Способ транспортировки и железнодорожный комплекс для его осуществления
Владельцы патента RU 2624138:
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) (RU)
Изобретение относится к области транспорта грузов железнодорожным комплексом по протяженным железнодорожным магистралям, например по Транссибирской магистрали. Железнодорожный комплекс снабжен системой сжижения и транспорта сжиженного газа по протяженной железнодорожной магистрали в цистернах железнодорожных составов с помощью газотурбовозов. По трассе железнодорожной магистрали через 600-800 километров размещают хранилища сжиженного газа, пополняемые из цистерн железнодорожных составов. Газ из хранилищ используют для периодического питания газотурбовозов, а также в качестве топлива на газотурбинных или парогазовых электростанциях. Выработанную ими электрическую энергию используют для электрификации участков железнодорожной магистрали, а также для электроснабжения ее объектов и близлежащих коммунальных и производственных потребителей. Выработанную тепловую энергию используют для теплоснабжения станционных зданий и сооружений, коммунальных и производственных потребителей. В результате повышается эффективность энергоснабжения, повышается надежность железнодорожного комплекса как в нормальных, так и в экстремальных условиях его работы. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области транспорта грузов с помощью протяженных железнодорожных магистралей, например Транссибирской магистрали.
В настоящее время стала актуальной проблема реконструкции систем транспортного железнодорожного комплекса, которые могут быть применены для транспортировки удаленным потребителям различных грузов, в том числе сотен тысяч тонн сжиженного газа, при обеспечении их высокой экономичности и надежности в нормальных и экстремальных условиях работы с минимальным загрязнением вредными выбросами территорий, окружающих железнодорожную магистраль.
Известен способ транспортировки грузов железнодорожным транспортом с помощью комплексной системы, включающей поставку транспортируемых грузов, протяженную железнодорожную магистраль с промежуточными станционными сооружениями и конечные объекты по приемке грузов, согласно которому транспортировку грузов производят с помощью железнодорожных составов с локомотивами (тепловозами). работающих преимущественно на дизельном топливе. Периодическую заправку этих составов производят из хранилищ жидкого топлива размещенных на промежуточных железнодорожных станциях. Электроснабжение систем железнодорожной магистрали и их станционных сооружений - диспетчеризации, регулирования, освещения, ремонта и т.д. производят с помощью внешних высоковольтных линий электропередач или собственных аварийно-резервных энергоустановок (Гундорова Е.П. Технические средства железных дорог. - М., Маршрут, 2003, стр. 250-252).
Недостатками данного способа транспортировки является его пониженная экономичность, определяемая высокой стоимостью дизельного топлива, ухудшенная экологичность окружающих территорий, связанная с загрязнением окружающей среды из-за выброса локомотивами в атмосферу токсичных газов, недостаточная надежность, особенно в экстремальных условиях, связанная с возможными перебоями в поставках дизельного топлива и электроснабжением станционных сооружений от удаленных электростанций через протяженные высоковольтные линии электропередач.
Известен также способ транспортировки грузов с помощью систем железнодорожного транспорта, содержащего объекты поставки транспортируемых грузов, протяженную железнодорожную магистраль с промежуточными станционными сооружениями и конечные объекты по приемке грузов, согласно которому железнодорожная магистраль электрифицирована с питанием локомотивов (электровозов) из внешних централизованных высоковольтных электрических сетей, через размещенные по трассе магистрали тяговые электрические подстанции. Согласно этому способу электроснабжение тяговых подстанций, станционных зданий и сооружений производят через дополнительные понижающие трансформаторы от высоковольтных линий электропередач.
Преимуществом данного способа транспортировки грузов с помощью электрифицированной железнодорожной магистрали являются его высокая экономичность в использовании энергоресурсов, повышенная пропускная способность железнодорожных магистралей, благоприятная экологичность окружающей территории (Э.В. Тер-Оганов, Л.А. Пышкин. Электроснабжение железных дорог. Екатеринбург. Изд. УрГИПС, 2014. С. 11, 215-217).
По своей технической сущности этот способ транспортировки наиболее близок к предлагаемому изобретению и принят в качестве прототипа предлагаемого изобретения.
Недостатками описанного способа транспортировки грузов по протяженной железнодорожной магистрали и устройства для его осуществления являются:
- то, что, например, Транссибирская магистраль включает в себя как электрифицированные, так и не электрифицированные участки;
- недостаточная надежность, как в нормальных, так и в экстремальных условиях работы, особенно электрифицированной участков удаленных от высоковольтных линий электропередач;
- большие потери электроэнергии в сетях при транспорте потребляемой электроэнергии, а также необходимость в наличии резервных линий электропередач, связанная с большими затратам средств.
Предлагаемый способ транспортировки грузов и устройство для его осуществления наиболее применимы для транспортировки больших объемов сжиженного газа и других грузов по протяженной железнодорожной магистрали удаленным зарубежным и отечественным потребителям.
В основу предлагаемого изобретения поставлена задача повысить экономичность функционирования транспортировки, прежде всего путем повышения эффективности энергоснабжения и снижения затрат на потребляемые топливные ресурсы, повысить надежность транспортного комплекса как в нормальных, так и в экстремальных условиях его работы, увеличить пропускную способность железнодорожной магистрали, создать благоприятные условия для строительства промышленных, коммунально-бытовых и социальных объектов поблизости от трассы магистрали с их эффективным электро- и теплоснабжением.
Задача решается за счет того, что в способе транспортировки грузов по протяженной железнодорожной магистрали, электрифицированной с питанием локомотивов (электровозов) из внешних централизованных высоковольтных электрических сетей, через размещенные по трассе магистрали тяговые электрические подстанции, согласно изобретению, по меньшей мере, один из объектов поставки транспортируемых грузов дополнительно оснащают установками сжижения природного или попутного нефтяного газа, добываемого из газовых или нефтяных месторождений, при этом сжиженный газ транспортируют от установок сжижения газа к основным конечным потребителям в цистернах железнодорожных составов с помощью локомотивов-газотурбовозов, по трассе железнодорожной магистрали транспортного комплекса последовательно через 600-800 километров размещают промежуточные хранилища сжиженного газа, а также газотурбинные или парогазовые электростанции, связанные с существующими или создаваемыми тяговыми электрическими подстанциями и трансформаторными подстанциями, сжиженный газ из промежуточных хранилищ сжиженного газа используют для периодической дозаправки локомотивов-газотурбовозов, а также используют в качестве топлива для газотурбинных или парогазовых электростанций, вырабатывающих электрическую и тепловую энергию, при этом большую часть электрической энергии, выработанной этими электростанциями, подают через тяговые электрические подстанции в существующие или создаваемые тяговые электрические сети и используют для электрификации участков железнодорожной магистрали и питания электровозов железнодорожных составов, ее меньшую часть подают через трансформаторные подстанции в системы электроснабжения зданий и сооружений железнодорожных магистралей, а также близлежащим коммунальным и производственным потребителям, избыточную электроэнергию, вырабатываемую газотурбинными или парогазовыми электростанциями, подают по высоковольтным электролиниям в централизованные электрические сети, выработанную тепловую энергию используют для теплоснабжения станционных зданий, коммунальных и производственных потребителей.
Данная задача решается также за счет того, что в железнодорожном комплексе для осуществления способа транспортировки грузов, содержащем объекты поставки транспортируемых грузов, протяженную железнодорожную магистраль с промежуточными станционными сооружениями и конечные объекты по приемке грузов, согласно изобретению железнодорожная магистраль электрифицирована с питанием локомотивов (электровозов) из внешних централизованных высоковольтных электрических сетей, через размещенные по трассе магистрали тяговые электрические подстанции, при этом железнодорожный комплекс дополнительно снабжен хранилищами сжиженного природного газа, снабженными трубопроводами, газотурбинными и парогазовыми электростанциями, связанными электрическими линиями через понижающие трансформаторы и электрические линии со станционными зданиями и сооружениями и через фидеры питания тяговой электролинии и понижающие трансформаторные подстанции со станционными зданиями и сооружениями и производственными, коммунально-бытовыми зданиями и сооружениями, а также связанные через электролинии для связи с централизованными электрическими сетями с блоком внешнего электроснабжения железнодорожной магистрали, кроме того, газотурбинные и парогазовые установки связаны трубопроводами прямой и обратной сетевой воды со станционными зданиями и сооружениями, с производственными, коммунально-бытовыми и социальными зданиями и сооружениями.
Совокупность признаков данного изобретения по сравнению с аналогами и прототипом позволяет:
- доставлять сжиженный газ железнодорожными составами с локомотивами-газотурбовозами от установок сжижения природного или попутного нефтяного газа, расположенных в районах газовых и нефтяных месторождений, к его основным удаленным зарубежным и отечественным потребителям и в промежуточные хранилища сжиженного газа;
- расположить вдоль трассы железнодорожной магистрали через 600-800 километров дополнительные газотурбинные или парогазовые электростанции, работающие на сжиженном газе, обеспечивающие электроснабжение через тяговые электрические подстанции локомотивов (электровозов) железнодорожных составов, а также электроснабжение и теплоснабжение станционных зданий, близлежащих предприятий и коммунально-бытовых объектов;
- использовать промежуточные хранилища сжиженного газа для питания топливом газотурбинных или парогазовые электростанций, а также для периодической дозаправки локомотивов-газотурбовозов;
- уменьшить затраты на энергоресурсы потребляемые электрифицированной железнодорожной магистралью транспортного комплекса и близлежащими производственными и коммунально-бытовыми потребителями;
- повысить надежность энергоснабжения железнодорожного комплекса и его пропускную способность - как в нормальных, так и в экстремальных условиях работы транспортного комплекса;
- обеспечить экономичное электро- и теплоснабжение станционных зданий и сооружений, а также близлежащих предприятий и коммунально-бытовых объектов.
Преимущества данного изобретения, в отличие от прототипа, определяются тем, что электроснабжение железнодорожной магистрали комплекса производится, в основном, не от протяженных высоковольтных линий электропередач, со значительными потерями электроэнергии, а от размещенных по ее трассе экономичных газотурбинных или парогазовых электростанций, работающих на сжиженном газе, подаваемом из промежуточных хранилищ сжиженного газа, которые периодически пополняют из цистерн железнодорожных составов, транспортирующих сжиженный газ от установок сжижения к основным конечным потребителям. Кроме того, при этом также обеспечивается экономичное электро- и теплоснабжение близлежащих коммунальных и производственных потребителей.
На фиг. 1 приведена блок-схема способа транспортировки, а на фиг. 2 - принципиальная схема железнодорожного комплекса для осуществления этого способа, состоящего из пяти блоков: блока добычи и сжижения газа 1, блока электрифицированной железнодорожной магистрали 2, блока внешнего электроснабжения железнодорожной магистрали 3, блока основного конечного потребителя сжиженного газа и транспортируемых грузов 4, блока электро- и теплоснабжения железнодорожной магистрали и местных потребителей от автономных газотурбинных или парогазовых электростанций 5.
Блок добычи и сжижения газа 1 включает (Фиг. 2) газовые или нефтяные месторождения 6, установки сжижения природного или попутного нефтяного газа 7. Блок электрифицированной железнодорожной магистрали 2 включает (Фиг. 2) железнодорожные пути 8, тяговую электролинию 9, фидеры 10 питания тяговой электролинии 9, станционные здания и сооружения 11. Блок внешнего электроснабжения железнодорожной магистрали 3 от высоковольтных линий электропередач включает (Фиг. 2) систему электроснабжения тяговой электролинии 9 (Фиг. 1) через питающие тяговые электрические линии 12 и электрические линии 13 электроснабжения станционных зданий и сооружений 11. Блок основного конечного потребителя сжиженного газа и транспортируемых грузов 4 включает (Фиг. 2) систему разгрузки, приема и хранения сжиженного газа и транспортируемых грузов 14. Блок электро- и теплоснабжения железнодорожной магистрали и местных потребителей от автономных газотурбинных или парогазовых электростанций 5 включает (Фиг. 2) размещенные по трассе электрифицированной железнодорожной магистрали 2 через 600-800 километров газотурбинные или парогазовые электростанции 15, снабженные хранилищами сжиженного газа 16, трубопроводами сжиженного газа 17, фидерами 10 питания тяговой электролинии 9, понижающими трансформаторными подстанциями 18, электролиниями 19 для связи с централизованными электрическими сетями блока 3, трубопроводами прямой сетевой воды 20, трубопроводами обратной воды сетевой 21. Перечисленные системы обеспечивают электро- и теплоснабжение станционных зданий и сооружений 11 блока 2, производственных, коммунально-бытовых и социальных зданий и сооружений 22 и 23 блока 5.
Способ транспортировки грузов железнодорожным комплексом осуществляют следующим образом. Природный или попутный нефтяной газ, добываемый из месторождений 6 блока 1, сжижают в установках сжижения газа 7 и наполняют им железнодорожные цистерны. Составы с цистернами сжиженного газа транспортируют к конечным потребителям 14 сжиженного газа блока 4 по железнодорожным путям 8 электрифицированной железнодорожной магистрали 2 с помощью газотурбовозов, использующих сжиженный газ в качестве топлива. При этом на промежуточных станциях железнодорожной магистрали 2 со станционными зданиями и сооружениями 11, частью сжиженного газа из цистерн, доставляемых на эти станции составами сжиженного газа, по трубопроводам сжиженного газа 17 периодически пополняют хранилища сжиженного газа 16. Этот газ используют в качестве топлива для газотурбинных или парогазовых электростанций 15, вырабатывающих электрическую и тепловую энергию. Большую часть выработанной электроэнергии газотурбинными или парогазовыми электростанциями 15 подают по фидерам 10 в тяговую электролинии 9 блока 2 и используют для питания электровозов железнодорожных составов, транспортирующих грузы для потребителей. Меньшую часть выработанной электроэнергии газотурбинными или парогазовыми электростанциями 15 трансформируют в понижающих трансформаторных подстанциях 18 и по электрическим линиям 13 направляют для электроснабжения станционных зданий и сооружений 11, а также производственных зданий и сооружений 22, коммунально-бытовых и социальных зданий и сооружений 23. Избыточную электроэнергию, вырабатываемую газотурбинными или парогазовыми электростанциями, при частичном потреблении электроэнергии в системах электроснабжения железнодорожной магистрали 2, а также зданиями и сооружениями 11, 23, по электролиниям 19 передают в централизованные высоковольтные электрические сети блока 3.
Теплоснабжение станционных зданий и сооружений 11, а также производственных зданий и сооружений 22, коммунально-бытовых и социальных зданий и сооружений 23 производят через трубопроводы прямой сетевой воды 20 и трубопроводы обратной сетевой воды 21.
Электрифицированные участки железнодорожной магистрали 2, расположенные вблизи гидростанций и высоковольтных ЛЭП, питают электроэнергией от блоков внешнего электроснабжения 3 железнодорожной магистрали (Фиг. 1) через питающие тяговые электрические линии 12 и электрические линии 13 электроснабжения станционных зданий и сооружений 11.
1. Способ транспортировки грузов по протяженной железнодорожной магистрали, электрифицированной с питанием локомотивов (электровозов) из внешних централизованных высоковольтных электрических сетей, через размещенные по трассе магистрали тяговые электрические подстанции, отличающийся тем, что по меньшей мере один из объектов поставки транспортируемых грузов дополнительно оснащают установками сжижения природного или попутного нефтяного газа, добываемого из газовых или нефтяных месторождений, при этом сжиженный газ транспортируют от установок сжижения газа к основным конечным потребителям в цистернах железнодорожных составов с помощью локомотивов-газотурбовозов, по трассе железнодорожной магистрали транспортного комплекса последовательно через 600-800 километров размещают промежуточные хранилища сжиженного газа, а также газотурбинные или парогазовые электростанции, связанные с существующими или создаваемыми тяговыми электрическими подстанциями и трансформаторными подстанциями, сжиженный газ из промежуточных хранилищ сжиженного газа используют для периодической дозаправки локомотивов-газотурбовозов, а также используют в качестве топлива для газотурбинных или парогазовых электростанций, вырабатывающих электрическую и тепловую энергию, при этом большую часть электрической энергии, выработанной этими электростанциями, подают через тяговые электрические подстанции в существующие или создаваемые тяговые электрические сети и используют для электрификации участков железнодорожной магистрали и питания электровозов железнодорожных составов, ее меньшую часть подают через трансформаторные подстанции в системы электроснабжения зданий и сооружений железнодорожных магистралей, а также близлежащим коммунальным и производственным потребителям, избыточную электроэнергию, вырабатываемую газотурбинными или парогазовыми электростанциями, подают по высоковольтным электролиниям в централизованные электрические сети, выработанную тепловую энергию используют для теплоснабжения станционных зданий, коммунальных и производственных потребителей.
2. Железнодорожный комплекс для осуществления способа транспортировки грузов по п.1, содержащий объекты поставки транспортируемых грузов, протяженную железнодорожную магистраль с промежуточными станционными сооружениями и конечные объекты по приемке грузов, характеризующийся тем, что железнодорожная магистраль электрифицирована с питанием локомотивов (электровозов) из внешних централизованных высоковольтных электрических сетей, через размещенные по трассе магистрали тяговые электрические подстанции, при этом железнодорожный комплекс дополнительно снабжен хранилищами сжиженного природного газа, снабженными трубопроводами, газотурбинными и парогазовыми электростанциями, связанными электрическими линиями через понижающие трансформаторы и электрические линии со станционными зданиями и сооружениями и через фидеры питания тяговой электролинии и понижающие трансформаторные подстанции со станционными зданиями и сооружениями и производственными, коммунально-бытовыми зданиями и сооружениями, а также связанными через электролинии для связи с централизованными электрическими сетями с блоком внешнего электроснабжения железнодорожной магистрали, кроме того, газотурбинные и парогазовые установки связаны трубопроводами прямой и обратной сетевой воды со станционными зданиями и сооружениями, с производственными, коммунально-бытовыми и социальными зданиями и сооружениями.
