ANALYSIS OF ENERGY SAVING AND ENERGY EFFICIENCY ISSUES DURING OPERATION OF THE METRO ROLLING STOCK

A. V. Donchenko, A. O. Sulym, A. S. Siora, A. A. Melnyk, V. V. Fedorov

Abstract


Purpose.Nowadays a problem of significant power consumption of the rolling stock during its operation is
a current issue. In connection with staged electricity rates increase further development of the rail electric transport, including metro rolling stock is impossible without a use of modern energy saving solutions and energy-efficient systems. To solve the specified problem it is necessary to carry out analysis of measures and determine prospective directions in energy saving and increase of energy efficiency on the metro rolling stock. Methodology. Using methods of scientific analysis, generalization, comparative analysis, forecasting and using results of experimental studies, the authors determined main ways for reduction of energy consumption during operation of the metro rolling stock. Energy cost analysis for metro rolling stock of the public utility (PU) «Kiev Metro» was carried out. A great number of research works of native and foreign authors concerning the above mentioned problem were analyzed. Findings. Principal directions in energy saving and increase of energy efficiency of the metro rolling stock are implementation of recuperation systems, energy storage systems and energy-efficient control systems. It was determined that implementation of recuperation and energy storage systems helps to save a considerable amount of energy, consumed for traction, but it involves substantial investments. It is pointed out that in current complicated conditions of economic development of Ukraine, use of energy-efficient control systems is a perspective direction in energy saving. Main advantage of this direction is the economic effect obtaining without significant investments. Originality. For the first time was performed potential assessment for energy saving as a result of energy-efficient control systems use at type routine rolling stock operation modes on sections «Khreschatik –Teatralnaya – Khreschatik» and «Shulyavskaya –Beresteyskaya –Shulyavskyaya» of KP «Kiev Metro». Practical value. Results of the research concerning quantity of energy saved with the help of recuperation systems and energy saving control systems can be used during building of a new metro rolling stock or modernization of existing one.


Keywords


energy saving; energy efficiency; metro rolling stock; recuperation system, energy saving system; rational operation mode

References


Bychkova M.P. Sistema nakopiteley elektroenergii dlya povysheniya energoeffektivnosti v metro [System of energy storage for energy efficiency in the subway]. Energosovet Energocouncil, 2011, issue 3, no. 16, pp. 74-76.

Vasilyeva М.А. Energooptimalnyye rezhymy upravleniya dvizheniyem poyezda metropolitena. Kand., Diss. [Energy optimized control modes by the movement of subway trains. Cand, Diss]. Moscow, 2003. 182 p.

Golynskiy A.P., Zhdanovich A.B. Avtovedeniye poyezdov metropolitena – bazovaya funktsiya sistemy «Dvizheniye» [Automated driving underground trains – the basic function of the system «Movement»]. Transport Rosiyskoy Federatsii The Transport Of The Russian Federation, 2011, issue 3, no 34, pp. 44-45.

Donchenko A.V., Muzhychuk S.O., Sulym A.O., Khozia P.O., Melnyk O.O. Doslidzhennia enerhoefektyvnosti modernizovanoho poizda metropolitenu vyrobnytstva PAT «KVBZ» [A study of energy efficiency of a modernized train of the metro production of «KRCBW» PJSC]. Zbirnyk naukovykh prats «Reykovyi rukhomyi sklad» [Proc. «Rail rolling stock»], 2015, issue 12, pp. 48-56.

Kyslyi D.M. Vyznachennia enerhozaoshchadzhuiuchykh rezhymiv vedennia poizdiv [Energy saving modes definition of trains handling]. Nauka ta prohres transportuScience and Transport Progress, 2016, no. 1 (61), pp. 71-84. doi: 10.15802/stp2016/60983.

Kolb A.A. Ispolzovaniye energii rekuperatsii elektrotransporta dlya upravleniya kachestvom elektroenergii. [The use of the regenerative energy of electric vehicle to control the quality of electricity]. Visnyk Kremenchutskoho natsionalnoho universytetu im. Mykhaila Ostrohradskoho [Bulletin of KSU named after Mikhail Ostrogradsky], 2010, no. 4 (63), part 1, pp. 98-102.

Kostin N.A., Nikitenko A.V. Avtonomnost rekuperativnogo tormozheniya – osnova nadezhnoy energoeffektivnoy rekuperatsii na elektropodvizhnom sostave postoyannogo toka [Autonomy regenerative braking – the basis for reliable energy-efficient heat recovery in electric rolling stock DC]. Zaliznychnyi transport Ukrainy – Railway Transport of Ukraine, 2014, issue 3, pp. 15-23.

Meleshin I.S. Kak sekonomit na tyagu [How to save money on cravings]. Energoeffektivnost i energosberezheniye – Energy Efficiency and Energy Saving, 2013, issue 7-8, pp. 65-67.

Noskov V.I. Zadacha sinteza sistemy upravleniya dvizheniyem transportnogo sredstva [The problem of designing the motion control system of vehicle]. Nauchno-tekhnicheskiy sbornik «Kommunalnoye khozyaystvo gorodov» [Scientific and technical collection «Municipal economy of cities»], 2002, issue 55, pp. 166-171.

Omelyanenko G.V. Elektromekhanicheskiy preobrazovatel energii inertsionnogo nakopitelya dlya setey tyagovogo elektrosnabzheniya Cand., Diss [Electromechanical energy converter with inertial storage for traction power supply networks]. Kharkov, 1999. 169 p.

Baranov L.A., Yerofeyev Ye.V., Meleshin I.S., Chin L.M. Optimizatsiya upravleniya dvizheniyem poyezdov [Optimization of train traffic control]. Moscow, MIIT Publ., 2011. 164 p.

12. Pro vstanovlennia taryfiv na elektroenerhiiu, shcho vidpuskaietsia naselenniu: Postanova Natsionalnoi komisii, shcho zdiisniuie derzhavne rehuliuvannia u sferakh enerhetyky ta komunalnykh posluh № 220 vid 26.02.2025 r. [On the establishment of tariffs for electricity, supplied to the population: National Commission Resolution, carrying out state regulation in the spheres of energy and communal services No. 220 from 26.02.2015]. Ofitsiinyi visnyk Ukrainy – Official Herald of Ukraine, 2015, issue 15/1, pp. 5-12.

Sablin O.I. Doslidzhennia efektyvnosti protsesu rekuperatsii elektroenerhii v umovakh metropolitenu [Research of efficiency of recovery of electricity under metro]. Skhidno-Yevropeiskyi zhurnal peredovykh tekhnolohiiEast-European Journal of Advanced Technologies, 2014, issue 6/8 (72), pp. 9-13.

Sulim A.A. Povysheniye effektivnosti energoobespecheniya podvizhnogo sostava metropolitena s sistemami rekuperatsii putem primeneniya emkostnykh nakopiteley energii Cand., Diss [Improvement of power supply the efficiency of the metro rolling stock equipped with recuperation systems by using a capacitive energy storage]. Kiyev, 2015. 188 p.

Ulitin V.G. Problema ispolzovaniya izbytochnoy energii rekuperatsii na gorodskom elektricheskom transporte [The use of excess energy recovery of urban electric transport]. Nauchno-tekhnicheskiy sbornik «Kommunalnoye khozyaystvo gorodov» [Scientific and technical collection «Municipal Economy of Cities»], 2009, issue 88, pp. 266-271.

Shevlyugin M.V., Zheltov K.S. Snizheniye raskhoda elektroenergii na dvizheniye poyezdov v Moskovskom metropolitene pri ispolzovanii emkostnykh nakopiteley energii [Reduction of energy consumption for the movement of trains in the Moscow metro when using capacitive energy storage]. Nauka i tekhnika transporta Science and Technology of Transport, 2008, issue 1, pp. 15-20.

Shchurov N.I., Shcheglov K.V., Shtang A.A. Primeneniye nakopiteley energii v sistemakh elektricheskoy tyagi [The use of energy storage systems of electric traction]. Sbornik nauchnykh trudov NGTU [Collection of scientific papers of NSTU], 2008, issue 1 (51), pp. 99-104.

Yang X., Chen A., Li X., Ning B., Tang T. An energy-efficient scheduling approach to improve the utilization of regenerative energy for metro systems. Transportation Research Part C. Emerging Techologies, 2015, vol. 57, pp. 13–29. doi: 10.1016/j.trc.2015.05.002.

Domínguez M., Cucala A.P., Fernández A., Pecharromán R.R., Blanquer J. Energy efficiency on train control: design of metro ATO driving and impact of energy accumulation devices. 9th World Congress on Railway Research (22.05–26.05.2011). Madrid, 2011, pp. 1-12. Available at: http://www.vialibre-ffe.com/pdf/Dominguez_Maria.pdf (Accessed 26 May 2016).

Li X., Lo H.K. An energy-efficient scheduling and speed control approach for metro rail operations. Transportation Research Part B: Methodological, 2014, vol. 64, pp. 73–89. doi: 10.1016/j.trb.2014.03.006.


GOST Style Citations


  1. Бычкова, М. П. Система накопителей электроэнергии для повышения энергоэффективности в метро / М. П. Бычкова // Энергосовет. – 2011. – Вып. 3 (16). – С. 74–76.
  2. Васильева, М. А. Энергооптимальные режимы управления движением поезда метрополитена : дис. … канд. техн. наук : 05.13.06 / Васильева Марина Алексеевна ; Моск. гос. ун-т путей сообщения. – Москва, 2003. – 182 с.
  3. Голынский, А. П. Автоведение поездов метрополитена – базовая функция системы «Движение» / А. П. Голынский, А. Б. Жданович // Транспорт Рос. Федерации. – 2011. – № 3 (34). – С. 44–45.
  4. Дослідження енергоефективності модернізованого поїзда метрополітену виробництва ПАТ «КВБЗ» / А. В. Донченко, С. О. Мужичук, А. О. Сулим [та ін.] // Рейковий рухомий склад : зб. наук. пр. – Кременчук, 2015. – Вип. 12. – С. 48–56.
  5. Кислий, Д. М. Визначення енергозаощаджуючих режимів ведення поїздів / Д. М. Кислий // Наука та прогрес транспорту. – 2016. – № 1 (61). – С. 71–84. doi: 10.15802/stp2016/60983.
  6. Колб, А. А. Использование энергии рекуперации электротранспорта для управления качеством электроэнергии / А. А. Колб // Вісн. Кременч. нац. ун-ту ім. Михайла Остроградсь-кого. – Кременчук, 2010. – Вип. 4 (63), ч. 1. – С. 98–102.
  7. Костин, Н. А. Автономность рекуперативного торможения – основа надежной энергоэффективной рекуперации на электроподвижном составе постоянного тока / Н. А. Костин, А В. Никитенко // Залізн. трансп. України. –2014. – № 3. – С. 15–23.
  8. Мелешин, И. С. Как сэкономить на тягу / И. С. Мелешин // Энергоэффективность и энергосбережение. – 2013. – № 7–8. – С. 65–67.
  9. Носков, В. И. Задача синтеза системы управления движением транспортного средства / В. И. Носков // Коммун. хоз-во городов : науч.-техн. сб. – Харьков, 2002. – Вып. 55. – С. 166–171.
  10. Омельяненко, Г. В. Электромеханический преобразователь энергии инерционного накопителя для сетей тягового электроснабжения : дис. … канд. техн. наук : 05.09.01 / Омельяненко Галина Викторовна ; Харьк. гос. политехн. ун-т. – Харьков, 1999. – 169 с.
  11. Оптимизация управления движением поездов / Л. А. Баранов, Е. В. Ерофеев, И. С. Мелешин, Л. М. Чинь ; под ред. доктора техн. наук Л. А. Баранова. – Москва : МИИТ, 2011. – 164 с.
  12. Про встановлення тарифів на електроенергію, що відпускається населенню : пост. Нац. комісії, що здійснює державне регулювання у сферах енергетики та комунальних послуг № 220 від 26.02.2015 р. // Офіц. вісн. України. – 2015. – № 15/1. – С. 5–12.
  13. Саблін, О. І. Дослідження ефективності процесу рекуперації електроенергії в умовах метрополітену / О. І. Саблін // Східно-Європ. журн. перед. технологій. – 2014. – № 6/8 (72). – С. 9–13.
  14. Сулим, А. А. Повышение эффективности энергообеспечения подвижного состава метрополитена с системами рекуперации путем применения емкостных накопителей энергии : дис. … канд. техн. наук : 05.22.07 / Сулим Андрей Александрович ; Гос. предприятие «Гос. науч.-исслед. центр ж.-д. трансп. Украины». – Киев, 2015. – 188 с.
  15. Улитин, В. Г. Проблема использования избыточной энергии рекуперации на городском электрическом транспорте / В. Г. Улитин //. Коммун. хоз-во городов : науч.-техн. сб. – Харьков, 2009. – Вып. 88. – С. 266–271.
  16. Шевлюгин, М. В. Снижение расхода электроэнергии на движение поездов в Московском метрополитене при использовании емкостных накопителей энергии / М. В. Шевлюгин,К. С. Желтов // Наука и техника транспорта. –2008. – № 1. – С. 15–20.
  17. Щуров, Н. И. Применение накопителей энергии в системах электрической тяги / Н. И. Щуров, К. В. Щеглов, А. А. Штанг // Сб. науч. тр. / Новосиб. гос. техн. ун-т. – Новосибирск, 2008. – Вып. 1 (51). – С. 99–104.
  18. An energy-efficient scheduling approach to improve the utilization of regenerative energy for metro systems / X. Yang, A. Chen, X. Li [et al.] // Transportation Research Part C. Emerging Techologies. – 2015. – Vol. 57. – P. 13–29. doi: 10.1016/j.trc.2015.05.002.
  19. Energy efficiency on train control: design of metro ATO driving and impact of energy accumulation devices [Електронний ресурс] / M. Domínguez, A. P. Cucala, A. Fernández [et al.] // 9th World Congress on Railway Research (22.05–26.05.2011). – Madrid, 2011. – P. 1–12. – Режим доступу: http://www.vialibre-ffe.com/pdf/Domi-nguez_Maria.pdf. – Назва з екрана. – Перевірено : 26.05.2016.
  20. Li, X. An energy-efficient scheduling and speed control approach for metro rail operations / X. Li, H. K. Lo // Transportation Research Part B: Methodological. – 2014. – Vol. 64. – P. 73–89. doi: 10.1016/j.trb.2014.03.006.


DOI: https://doi.org/10.15802/stp2016/74732

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

ISSN 2307–3489 (Print)
ІSSN 2307–6666 (Online)