УДК 656 - Московский государственный университет

УДК 656.13:502.5
КРИТЕРИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ АВТОТРАНСПОРТА
Б.В. Ларюшкин-Железный – д-р хим. наук, проф.; И.А. Блохин – аспирант
ФГОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства»,
г. Москва, Россия
Проведены оценки совокупной энергетической (ресурсной) эффективности
автотранспортных перевозок на основе понятия «полезной работы» при перевозке – доли
работы по преодолению сопротивления внешней среды, равной доле полезной нагрузки в
общей массе автотранспортного средства (АТС). Оценка энергетической эффективности
проведена на трех уровнях: эффективность использования моторного топлива,
эффективность использования АТС и эффективность перевозочного процесса в целом.
Полученные значения совокупной энергетической эффективности находятся в пределах
от единиц до десятых долей процента.
Generalized resource effectiveness of motor transport in terms of cumulative energy
consumption is evaluated on the base of conception of “useful work”. This is defined as the part
of the work done by motorcar to overcome the environment resistance to motion (road, air,
gravity, inertia). Three levels of effectiveness are defined and evaluated: effectiveness of motor
fuel use, of motor car use, and of transportation process in general. The data obtained
demonstrate rather low effectiveness of motor transport: the range is ~ 9 ÷ 0,5 %.
Автотранспорт в некоторых странах совершает более 2/3 грузопассажирских
перевозок; на моторное топливо расходуется большая часть добываемой в мире нефти.
Королевская роль автотранспорта в современной экономике обусловлена его удобством –
возможностью быстрой доставки грузов и пассажиров почти в любую точку суши. Однако
с точки зрения использования природных ресурсов автотранспорт является весьма
расточительным средством передвижения.
Нами проведена оценка ресурсной эффективности автотранспорта на трех уровнях:
на уровне использования моторного топлива, на уровне использования автотранспортного
средства (АТС) и на уровне перевозочного процесса в целом. Для оценки эффективности
использовались энергетические критерии, сформулированные на основе физического
понятия «полезной работы» при перевозке грузов. Введенное нами понятие «полезной
работы» не связано напрямую с «тонно-километрами» перевозок – величиной, обычно
используемой в настоящее время при экономической оценке эффективности
грузоперевозок.
Полезную работу (Рпол) при грузоперевозке определим как работу по преодолению
неизбежного сопротивления внешней среды с учетом относительно массы перевозимого
груза
Рпол = m /М ∫Fсос dL ,
(1)
где Fсос – сила сопротивления внешней среды при движении АТС; dL – элемент
проходимого пути; m – масса груза; М – полная масса АТС с грузом. Сопротивление
внешней среды, которое считается «неизбежным», складывается из трения качения колес
по дороге (Fкач), сопротивления воздуха (Fвзд), противодействия сил тяжести (Fтяж) при
подъеме в гору и противодействия сил инерции (Fинц) при ускорении АТС
Fсос = Fкач + Fвзд + Fтяж + Fинц.
(2)
Последние две составляющие в (2) могут иметь отрицательный знак (при спуске с
горы и при движении по инерции, соответственно).
Все составляющие Fсос рассчитываются [1], при этом трение качения не может быть
меньше некоторой критической величины, необходимой для надежного сцепления колес с
дорогой. Для лучших современных дорожных покрытий безразмерный «коэффициент
сопротивления качению» достигает значений 0,01÷0,03.
«Относительную эффективность использования моторного топлива» (ηтп) определим
как отношение полезной работы конкретного АТС за его жизненный цикл или более
короткий отрезок времени к эксергии расходуемого моторного топлива за тот же период
ηтп = Рпол / mтНu,
(3)
где Нu – теплотворная способность моторного топлива, mт – масса топлива и моторного
масла, израсходованных за рассматриваемый период.
«Совокупную относительную эффективность использования АТС» (ηтн) определим
как отношение полезной работы, совершаемой транспортным средством за весь период
его эксплуатации, к совокупному потреблению эксергии за весь жизненный цикл АТС
(Еатс). Величина Еатс включает в себя совокупные энергетические затраты, связанные с
производством АТС, техническим обслуживанием, текущим и капитальным ремонтом
АТС в период эксплуатации, расходом моторного топлива за весь пробег и т.д.)
ηтн = Рпол / Еатс.
(4)
«Совокупную относительную эффективность перевозочного
процесса» (ηтэ)
определим как отношение полезной работы за весь период эксплуатации АТС к сумме
совокупных затрат эксергии на создание и эксплуатацию и самого АТС (Еатс), и
некоторой доли (i) транспортной инфраструктуры, которая может быть условно отнесена
к данному АТС:
ηтэ = Рпол/(Еатс + iЕи),
(5)
где
Еи – совокупные затраты эксергии на создание и поддержание транспортной
инфраструктуры (дорог, автозаправочных станций и т.д.).
Если оценка величины Еатс не вызывает принципиальных затруднений, то оценка
значений Еи, i в (5) неизбежно связана с некоторой условностью. В качестве одного из
возможных вариантов можно предложить такое формальное определение этих величин:
Еи – совокупное потребление эксергии на поддержание и развитие транспортной
инфраструктуры региона, где используется АТС, за период эксплуатации последнего, i –
отношение собственной массы АТС к средней (за период эксплуатации данного АТС)
суммарной массе автотранспортного парка региона. Такое определение величин Еи, i, с
одной стороны, учитывает изменение транспортной инфраструктуры и автопарка региона
со временем, с другой – отражает тот факт, что нагрузка на транспортную инфраструктуру
от конкретного АТС (в частности, износ дорожного покрытия) возрастает с массой
последнего.
На основе анализа данных, приводимых в различных источниках [1…3], нами
проведены оценки параметров, входящих в выражения (3)…(5), и рассчитаны
ориентировочные значения энергетической эффективности автотранспорта на указанных
трех уровнях. Результаты приведены в таблице (полученные значения ηтп, ηтн, ηтэ
помножены на 100, то есть выражены в %).
Примерные значения энергетических показателей ресурсной
эффективности автотранспорта
Категория
автотранспортных
средств
Грузовой автотранспорт
Легковой автотранспорт
Показатель ресурсной эффективности
ηтп, %
ηтн, %
ηтэ, %
5÷9
2÷5
1,5 ÷ 3
0,7 ÷ 1,5
1÷2
0,5 ÷ 1
Следует отметить, что приведенные значения величины ηтп ниже средних значений
эффективного теплового КПД двигателей внутреннего сгорания, это связано в основном с
тем, что полезной работой, согласно определению по (1), считается лишь часть общей
работы по преодолению сопротивления внешней среды, пропорциональная доле полезной
нагрузки в полной массе АТС.
Как видно из таблицы, совокупная энергетическая эффективность автотранспортных
перевозок весьма не велика, а для легкового автомобиля в среднем она составляет менее
1%. Это обстоятельство обычно неумышленно или умышленно упускается из виду при
сопоставлении различных видов транспорта. Так, в [4] приводятся результаты
сравнительной
балльной
оценки
пяти
видов
современного
транспорта
(железнодорожного, автомобильного, водного, трубопроводного и воздушного) на основе
учета 6 факторов: скорости, доступности, надежности, грузоподъемности и частоте
перевозок. В итоге автотранспорт оказался на первом месте, но среди учтенных факторов
полностью отсутствуют ресурсные затраты.
В заключение позволим себе высказать крамольное мнение по поводу перспектив
развития автотранспорта. Возможно, многим такая точка зрения покажется одиозной, но,
на наш взгляд, «всеобщая автомобилизация населения», проводимая в настоящее время в
«развивающихся» странах (странах БРИК и др.), – это путь в никуда, точнее, прямой путь
к экологической и экономической пропасти, по которому человечество несется, «очертя
голову, закусив удила, закрыв на все глаза и надеясь на авось». «American dream» – когда
у каждой семьи несколько автомобилей, свой загородный дом и т.д. – эта мечта в
принципе недостижима для всего населения Земли: ресурсы закончатся и экологоэкономическая катастрофа произойдет раньше. Уже сейчас, например, в г. Москве «не
пройти и не продохнуть» от легковых автомобилей, в прямом и переносном смысле. По
оценкам МАДИ, Москва ежегодно теряет «в автомобильных пробках» порядка 40 млрд
долл. США, это не считая нервов и здоровья водителей и населения.
Вот почему строительство многочисленных автозаводов по сборке импортных
легковых автомобилей в развивающихся странах – это выгодный бизнес для
автопроизводителей развитых стран-экспортеров, но едва ли разумная экономическая
политика для самих развивающихся стран. Крах американского автогиганта «General
Motors» – это лишь первая ласточка, точнее, «первая фишка» падения домино мирового
автопроизводства. Что может прийти на смену современному легковому автомобилю? Об
этом сейчас можно только догадываться. Но это может прийти достаточно скоро и совсем
неожиданно.
Библиографический список
Стуканов В.А. Основы теории автомобильных двигателей и автомобиля. – М.:
ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. 368 с.
2. Луканин В.Н., Трофименко Ю.В. Промышленно-транспортная экология. /Под ред.
В.Н.Луканина. – М.: Высшая школа, 2002. 273 с.
3. Немчинов М.В., Систер В.Г., Силкин В.В. Охрана окружающей природной среды
при проектировании и строительстве автомобильных дорог. – М.: Изд-во АСТ, 2004.
240 с.
4. Григорьев М.Н., Долгов А.П., Уваров С.А. Логистика. – М.: Гардарики, 2007. 475 с.
1.