Транспортный комплекс Японии

     Но учёные не оставляют попыток создать экологически чистый транспорт. Японская компания Genepax представила в Осаке (Osaka, Япония) автомобиль на воде, точнее, электромобиль c H2O в качестве топлива. Одного литра абсолютно любой воды (дождевой, речной, морской) достаточно, чтобы ехать на нем в течение часа со скоростью 80 километров в час.

     Силовая установка на топливных  ячейках под названием Water Energy System (WES) расщепляет воду на водород  и кислород, но вместо того, чтобы  сжигать полученный водород его  заново соединяют с кислородом в электрохимическом генераторе. Полученное электричество питает электромотор, а на выходе образуется пар — то есть та же вода.

     Но для расщепления воды необходимо  электричество, и скептики не  верят, что отдачи системы хватит  и мотору и мембране. Согласно первому закону термодинамики, автомобиль на воде может совершать работу, только получая теплоту извне или расходуя внутреннюю энергию. Сейчас энергия для расщепления воды поступает от аккумулятора.

     Продемонстрированное авто является  единственным прототипом, который будет использован для получения патента на изобретение. В настоящее время себестоимость силовой установки на топливных ячейках на воде составляет ¥2,000,000 (около 18700 долларов США). Однако в случае успешного сотрудничества с японскими автопроизводителями и начала массового производства, цену можно будет снизить до ¥500,000 (около 5000 долларов США). 

8. Перспективы развития и размещения отдельных видов  транспорта

     Перспективы развития железных  дорог в Японии:

     Магнитный подвес-технология нового века

     Железные дороги как средство  массовых перевозок пассажиров  должны работать с высокой  степенью безопасности и надежности  при невысоких эксплуатационных  расходах. Существенно важны для  формирования привлекательного  имиджа также такие характеристики, как комфортабельность и бережное отношение к окружающей среде. В Японии исследованиями и разработками, направленными на развитие этих характеристик в соответствии с ожиданиями пользователей и социальными тенденциями, занимается Научно-исследовательский институт железнодорожной техники (RTRI). Одной из основных тем его работы является система магнитного подвеса.

     Бывшие Национальные железные  дороги (JNR) приступили к исследованиям  в области сверхвысоких скоростей  и магнитного подвеса в 1970 г. После базовых испытаний на опытном пути Миядзаки RTRI и компания JR Central построили полномасштабный опытный полигон Яманаси длиной 18,4 км.

     Опытные поездки на новом участке  начаты в апреле 1997 г., через 2 года, в апреле 1999 г., пятивагонный поезд с людьми развил скорость 552 км/ч. Надежность и безопасность системы подтверждаются в ежедневных поездках, суммарная протяженность которых достигает 600 км. В октябре 1999 г. при движении двух встречных поездов достигнута относительная скорость 1000 км/ч. Первый этап ходовых испытаний на линии Яманаси рассчитан до марта 2000 г., к этому времени планировали определиться с перспективами технологии магнитного подвеса. Однако, по оценкам RTRI, желательно продление программы опытных испытаний на 5 лет, чтобы улучшить аэродинамические характеристики, снизить строительные и эксплуатационные расходы, подтвердить надежность и износостойкость системы.

     В коридоре Токио - Осака высокоскоростная  линия Синкансен выполняет основной  объем перевозок, который характеризуется постоянным ростом. Поэтому резервы скорости и провозной способности не безграничны. В этом коридоре оправдано строительство параллельно Токайдо Синкансен линии Туо по технологии магнитного подвеса.

     Другие разработки RTRI

     RTRI работает над проектом поезда с тележками регулируемой ширины для эксплуатации на линиях колеи 1067 и 1435 мм. Рассматриваются тележки двух типов:

• на тележках типа А синхронные тяговые двигатели с непосредственным приводом смонтированы на независимых колесах. Колеса закреплены на втулках, которые могут перемещаться по оси при изменении ширины колеи. В двигателях используются постоянные магниты из редкоземельных металлов в качестве внешних роторов;
• тележки типа В оборудованы асинхронными тяговыми двигателями, подвешенными к раме тележки. Тяговое усилие передается через параллельную карданную передачу и роликовый узел между осью и шлицевой втулкой, на которой закреплено колесо. Ширина колеи регулируется благодаря перемещению втулок по оси.

     Программа разработки поезда с регулируемой колеей начата в 1994 г., в течение 3 лет построены и испытаны тележки регулируемой колеи, тяговые двигатели и наземные установки для изменения колеи. Проведено более 10 тыс. циклов испытаний, в том числе с имитацией на стенде движения со скоростью до 500 км/ч. В результате стало возможным строительство в 1998 г. трехвагонного опытного поезда. Его испытания начаты на линии Санин узкой колеи железной дороги JR West со скоростью до 100 км/ч в конце января 1999 г., продолжены в Центре транспортных испытаний в Пуэбло, США, со скоростью, превышающей 200 км/ч.

     Интеллектуальные транспортные  системы (ITS) связывают главным  образом с автомобильным транспортом.  Хотя собственно появление ITS обусловлено стремлением сгладить  негативные социальные влияния этого вида транспорта, эти системы могут стать основой для фундаментальных информационных и транспортных инфраструктур нового века. В США ITS действуют в регионах, где сети магистральных и местных автомобильных дорог развиты и поддерживаются в хорошем состоянии. В Японии их развитие целесообразно на базе транспортной инфраструктуры железных дорог и метрополитенов.

     RTRI приступили к работе над  проектом CyberRail интермодальной транспортной  системы на базе железнодорожной  в части обработки информации и управления движением. Исследования включают следующие моменты:

• анализ и прогнозирование индивидуального спроса на транспортное обслуживание;
• информационное обеспечение индивидуальных потребителей;
• идентификация местонахождения индивидуальных потребителей;
• разработка протоколов связи, ориентированных на общественный транспорт и частные поездки;
• системы помощи инвалидам и престарелым;
• интеллектуальные системы управления движением поездом с усложнением функций управления за счет контроля за расходом энергии, обеспечения безопасности рабочих на пути, контроля свободности пути перед поездом.

    Снижение уровня шума

     Снижение шумового загрязнения  окружающей среды остается серьезной  проблемой. В дополнение к составляющим  от качения и трения, присущим движению всех поездов, при движении со скоростью 300 км/ч и более появляется аэродинамическая составляющая. В силу реализации ряда мероприятий по снижению шума ожидается, что он при движении со скоростью 320 км/ч в системе колесо- рельс не превысит 75 дВ(А). С точки зрения уменьшения аэродинамической составляющей первоочередную проблему представляет крышевое оборудование, включая токоприемники и обтекатели, затем тележки и нижняя часть головных вагонов.

     В 1996 г. RTRI построили низкошумную  аэродинамическую трубу в Майбаре, в которой имитируется максимальная скорость 400 км/ч и экстремально низкий наземный шум для анализа механизма действия воздушного потока и генерации шума.

     Эксперименты проводятся с выполненной  в масштабе 1 : 20 моделью вагона Синкансен с целью изучения уровня и источников зарождения шума в подкузовном пространстве.

     Обработка результатов этих экспериментов  позволила выявить необходимость  в оптимизации очертаний нижней  части вагонов и сглаживания  воздушного потока для снижения уровня шума до 75 дВ(А) при движении со скоростью 350 км/ч.

     Институт продолжит эти исследования, используя методы цифрового моделирования,  эксперименты в аэродинамической  трубе и испытания эксплуатируемых  единиц подвижного состава. 

     Аккумуляция энергии

     Большинство железнодорожных линий  в Японии электрифицированы, годовой  расход электроэнергии железными  дорогами достигает 20 млрд. кВт·ч  или 2,3 % общего по стране. Для  снижения расхода энергии железными  дорогами ведутся работы по  уменьшению массы подвижного состава и вводу рекуперативного торможения.

     Между тем под давлением глобальных  требований по охране окружающей  среды железнодорожные компании  вынуждены искать другие методы  сокращения расхода энергии, т.  е. снижения расхода электроэнергии на тягу и тем самым улучшения финансового положения компаний.

     Среди практических методов - применение на железных дорогах  двухслойных электрических конденсаторов,  топливных элементов, сверхпроводящих  магнитных накопителей (SMES), разрабатываемых как новое средство для сохранения энергии. Как показывают опыты, применение натриево-серных батарей способствует созданию новых аккумуляторов электрической энергии.

     Исследования в этой области  тесно связаны и быстро прогрессируют  в связи с развитием электромобилей. Применение имеющихся разработок на железнодорожном транспорте возможно применительно к наземным или бортовым устройствам. Установка устройств накопления электрической энергии на подстанциях позволит сглаживать пики энергопотребления и повышать уровень повторного использования за счет накопления избыточной энергии. Небольшие бортовые аккумуляторы устройства позволят накапливать избыточную энергию на месте.

     Однако простой перенос разработанных  в автомобильной промышленности  технологий накопления электрической энергии на железнодорожный транспорт невозможен. Необходимы не только накопительные средства большей емкости, рассчитанные на большие нагрузки, устройства перераспределения силового потока между электровозами, но и системы, приспособленные к перепадам нагрузки в системе электроснабжения. Расходы по разработке такого комплекса и его эксплуатации представляют особую проблему.

     Компания JR Central создана в 1987 г.  после реформы на Национальных  железных дорогах. Основой ее  деятельности является эксплуатация высокоскоростной линии длиной 515 км, связывающей города Токио, Нагоя и Осака, и 12 линий узкой колеи, образующих общую сеть.

     За прошедшие 12 лет объем перевозок  и доходы компании от них  возросли более чем на 25 %, в  1997 г. акции компании появились на рынке ценных бумаг. В 1999 финансовом году доходы от эксплуатации достигли 1100 млрд. иен (10,35 млрд. дол. США), прибыль 72 млрд. иен.

     Сразу же после образования  JR Central начались разработки поезда  серии 300. Его появление в 1992 г. ознаменовало переход на новый качественный уровень за счет уменьшения массы, сокращения расходов на текущее обслуживание, повышения скорости, плавности хода и комфорта, а также перехода от тяговых двигателей постоянного тока на переменный с регулированием частоты и напряжения (VVVF).

     Поезда серий 700 (совместная разработка  компаний JR Central и JR West) и 500 разработаны  на базе серии 300. В настоящее  время более половины эксплуатируемых  на высокоскоростной линии Токайдо  поездов могут развивать максимальную скорость 270 км/ч, оставшиеся будут в ближайшие сроки заменены поездами серии 700.

      Вывод всего парка на уровень  максимальной скорости 270 км/ч означает  серьезное повышение средней  скорости во всех сообщениях. Кроме того, стандартизация длины поездов и расположения кресел обеспечит взаимозаменяемость единиц подвижного состава, повысит эффективность управления парком, использования путей отстоя и системы текущего содержания.

      Дальнейшее повышение эксплуатационной  эффективности подвижного состава представляется возможным в направлении повышения скорости прохождения кривых и ускорения/замедления в большей степени, чем максимальной скорости. За 35 лет по линии Токайдо Синкансен перевезено около 3,5 млрд. чел. и зафиксировано своеобразное достижение по безопасности движения- ни один пассажир не пострадал по причине происшествий на железной дороге. Среднее опоздание в течение года составляет 0,4 мин/поезд, включая такие причины, как тайфуны, землетрясения, снегопады, ливни и другие природные бедствия. Точность и надежность базируются на корпоративной морали и жесткой дисциплине, системе трудовых отношений.

     Поезда Nozomi следуют из Токио в  Осаку 2 ч 30 мин. Время на  поездку между центральными районами  этих городов по железной дороге сравнимо с временем полета, если в последнем учесть поездку в аэропорт. Отсутствие регистрации и высокая частота сообщений по Токайдо Синкансен- 11 отправлений/ч в периоды пик из Токио, или 285 поездов/сут,- повышают привлекательность поездки по железной дороге. В результате на Токайдо Синкансен приходится 88 % поездок между Токио и Осакой.