Тема 9 Планування розподілу рухомого складу по маршрутах. Частина 4. Економічна та екологічна ефективність планування

5 Методика розрахунку енергоємності пасажирських перевезень та інструменти її зниження

1. Вступ

Енергоємність пасажирських перевезень є одним із ключових індикаторів ефективності транспортних систем. Вона характеризує, скільки енергії витрачається на перевезення одного пасажира на певну відстань, і відображає як технічний рівень рухомого складу, так і раціональність організації перевезень.

Сучасна транспортна політика України та Європейського Союзу спрямована на зниження енергоємності перевезень шляхом електрифікації транспорту, цифровізації планування, оптимізації маршрутів та розвитку «розумної мобільності».

Мета цієї лекції — розкрити методологічні основи розрахунку енергоємності, визначити чинники, що на неї впливають, і представити інструменти підвищення енергоефективності транспортних систем.

2. Поняття та значення енергоємності

2.1. Визначення

Енергоємність пасажирських перевезень — це кількість енергетичних ресурсів, витрачених на перевезення одного пасажира на 1 км відстані.
Показник вимірюється в мегаджоулях на пасажиро-кілометр (МДж/пас.км) або кВт·год/пас.км.

Формально:

$$E_{пит} = \frac{E_{спож}}{Q_{тр}}$$

де
$E_{спож}$ — загальна кількість спожитої енергії (МДж, кВт·год);
$Q_{тр}$ — обсяг транспортної роботи (пасажиро-кілометри).

Чим нижче значення $E_{пит}$, тим ефективніше використовується енергія в системі перевезень.

3. Класифікація енергоємності

1. Абсолютна енергоємність (Eₐ):
   Повна кількість енергії, витраченої транспортом за певний період (наприклад, за добу чи місяць).

2. Питома енергоємність (Eₚ):
   Енергія на одиницю транспортної роботи (пас.км або т.км).

3. Порівняльна енергоємність (Eₒ):
   Використовується для зіставлення різних видів транспорту, моделей або маршрутів.

4. Методика розрахунку енергоємності перевезень

Розрахунок енергоємності проводиться у кілька послідовних етапів.

4.1. Етап 1. Визначення обсягу транспортної роботи

$$Q_{тр} = N_{пас} \times L_{сер}$$

де
$N_{пас}$ — кількість перевезених пасажирів за період,
$L_{сер}$ — середня довжина поїздки одного пасажира (км).

Приклад:
Автобус перевіз 110 000 пасажирів, середня відстань — 7 км.

$$Q_{тр} = 110\,000 \times 7 = 770\,000 \text{ пас.км}$$

4.2. Етап 2. Розрахунок загального енергоспоживання

Для транспорту на традиційному паливі:

$$E_{спож} = G_{пал} \times H_{п}$$

де
$G_{пал}$ — кількість витраченого палива (л),
$H_{п}$ — теплотворна здатність палива (МДж/л).

Для електротранспорту:

$$E_{спож} = W_{ел} \times 3,6$$

де
$W_{ел}$ — спожита електроенергія (кВт·год).

Довідково:

• Дизельне паливо — 43 МДж/л

• Бензин — 41 МДж/л

• Метан (CNG) — 38 МДж/м³

• Електроенергія — 3,6 МДж/кВт·год

4.3. Етап 3. Розрахунок питомої енергоємності

$$E_{пит} = \frac{E_{спож}}{Q_{тр}}$$

— основний показник ефективності енерговикористання.

4.4. Етап 4. Визначення коефіцієнтів впливу

Для точнішої оцінки розрахунок доповнюється коефіцієнтами, що враховують:

• заповнення салону $K_{зап}$;

• технічний стан $K_{тех}$;

• умови експлуатації $K_{ум}$.

Тоді розрахункова формула набуває вигляду:

$$E_{пит\_скор} = E_{пит} \times K_{зап} \times K_{тех} \times K_{ум}$$Eпит_скор​=Eпит​×Kзап​×Kтех​×Kум

4.5. Етап 5. Порівняння з нормативами

Для визначення ефективності отримане значення порівнюють із галузевими нормативами чи міжнародними стандартами.
Наприклад:

5. Приклад повного розрахунку

Вихідні дані:

• Витрати дизпалива — 3 900 л/міс

• Теплотворна здатність дизпалива — 43 МДж/л

• Перевезено пасажирів — 95 000

• Середня відстань поїздки — 6 км

1. Обсяг транспортної роботи:

$$Q_{тр} = 95\,000 \times 6 = 570\,000 \text{ пас.км}$$

2. Загальні енерговитрати:

$$E_{спож} = 3\,900 \times 43 = 167\,700 \text{ МДж}$$

3. Питома енергоємність:

$$E_{пит} = \frac{167\,700}{570\,000} = 0,294 \text{ МДж/пас.км}$$

Отже, на перевезення одного пасажира на 1 км витрачається 0,294 МДж енергії.
Це відповідає сучасним показникам ефективних міських автобусів середньої місткості.

6. Математичне моделювання енергоємності

Для аналітичних розрахунків використовується енергетичний баланс транспортного засобу:

$$E_{заг} = E_{рух} + E_{доп} + E_{втрат}$$

де
$E_{рух}$ — енергія, витрачена на подолання опору руху,
$E_{доп}$ — енергія на допоміжні системи (освітлення, кондиціювання),
$E_{втрат}$ — втрати через ККД двигуна, трансмісії, гальмування.

Відповідно, коефіцієнт енергетичної ефективності (КЕЕ):

$$КЕЕ = \frac{E_{рух}}{E_{заг}}$$

чим ближче до 1, тим ефективніший транспорт.

7. Інструменти зниження енергоємності перевезень

7.1. Технічні заходи

1. Використання енергоощадних технологій двигунів
   — двигуни з високим ККД, турбонаддув, гібридні установки.

2. Зменшення маси транспортного засобу
   — застосування алюмінієвих кузовів, композитних матеріалів.

3. Аеродинамічне вдосконалення кузова
   — оптимізація форми для зменшення лобового опору.

4. Рекуперація енергії
   — у гібридних та електричних автобусах при гальмуванні енергія повертається до акумулятора (економія до 20%).

7.2. Організаційні інструменти

1. Оптимізація маршрутної мережі
   Використання програм PTV Visum, TransCAD для моделювання маршрутів з мінімальними пробігами.

2. Зменшення порожніх рейсів
   Аналіз завантаження у пікові години та перерозподіл рухомого складу.

3. Раціональне планування графіків руху
   Уникнення тривалих простоїв двигуна та перевищення швидкості.

7.3. Поведінкові інструменти

1. Впровадження системи еко-драйвінгу.
   Навчання водіїв техніці плавного керування дозволяє знизити споживання палива на 10–20%.

2. Мотиваційні програми.
   Преміювання водіїв із найменшими енерговитратами.

3. Постійний моніторинг стилю водіння через GPS і IoT-системи.

7.4. Цифрові технології енергомоніторингу

• GPS і телеметрія: контроль пробігу, швидкості, холостого ходу.

• IoT-сенсори: фіксують температуру, тиск, навантаження, витрати палива.

• Big Data-аналітика: виявляє закономірності перевитрат.

• Цифрові двійники (Digital Twin): моделюють різні сценарії експлуатації рухомого складу.

Такі системи дають можливість зменшити енергоємність на 10–30% уже в перший рік впровадження.

8. Економічна оцінка ефекту зниження енергоємності

8.1. Формула економії

$$E_{екон} = (E_{до} - E_{після}) \times C_{ен}$$

де
$C_{ен}$ — ціна одиниці енергії (грн/МДж або грн/л).

8.2. Приклад

Якщо витрати палива зменшилися з 4000 до 3500 л/міс,
а ціна дизеля становить 65 грн/л,
то річна економія:

$$(500 \times 65) \times 12 = 390\,000 \text{ грн}$$

що може покрити витрати на систему моніторингу менш ніж за рік.

9. Екологічний ефект

Зменшення енергоємності автоматично веде до скорочення шкідливих викидів.
Оскільки 1 л дизельного палива при спалюванні утворює ≈ 2,68 кг CO₂,
зниження споживання палива на 500 л/міс означає скорочення викидів:

$$500 \times 2,68 = 1\,340 \text{ кг CO₂ на місяць}$$

або понад 16 тонн на рік лише з одного автобуса.

10. Інтеграція результатів оцінки у планування

Розраховані показники енергоємності використовуються для:

1. планування оновлення рухомого складу (закупівля енергоефективних моделей);

2. розробки енергетичної стратегії підприємства;

3. формування екологічних звітів і ESG-звітності;

4. отримання фінансування від міжнародних програм (ЄБРР, GIZ);

5. оцінки сталості міського транспорту згідно з принципами «зеленої мобільності».

Висновки

1. Енергоємність — універсальний показник, який поєднує технічні, економічні та екологічні аспекти роботи транспорту.

2. Точний розрахунок базується на кількості перевезених пасажирів, пройденій відстані та фактичному споживанні енергії.

3. Застосування цифрових технологій (GPS, IoT, Big Data, Digital Twin) забезпечує високоточний моніторинг енерговитрат у реальному часі.

4. Зниження енергоємності на 10–30% можливе завдяки поєднанню технічних, організаційних і поведінкових заходів.

5. Підвищення енергоефективності рухомого складу сприяє економії ресурсів, зменшенню викидів CO₂ та реалізації принципів сталого розвитку транспорт