района] по прибытию; ку - выравнивающий коэффициент притяжения поездок из зоны I в у; йу - функция тяготения между районами / и у; п - число районов; / - номер района зарождения ездок.
Вычисление матрицы корреспонденции выполняют методом итераций. После каждой итерации выравнивающий коэффициент притяжения рассчитывают по формуле
kjk = ■
HP
jk
(7)
E hv
j=1
На каждой итерации для расчета взаимообмена ездками между зонами используется уравнение гравитационной модели и выровненных коэффициентов притяжения, полученных на предшествующей итерации по формуле
hj =-
HOi • HPjk • kjk • dj
E (HPjk • kjk • d,j )
j=1
(8)
Заключение
Таким образом, приведенные модели позволяют решить актуальную и сложную задачу снижения экологической загрузки транспортных потоков крупных городов за сет прогнозирования распределения транспортных потоков и обеспечения экономической эффективности АГНКС.
Литература
1. Межгосударственная программа «Использова-
ние природного газа в качестве моторного топлива для автотранспортных средств на 2001-2005 годы». - М., 2001. - 52 с.
2. Говорущенко Н.Я., Туренко А.Н. Системотех-
ника транспорта (на примере автомобильного транспорта). - Харьков: ХДАДТУ, 1998. -468с.
3. Чаговець В.М., Казак В.Р., Орлов І.О. Природ-
ний газ як моторне паливо. Перспективи використання на транспорті // Тези доповідей VII Міжнар. конф. «Нафта та газ - 2003». -К., 2003. - С. 20-25.
4. Матейчик В.П. Наукові основи підвищення
екологічної безпеки дорожніх транспортних засобів: Автореф. дис... д-ра техн. наук: 05.22.02. - К.: НТУ, 2004. - 36 с.
Рецензент: В.Н. Варфоломеев, профессор, д. т. н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 18 апреля 2006 г.
