Залізничний транспорт. За статистичними даними за один рік залізничний транспорт споживає біля 6,0 млрд.кВт.г електроенергії (з них понад 4,5 млрд.кВт.г на електротягу). Загалом витрати електроенергії на долю електричного транспорту (включаючи залізничний, міський і промисловий) припадає біля 8% від загального електроспоживання в Україні.

Загалом рівень витрат енергоресурсів на тягу поїздів залежить від таких основних показників: витрати на перевезення тари, оптимальні значення опору рухові поїздів, економічність тягового рухомого складу, що використовується, раціональність використання тягового рухомого складу, відповідність оптимальному режиму ведення поїздів, стан втрат енергії в енергосистемах.

Витрати електроенергії в цьому випадку доцільно передбачити у вигляді окремих складових:

, де:

- витрати енергії відповідно на переборення основного опору руху і підйомів (і), на гальмуванні і власні потреби рухомого складу; - втрати енергії відповідно в пускових пристроях, тягових електродвигунах, силових перетворювачах рухомого складу, тяговій мережі і на тягових підстанціях.

Перші сім складових визначаються конструкцією рухомого складу і залізничної колії. Так, значення мінімально при використанні на рухомому складі роликових підшипників і при невисоких швидкостях руху; знижується до мінімуму, якщо профіль колії горизонтальний і немає кривих малого радіусу; мінімально, якщо на рухомому складі використовується рекуперативне гальмування; мінімально, якщо використовується електронне керування пуском тягових електродвигунів; потребує використання двигунів ККД, що має місце, коли виконується оптимальна для даного типу рухомого складу напруга. Це вимагає встановлення на рухомому складі перетворювачів із високим власним ККД, щоб забезпечити мінімальне значення ; можна зменшити, якщо використовувати на рухомому складі мотор-компресори і мотор-вентилятори з високими технічними даними і високим ККД. Ост най може бути максимальним, якщо забезпечити регулювання живильної напруги. Для цих цілей на рухомому складі встановлюють додаткові перетворювачі напруги.

Втрати енергії в тяговій мережі залежать від площі поперечного розрізу проводів, від схеми живлення і рівнів напруги тягової мережі. Втрати енергії на тягових підстанціях визначаються схемою включення перетворюючих агрегатів і системою регулювання числа паралельно працюючих агрегатів, підключених до даної підстанції. Виконання перерахованих рекомендацій може дати економії електроенергії в системах електропостачання промислового електротранспорту до 4-6% від електроенергії, що споживається.

В системі електропостачання електротранспорту промислових підприємств, як правило використовується централізоване живлення контактної мережі від однієї тягової підстанції з одностороннім живленням. Проте, використання двостороннього живлення тягової мережі дозволяє значно зменшити втрати електроенергії. Так, якщо на дільниці знаходиться один поїзд, то втрати зменшуються в 2 рази; якщо на відрізку зростає число поїздів (до безмежності), то ці втрати будуть поступово зрівнюються і при збільшенні до 6 і більше стають однакові. Тому з точки зору економії електроенергії при невеликій кількості поїздів на дільниці слід здійснювати двостороннє живлення дільниць тягової мережі.

Якщо не підтримувати середнє значення рівня напруги в тяговій мережі, то виникають додаткові втрати електроенергії. Дійсно, якщо рахувати, що енергія, що споживається електропоїздами, не залежить від рівня напруги то додаткові втрати потужності в тяговій мережі:

, де - втрати потужності в тяговій мережі при номінальному рівні напруги (275, 600, 750, 1500, 3000 В); U- знижений рівень середньої напруги в тяговій мережі. При зниженні напруги втрати сягають до 50%.

Тому на тягових підстанціях бажано підтримувати постійну напругу живлення перетворюючих агрегатів. В ряді випадків підвищують напругу живлення в залежності від зростання навантаження тягової мережі. Для цього використовують або автотрансформатори, включені на вході трансформаторів перетворюючих агрегатів, або понижуючі трансформатори з РПН.

Крім цього існують додаткові заходи енергозбереження на залізничному транспорті: скорочення кількості затримок поїздів перед світлофорами, впровадження економічних світильників, заміни зношеного контактного проводу, відключення освітлення платформ при відсутності зупинок поїздів в нічні години, зниження витрат на власні потреби тягових підстанцій та ряд інших, традиційних шляхів енергозбереження.

Рекомендується широке запровадження режимних карт та оптимальних графіків руху поїздів в залежності від вантажо-пасажирських навантажень лінії із максимальним зменшенням маневрових робіт. Відповідність режиму ведення поїзда оптимальному режимові для окремої дільниці залежить від майстерності та кваліфікації машиніста, але значну роль може відіграти автоматизації. За рахунок впровадження у депопрограмних комплексів розрахунку режиму ведення поїздів (приклад депо м. Києва) дозволяє скоротити витрати ПЕР на тягу в середньому на 5%.

Зниження на 1,8% порожнього пробігу вагонів до загального пробігу в вантажному русі зменшує питомі витрати електроенергії на 0,45%, або скороченню на 0,3% загальної енергоємності перевезень. Зниження пробігу самих лише електровозів (одиночне слідування, подвійна тяга, підштовхування) на 1% знижує питомі витрати електроенергії на 0,24%. Зниження простоїв електровозів в робочому стані на 1% знижує питомі витрати електроенергії на 0,6%.

Для залізничного транспорту одним з напрямів скорочення енерговитрат є зниження маси рухомого складу, головним чином вагонів. В середньому маса тари вантажного вагону інвентарного парку становить 23 т. Найбільш ефективним шляхом зниження маси є застосування алюмінієвих сплавів як конструкційних матеріалів для вантажних вагонів, використання вантажних вагонів з параболічним дном. Зменшення маси тари вантажного вагону лише на 500 кг (2%) рівнозначне зниженню енергоємності на перевезення на 0,3%.

Збільшення статичного навантаження на вагон зменшує питому вагу тари в перевізній роботі, а тому безпосередньо впливає на її енергоємність. Збільшення статичного навантаження на 1 т рівнозначне зниженню енергоємності перевезень на 0,5%.

Збільшення коефіцієнту завантаження пасажирських вагонів досягається регулюванням складу пасажирських вагонів в залежності від змін пасажиро-потоків. Зменшення опору рухомого складу, при інших рівних умовах, за рахунок змащення зони тертя гребеня колісної пари та бокової грані рейки, а також інших заходів зменшує питомі витрати електроенергії. Для цього необхідно притримуватись передбаченого графіку рейок пересувними установками та локомотивними лубрикаторами.

Широко рекомендується використовувати рекуперативне гальмування. При пересуванні поїздів на вибіг (без навантаження) тягові електродвигуни електровозів працюють генераторами та віддає вироблену ним енергію у контактну мережу. Кількість поверненої в мережу електроенергії визначається за формулою, кВт.г: , де відповідно струм рекуперації, напруга контактної мережі та час слідування поїзда по спуску. Умовами, що визначають використання рекуперативного гальмування, є можливість переведення двигуна в генераторний режим і обов’язкова наявність на дільниці електропоїзда, що споживають електричну енергію. Крім того, на дільницях постійного струму, використання енергії рекуперації може обмежуватись також максимальною швидкістю поїзда і параметрами його шляху, а саме радіусів поворотів, нахилами підйомів та спусків, наявністю тунелів; відстанню між зупинками; параметрами контактної мережі, зокрема довжиною фідерних зон, питомим опором (на 1 км) підвіски; різницею напруг рекуперації на шинах підстанції.

Енергія рекуперації також може бути перетворена на тягових підстанціях в енергію змінного струму і повернена в електромережу. Однак при цьому на підстанціях необхідно встановлювати додаткові інверторні установки. Дослідження тижневого графіка витрат електроенергії вказали, що в системах приміського сполучення в середньому до 70% енергії рекуперації використовується іншими поїздами, а решта 30% втрачаються. Для того, щоб енергію рекуперації повністю використовувати в мережах постійного струму на підстанціях встановлюють спеціальні статичні перетворювачі, для повернення енергії в трьохфазну мережу.

Більш високого економічного ефекту можна досягти при використанні накопичувачів енергії. Існують три основні типи накопичувачів: акумуляторні, надпровідні та інерційні. Накопичувачі енергії можуть повністю поглинути надлишкову енергію і при потребі віддати її в мережу. Вони можуть встановлюватись як на підстанціях так і на лінії. На двохколійній лінії з середнім рівнем інтенсивності руху можна при використанні накопичувачів енергії економити 4-15%, що витрачається на тягу.

Передбачається, що модернізація систем електроопалення пасажирських вагонів, в залежності від природних умов також дозволить скоротити споживання електроенергії на залізничному транспорті. Автоматизація систем охолодження електричних машин електровозів ВЛ80 дозволить зменшити витрати на охолодження машин (такі витрати сягають 15% електроенергії на загальну тягу) на 5-7%. Загальний потенціал економії електроенергії при модернізації всіх електровозів ВЛ80 становить 162,4 млн.кВт.год на рік, або 3,6% від загальних витрат електроенергії.

Широке запровадження електропоїздів постійного та змінного струму з асинхронним приводом, дозволить відмовитись від резисторно-контакторного пуску, де відбуваються непродуктивні втрати електроенергії на нагрів пускових резисторів від 15- до 20%.

Міський електротранспорт.Найбільше зниження витрат електроенергії можна забезпечити за рахунок підвищення ефективності роботи транспортних засобів. Втрати енергії в системі електропостачання електротранспорту сягають 25% загального обсягу електроенергії, що ним споживається.

Для зниження втрат електроенергії в контактній системі необхідна оптимізація секціонування контактної мережі, тобто досягнення приблизно однакового падіння напруги на всіх відрізках живлення. Перехід на паралельне живлення відрізків контактної мережі та децентралізація живлення теж сприяють зниженню втрат електроенергії в контактній мережі.

Технічний стан експлуатує мого рухомого складу значно впливає на витрати електроенергії. На переборення рухомим складом опору його руху витрачається більше 30% загальних витрат електроенергії. В згаданий опір руху включається внутрішнє тертя в вузлах і механізмах трамваю і тролейбуса, їх взаємодія з рельсами чи дорожнім покриттям. Тому важливо підтримувати в доброму стані всі деталі, що обертаються, підшипники,а також гальмівну систему.

Якщо дорожнє покриття знаходиться в незадовільному стані, то режим водіння рухомого складу характеризується додатковим гальмуванням і пусками, що збільшує втрати електроенергії.

Одним із найбільш ефективних способів значної економії електроенергії на електричну тягу – це впровадження рекуперативного гальмування, коли накопичена вагоном кінетична енергія перетворюється при його гальмуванні в електричну, що повертається в контактну мережу. Енергія рекуперації в залежності від конкретних умовах, що характеризують лінію і рухомий склад, може складати у міському електротранспорті 10-25% енергії, що затрачається на електричну тягу.

Серед інших напрямів зниження споживання електроенергії у міському транспорті слід відмітити:

Впровадження в трамваях і тролейбусах автоматики керування режимами роботи систем опалення. Встановлення автоматики режимів опалення в залежності від температури повітря навколишнього середовища дає зниження витрат електроенергії на обігрів пасажирських салонів і робочих місць на 10-25% споживаємої рухомим складом електроенергії.

Зниження пускових (реостатних) втрат електроенергії в трамваях і тролейбусах (в старих системах електроприводів, в яких пуск здійснюється реостатним способом) можливе при здійсненні наступних заходів:

- ліквідація лишніх зупинок на трасі трамваю та тролейбуса;

- скорочення додаткових зупинок на перегоні між основними зупинками;

Використання частотно регульованого електроприводу в сучасних трамвайних та тролейбусних вагонах дозволяє відмовитись від резисторно-контакторного пуску, де відбуваються непродуктивні втрати електроенергії на нагрів пускових резисторів.

Оптимізацію пасажирських маршрутів з метою уникнення частих зупинок на трасі через перевантаження вулиць транспортом, побудову окремих ліній (ліній швидкісного трамваю) для міського електротранспорту. Важливо визначити оптимальну довжину перегонів і кількість зупинок. Розміщувати зупинки перед світлофорами чи на верхніх точках профілю маршруту.

Економне водіння поїздів трамваїв та тролейбуса значно скорочує витрати електроенергії на рух (максимальне використання вибігу і доведення до мінімуму гальмівних втрат). З метою зниження витрат електроенергії розробляються режими водіння (маршрутні карти) для кожного перегону. При складанні маршрутних карт необхідно максимально використовувати вибіг і доводити до мінімуму гальмівний шлях.