Надо ли стремиться к универсальности в энергоснабжении КРК?

Термическое (холодильно-отопительное) оборудование транспортных средств вырабатывает тепло или холод путем преобразования одних видов энергии в другие. Универсальным источником энергии в современном мире является электрическая энергия. Большинство моделей термического оборудования приспособлены для преобразования именно электрической энергии в тепловую.

Однако использование электрической энергии на транспорте сопряжено с проблемой наличия ее источника, а также с необходимостью преобразования параметров электрического тока к требуемым в случае, если электроэнергия берется извне. Стоит сказать, что универсального решения тут нет. Электрический ток можно брать напрямую от известных источников (на железнодорожном транспорте, в теории, это может быть контактная сеть или тепловоз, на терминалах - промышленная сеть). Другой способ получения электроэнергии - использование собственных источников.

На транспорте существует два основных способа выработки электроэнергии специально для снабжения термического оборудования - путем преобразования механической энергии вращения колеса транспортного средства и при помощи дизель-генераторных устройств, преобразующих энергию химических связей топлива. В каком-то смысле разновидностью первого способа можно считать прямое подключение компрессора холодильной установки к шасси, но этот способ в силу технических особенностей как правило используется на автотранспорте.

Где во всей этой изложенной концепции происходит деление на централизованное и автономное энергоснабжение? Давайте разберемся.

Исторический аспект

Централизация или автономизация - это распространенная дилемма не только в технике, но и в управлении многими процессами вообще. При централизации, как правило, достигается большая эффективность (в плане экономии издержек, уменьшении совокупных затрат, в простоте управления). Однако в известных обстоятельствах централизация становится неэффективной. Что это за обстоятельства?

Академическим примером можно считать как раз послевоенное развитие хладотранспорта в СССР и, позже, в постсоветской России. На начальном этапе (1950-1960-е гг.) первоочередной стояла задача быстрого перехода на хладотранспорт с машинным охлаждением (вместо льдосоляного), а также обеспечение быстрой доставки скоропортящихся грузов в условиях плановой экономики, характеризуемой крупными очагами зарождения и потребления скоропортящихся грузов. Этой задаче в наилучшей степени соответствовала идея максимальной централизации всех процессов, связанных с перевозкой скоропортящихся грузов. Как следствие, мы могли наблюдать внедрение 23- и 21-вагонных рефрижераторных поездов, в которых централизированным было не только энергоснабжение, но и работа собственно термического оборудования. В частности, в поездах холодильная установка была единой на группу вагонов. Курсирование рефрижераторных поездов осуществлялось по отдельным ниткам графика, за счёт чего достигалась действительно высокая скорость.

Потребность в более адресных (более мелких) перевозках в связи с развитием экономики СССР и ростом потребления скоропортящихся продуктов, с конца 1960-х годов стало толкать хладотранспорт как в сторону уменьшения составности транспортных единиц (появление 12-ти и 5-вагонных секций), так и в сторону автономизации. Уменьшение составности, кстати, оправдывалось в первую очередь возможностью постановки секций в обычные грузовые поезда, что позволяло значительно увеличить географию хладотранспорта (пусть и потеряв в скорости).

Автономизация прежде всего коснулась термического оборудования. Так, в 5-вагонных секциях каждый грузовой вагон имел собственное холодильно-отопительное оборудование, что позволяло в каждом грузовом вагоне секции устанавливать собственный температурный режим. Однако устройство энергоснабжения по прежнему было единым на 4 грузовых вагона.

Завершающей стадией процесса автономизации хладотранспорта в СССР можно считать появление автономного рефрижераторного вагона (АРВ), имеющего как собственное термическое оборудование, так и собственную (полностью автономную) энергетическую установку в виде дизель-генераторного агрегата. АРВ также экипировался топливом.

Наши дни

Эксплуатация АРВ требовала сети ПТО, содержание которых требовало значительных затрат. Во второй половине 90-х ПТО АРВ были полностью упразднены. Следом ушли в небытие и сами АРВ, обладавшие ко всему прочему низкой грузоподъёмностью, что значительно увеличивало транспортную составляющую перевозимой продукции и не пользовалось спросом у клиентуры.

В то же время в образовавшуюся от упразднения АРВ нишу, которую 5-вагонные секции не всегда были способны эффективно восполнить, стали поступать крупнотоннажные рефрижераторные контейнеры (КРК). Сразу встал вопрос их энергоснабжения. Дело в том, что в мировой практике КРК наибольшее распространение получили на морских линиях. На судне такие контейнеры штатно подключаются к судовой электросети. С моря (к морю) КРК как правило перевозятся автомобильным транспортом, для чего в качестве штатного устройства энергоснабжения используются навесные дизель-генераторы (дженсеты) с топливным баком небольшого объема (как правило, около 500 литров). Объема топлива в среднем хватает на 7 суток пути, но при использовании автомобильного транспорта с возможностью заправиться топливом - большего и не требуется.

Для использования дженсетов на российской железнодорожной сети, характеризующейся невозможностью заправиться топливом в пути следования, данное решение приемлемо лишь отчасти, на коротких расстояниях. Кроме того, зарубежное оборудование, изготавливаемое преимущественно для условий Западной Европы, Японии, США и морских линий, плохо работает в условиях экстремально низких температур. Если открыть мануал на типичный дженсет, выяснится, что его бесперебойная работа гарантируется при температурах не ниже минус 20 градусов. Потому неудивительно, почему так часто дженсеты глохнут зимой.

Так надо ли стремиться к объединению?

В совокупности сказанного выше можно констатировать, что автономное энергоснабжение термического оборудования, эксплуатируемого на железнодорожном транспорте, в настоящее время практически не развито в России. Это понимают многие участники рынка, потому неудивительно, что появляются разнообразные инженерные и инженерно-технологические решения в области автономизации. С другой стороны, отсутствие опыта перевозок скоропорта в автономных транспортных средствах, когда вся логистика будет строиться иначе, делает подобные попытки весьма рискованными. Ведь, возможно, на железнодорожном транспорте вообще нет ниши для широкого внедрения подобных перевозок. Такая ситуация создает соблазн объединить обе технологии на базе единого технического решения. И в этом, по моему глубокому убеждению, кроется большая ошибка, которая наиболее ярко проявляется при попытке решить проблему энергоснабжения КРК.

Для вагонов идея автономизации звучит более менее внятно - это АРВ нового поколения, лишенный известных недостатков (низкая грузоподъемность, необходимость ПТО АРВ). Помимо классических (кузовных) решений, для энергоснабжения предлагаются различные типы подвагонных генераторов, связанных с тележками. Некоторые решения подразумевают использование электрических аккумуляторов во время стоянок, другие - аккумуляторов холода (эвтектические плиты, например), третьи - комбинированные решения, когда на стоянках и при низких скоростях движения работают штатные дизель-генераторные устройства, а при движении с нормальной скоростью - подвагонные генераторы.

Чуть меньше разнообразия технических решений для контейнеров. Что, впрочем, компенсируется большей инженерно-технологической путаницей. Путаница с пониманием автономности и централизации в вопросах энергоснабжения КРК ведёт к технологической путанице их использования, что, в свою очередь, приводит к ошибочным, на мой взгляд, техническим решениям.

Надо сразу оговориться, подвагонный генератор на базе платформы для перевозки контейнеров не превращает перевозимый КРК в автономный. Вагон предназначен для курсирования только по железным дорогам, и подвагонный генератор в известной степени превращает такой вагон в автономный. Контейнер же может перевозиться любыми видами транспорта, а также использоваться для временного хранения продукции. Очевидно, подвагонный генератор не способен обеспечить электроэнергией КРК во всех вариантах технологий его использования.

В полной мере понятию автономности КРК удовлетворяет использование дженсета, либо встроенного в габарит контейнера дизель-генератора. Однако в отечественной практике попыток создания автономного КРК широкое распространение получила идея, назовем ее, псевдо-автономного энергоснабжения, когда от одного источника электроэнергии, изначально создаваемого именно для автономного энергоснабжения, планируется запитывать два и более КРК. Типичным примером можно считать технологию "мини-сцепов":

Первый российский автономный контейнер едет в тестовой отправке . На восток в ускоренном сервисе. Подцепив ещё два контейнера . <...> Новая технология мини сцепив реализованна на российских железных дорогах .

Другая разновидность того же подхода заключается в том, чтобы к стандартному дженсету (на 15 кВт) подключать не один, а два КРК. Разновидностью этой другой разновидности является использование дженсетов на 25 кВт (например, у COG есть такие решения).

Чем оборачиваются подобные решения? Если автономное энергоснабжение изначально базируется на возможности использования его для условным "мини-сцепов", тогда мощность такого устройства в собственно автономном варианте будет заведомо избыточной. Что повлечет в свою очередь неоправданно высокие эксплуатационные издержки.

С другой стороны, если просто цеплять к стандартному дженсету два КРК, данное решение будет также нерациональным с точки зрения обеспечения передачи энергии, ее распределения между двумя устройствами, в том числе с учетом пусковых моментов. К слову, 25-киловаттный дженсет был создан не для энергоснабжения двух КРК, а для автономного энергоснабжения одного КРК, но с многоступенчатой машиной, используемой для получения экстремального холода (для перевозок ряда особо ценных грузов и медицинских препаратов).

В общем, имеем целый букет в вазе, которую я и решил назвать псевдо-автономным энергоснабжением КРК. Что печально, такое решение скорее всего окажется неконкурентным относительно обеих технологий энергоснабжения.

Авторы этих концепций поставлены в условия, когда дальнейшее развитие рынка туманно. Это их и наводит на мысли о поиске универсального решения. Однако сами того не замечая, они совершают классическую ошибку советской промышленности - всюду создавать изделия двойного назначения, когда трактор легким движением руки превращался в танк. Вместо того, чтобы создать законченное решение в конкретной сфере использования, такие разработки конструируют заведомо громоздкие, избыточные и не вполне рациональные решения. Исходная позиция перестраховаться на самом деле оборачивается 100% промахом.

Мне кажется, не надо стремиться объединить эти две технологии - автономного и централизованного энергоснабжения. Лучше в рамках каждой из них попытаться достичь оптимальных с точки зрения рынка решений. В части централизованного энергоснабжения рассчитать оптимальную длину сцепа и предусмотреть такой запас топлива, чтобы реально перевезти требуемое количество КРК на рассматриваемых маршрутах. В части автономного энергоснабжения разработать дешевое, надёжное и лёгкое устройство, ориентированное на работу исключительно с одним транспортными средством, но во всех вариантах технологий его использования.

UPDATE от 2019.11.07

Интересный и обоснованный комментарий получил от Антона Евгеньевича Вострикова, директора московского представительства ООО "Аврора логистикс". С рядом его доводов я согласен, часть прокомментировал. Мне показалось, наша переписка может быть полезна для лучшего понимания обозначенной в статье темы. Потому с согласия Антона ее публикую (с незначительными стилистическими правками).

Востриков А.Е.:
Приветствую! Почитал Вашу статью про автономность и с некоторыми вещами или выводами не согласился.
1) подвагонный генератор для КРК непригоден по иной причине.
Электрифицированная платформа ушла в небытие, КРК надо отгружать в КП (контейнерных поездах). А выбирать в них платформы нереально. Бери что дают. Это основная причина. И вешай съемную электрификацию. Отправка КРК не в КП - риск для груза и не конкурент авто.
2) автономность и запас хода дженсета. Вы пишите про 7 суток. Но это в режиме нон-стоп. Но тогда и секция в режиме нонстоп на 7 суток только работает. 20 л в час * 2 ДГУ (дизедь-генераторные установки) * 24 часа = 1000 литров в день. А бак всего 7000 тонн с учетом личных нужд и хорька. Значит мы говорим о попеременном режиме работы старт и стоп. А в таком режиме и дженсет программируется и его хватает уже на 14-16 суток. А если в КП, то можно и 2 КРК подключить, т.к. срок доставки минимальный.
Главное попеременно переключать реле на разные КРК и в режим отдыха. Современная электроника с этим справляется.
Вы правильно пишите, что дженсеты плохо работают при минус 20, но это же относится и к КРК. Нигде в мире нет таких температур, как в РФ и Казахстане. Разработанные для морфрахта, такие запредельные температуры просто не предусматривались и не брались в расчет, т.к. на море их теоретически быть не может.
К сожалению, этот же аргумент применим и к фурам, техника идентичная.
Вывод, когда мы говорим о перевозкам при минус 20 и менее градусов, то нет техники, которая гарантирует бесперебойный режим работы.
И последнее, то с чего Вы начали: рефпоезда. Сегодня все, я повторюсь, все основные операторы: Рефперевозки, Дальрефтранс, Рефсервис, на чью долю приходится более 60% рынка, вернулись к холодным поездам из Москвы во Владивосток и Хабаровск. Другого пути им РЖД, которое многие годы запрещало включать КРК в КП, просто не оставило. В составе холодного поезда едут 30-60 КРК с 1-2 ДГВ (дизель-генераторный вагон от 5-вагонной рефрижераторной секции) или ДГК. Так что технологии 60-х годов вернулись в 2020-й.

Давыдов Д.О.:
Приветствую, Антон! Очень приятно, что внимательно прочитали и не поленились образовать меня в некоторых вопросах. Отвечу по пунктам:
1. Я к сожалению не практик и рассуждал в духе академической науки, которая анализирует не совсем реальный мир, а, скажем так, модель реального мира. Это любая наука так работает, потому что если брать реальный мир во всей его сложности никогда не получится установить никаких корреляций.
Я не знал, что с КП есть проблема, связанная с невозможностью выбора платформы. Безусловно, это в практической плоскости меняет многие вещи. Мне тут нечего возразить, благодарю за разъяснения.
2. По работе дженсета. Я исхожу из того, что в нормальном режиме дженсет полностью не отключается, он либо работает под нагрузкой, либо на минимальной нагрузке. Но даже во втором режиме потребление топлива в нем значительно. Потому для автономного энергоснабжения попытка скажем так скрупулезного подхода к расчету не имеет большого практического значения.
Радикально можно увеличить продолжительность работы дженсета только через обратную связь его работы с работой холодильного оборудования. Это технически возможно, но я не знаю успешных реализаций на практике.
Другое дело централизованное энергоснабжение. Для 100 кВт (или около того) дизеля совсем не одно и то же работать на номинальной нагрузке или на 25 процентах от номинала (к примеру). Тут уже расход топлива будет сильно разным. Когда мы делали расчеты для централизованного энергоснабжения без возможности заправки топлива в пути следования, все это учитывалось, разумеется.
3. По температурным (климатическим) условиям. Я понимаю, что проблема без модернизации оборудования не имеет решения в настоящее время. Однако, если Вы видели новый ИСО 1496-2:2018, то там расчетные температурные условия резко понижены и теперь приближены к условиям России. Моими усилиями ранее это было реализовано в СПС (я так понимаю ИСО и взяло эти новые требования по аналогии с СПС). Скажется ли это как то на производстве КРК, учитывая что Россия закупает смешные по мировым меркам партии контейнеров, - сложно сказать. Возможно, в этом вопросе надо продолжать оставаться скептиком...