Струнные технологии Юницкого

На главную     Карта сайта     Контактная информация

Новости сайта

29 января 2014 г.

 

Ресурсность RSW-технологий: экономия сырья, энергии, земли, труда и финансов - минимум в 10 раз

21-ый век станет веком экономии ресурсов - энергетических, сырьевых, минеральных, пространственных, финансовых, трудовых, продовольственных и др. И это имеет прямое отношение к транспортным коммуникациям. Они должны быть только на "втором" уровне - над поверхностью земли, уже давным-давно занятой флорой и фауной, где ТРАНСНЕТ будет вне конкуренции.

В 20-ом веке население планеты выросло в 4 раза, а ВВП - в 20, что увеличило спрос на некоторые природные ресурсы на 2.000%. При этом мир вступил в эпоху дорогих ресурсов - эпоха низких цен осталась в прошлом. Рост среднего класса на 3 миллиарда человек в течение ближайших 20 лет резко увеличит спрос на новые ресурсы, а поиск новых источников сырья, энергии, воды и пищи затруднён и дорог. Скачок спроса произойдет именно в тот момент, когда поиск новых источников ресурсов затруднён или дорог, и нас ждёт "ресурсная революция". Дефицит или рост цен на один тип ресурсов может перекинуться на другие. Попытка удовлетворить растущий спрос пропорциональным ростом производства потребует в будущем дополнительных инвестиций до $10 триллионов в год и несёт для цивилизации серьёзные риски.

ТРАНСНЕТ сможет дать человечеству двойную экономию.

Во-первых, грузовые струнные трассы дадут дешёвый доступ к недоступным в настоящее время минеральным ресурсам, размещённым, например, высоко в горах, в тундре и на шельфе Северного Ледовитого океана, в глубине обширных пустынь, в глубине материков, например, в Австралии. Доступные минеральные ресурсы позволят мировой экономике и дальше динамично развиваться.

Во-вторых, грузопассажирские струнные дороги позволят, на порядок дешевле и на порядок с меньшими затратами сырьевых, энергетических и иных ресурсов, создать разветвлённую мировую сеть транспортно-инфраструктурных коммуникаций, совмещённых с информационными и энергетическими сетями. При этом, в течение 21-го века, практически весь транспорт перейдёт на "второй" уровень, оставив "первый" уровень природе и людям. Это позволит повысить коммуникативность земной цивилизации - по данным ООН потребность людей в поездках за ближайшие 50 лет должна увеличиться в 5-6 раз, при значительном увеличении скорости и дальности этих перемещений.

Особенность любой высокоскоростной путевой структуры - требуемая, из условий комфорта и безопасности, чрезвычайно высокая ровность пути, обусловленная не только строительными неровностями конструкций, но и статическими и динамическими деформациями пролётных строений под движущейся с высокой скоростью нагрузкой. Например, при длине пролёта 50 м и скорости движения 500 км/ч, максимальные неровности, с учётом строительных (технологических) погрешностей и динамических деформаций пролётного строения под нагрузкой, не должны превышать 10 мм (или 1/5.000 от длины пролёта).

Спроектированная высокоскоростная рельсо-струнная эстакада удовлетворяет перечисленным требованиям. Ажурная путевая структура, размещённая над поверхностью земли на "втором" уровне, имеет низкую материалоёмкость и, соответственно, низкий расход минеральных ресурсов на своё сооружение: стали и стальных конструкций, цветных металлов, железобетона, бетона, цемента, арматуры, щебня, песка, грунта и т. д. При этом, благодаря неразрезной конструкции струнного рельса (на всём протяжении он не имеет деформационных и других швов, так как сварен в одну плеть), несущая способность поддерживающих опор повышается на порядок. А поскольку таких опор большинство в конструкции дороги "второго уровня" - на одну анкерную опору приходится порядка 100 промежуточных опор,- соответственно, на порядок снижается материалоёмкость и стоимость опор.

Расход конструкционных материалов на 1 км протяжённости двухколейной предварительно напряжённой - растянутой - высокоскоростной (500 км/ч) рельсо-струнной эстакады составляет: мостовая сталь - до 600 т/км (из них: путевая структура - до 350 т/км; опоры - анкерные и промежуточные - до 250 т/км), железобетон - до 900 т/км (из них: путевая структура - до 300 т/км; опоры - анкерные и промежуточные - до 600 т/км). Гарантированная долговечность такой транспортной эстакады составит 100 лет. Её аналог был построен на полигоне первого поколения струнного транспорта в 2001 г. (г. Озёры Московской области, Россия) с расходом стали на эстакаду - до 120 кг/м на один путь.

Для сравнения приводим основные данные по высокоскоростной железной дороге в эстакадном исполнении, построенной по японским технологиям в 2000-2007 г.г. на острове Тайвань для движения со скоростью до 350 км/ч. Основные ресурсные характеристики этой дороги, имеющей протяжённость 345 км и стоимость, по разным оценкам, от $15 до $18 миллиардов (или $43,5-$52,2 млн./км в ценах 2005 г.; в ценах 2014 г. эти цифры должны возрасти примерно в 2 раза):
- длина пролётов 35 м;
- фундаменты сверхмассивных железобетонных опор установлены на четырёх буронабивных железобетонных сваях диаметром 2 м и длиной до 60 м каждая (масса только свайного фундамента под каждой опорой может достигать 1.800 тонн, или более 50 т на погонный метр трассы!);
- мощные пролётные строения в виде двух предварительно напряжённых сборных железобетонных балок шириной 6 м, высотой 3 м и массой по 800 тонн каждая на пролёте;
- на несущие балки уложена железобетонная предварительно напряжённая плита шириной 13 м и массой 500 т на пролёте;
- на плите размещена рельсошпальная решётка двухпутной высокоскоростной железной дороги.
Расход конструкционных материалов на такую эстакаду составляет (с учётом рельсошпальной решётки): высокопрочная сталь (преимущественно арматура в железобетонных конструкциях) - 11.400 т/км, железобетон - 109.000 т/км. Примерно столь же материалоёмкой, как и описанная, является эстакада для поездов на магнитной подушке "Трансрапид" разработки компании "Сименс".

Таким образом, условная экономия основных строительных и конструкционных материалов при использовании RSW-технологий составляет: сталь - 10.800 т/км, железобетон - 108.100 т/км (или 45.000 м3/км). Поэтому на высокоскоростной сети дорог ТРАНСНЕТ протяжённостью 25 миллионов километров, которая будет построена в 21-ом веке на планете, условная экономия минеральных ресурсов составит: сталь - 270 миллиардов тонн, железобетон - 2,7 триллиона тонн (или 1.125 миллиардов кубических метров).

К сведению.

В настоящее время в мире выплавляется 1,5 миллиарда тонн стали в год. Для дополнительного получения сэкономленных 270 млрд. тонн стали и проката из неё было бы дополнительно выброшено в окружающую среду (в миллиардах тонн): пыли - более 32, сернистого ангидрида - более 17, оксида углерода - более 38, оксида азота - более 3,8, сточных вод - более 50 триллионов кубометров (50 тысяч кубокилометров). Для выплавки такого количества стали в течение 50 лет не понадобится 540 крупных металлургических предприятий производительностью по 10 млн. т/год, с большим количеством цехов и вспомогательных служб, которые заняли бы территорию в 500 тыс. га. При этом не были бы дополнительно изъяты земельные угодья, нарушенные горными работами, занятые отвалами, золо- и шламонакопителями площадью более 62,5 млн. га (или более 625 тыс. км2 - почти 3 площади такой страны, как Великобритания). Не было бы добыто - в карьерах и шахтах - более 1,2 триллионов тонн различного исчерпаемого сырья (в том числе коксующегося угля), после переработки которого только в твёрдые и экологически опасные отходы не попали бы более 120 миллиардов тонн различных экологически опасных и канцерогенных веществ.

Ещё больше потребовалось бы ресурсов (в том числе энергетических, земельных, людских, финансовых и др.) и не меньше появилось бы глобальных экологических проблем - при производстве и укладке в конструкции дополнительных 1,125 триллионов кубометров (2,7 триллиона тонн) железобетона, сэкономленного при использовании RSW-технологий на 25 млн. км дорог эстакадного типа.

При этом необходимо особо отметить преимущества эстакады, как опорной конструкции для высокоскоростной путевой структуры, перед традиционной земляной насыпью (выемкой), а также - щебёночно-песчаной подушкой и рельсошпальной решёткой высокоскоростной железной дороги.

При строительстве рельсо-струнной эстакады точечный объём земляных работ будет снижен более чем в 100 раз в сравнении с прокладкой такой же дороги в линейной насыпи. Поэтому ландшафту и биогеоценозу в зоне строительства не будет нанесён какой-либо ущерб и не потребуется рекультивация земель. Это особенно важно при прокладке трассы по вечномёрзлым и слабым грунтам, которые не способны выдержать дополнительную нагрузку от насыпи, не только весовую, но и тепловую в летний период времени.

Кроме того, не только сама земляная насыпь, но и подстилающие грунты на традиционных высокоскоростных дорогах должны быть плотными (дополнительно уплотнены примерно на 10%), что превращают такую дорогу в протяжённую низконапорную плотину, перерезающую истоки рек, движение грунтовых и поверхностных, в том числе, паводковых, вод. Такая чрезвычайно материалоёмкая насыпь, местами достигающая высоты 10 м и более (или порядка 500 тыс. тонн грунта на каждый километр протяжённости дороги), нарушает миграцию животных, как домашних, так и диких, угнетает природное биоразнообразие, препятствует перемещению сельскохозяйственной и иной техники. При этом, из-за опасности выхода на путь крупных животных (лось, корова, дикий кабан), что привело бы к крушению и сходу с рельсов высокоскоростного подвижного состава, такую насыпь железнодорожники вынуждены ограждать. Причём, стоимость только такого традиционного ограждения, а также сопутствующей насыпи традиционной транспортной инфраструктуры (водопропускные сооружения, мосты, путепроводы, многоуровневые развязки и др.), будут значительно дороже всей рельсо-струнной эстакады такой же протяжённости.

Ещё одно из преимуществ RSW-технологий - экономия на ресурсах при массовом производстве подвижного состава. Например, современный самолёт на одного пассажира перевозит (причём поднимая на высоту 10-12 км, тратя на это огромное дополнительное количество энергии) до одной тонны своей конструкции и топлива. При этом одно посадочное место в современном аэробусе стоит до $500-600 тыс., а весь самолётный парк для выполнения такой же транспортной работы, что и сеть ТРАНСНЕТ протяжённостью 25 млн. км, обошёлся бы заказчику в дополнительные $75 триллионов. За этой избыточной стоимостью стоят нерационально использованные, причём ограниченные (а значит не использованные для иных более разумных целей) сырьевые, трудовые, в том числе социальные, и финансовые ресурсы нашей цивилизации.

Современные железнодорожные вагоны топливо не возят, зато "железа" в них - до 1,8 тонн на одного пассажира купейного вагона, а с учётом веса электровоза - до 2,5 т/пасс., что крайне неэффективно с ресурсной точки зрения. При этом каждое пассажирское место на железной дороге обходится также недёшево, причём чем выше расчётная скорость движения - тем дороже. Например, в скоростных поездах "Сапсан", закупленных Россией в Германии и развивающих скорость всего 250 км/ч, каждое сидячее место обошлось налогоплательщику почти в $200 тыс.

Юнибус же, даже высокоскоростной (500 км/час), конструктивно не сложнее современного легкового автомобиля (микроавтобуса) и имеет примерно те же массогабаритные и стоимостные характеристики: "дешёвого железа" - до 250-300 кг/пасс., стоимость (при серийном производстве) - до $20-25 тыс./пасс.

К сведению.

Экономия инвестиционных затрат на строительство одного километра рельсо-струнной эстакады, в сравнении с эстакадой высокоскоростной железной дороги и для поездов на магнитной подушке, составит около $60 млн./км - с учётом неизбежного удорожания традиционных транспортных эстакад в сложных природно-климатических условиях прохождения большинства трасс. Если во всём мире будет построено хотя 25 млн. км высокоскоростных междугородных и международных трасс эстакадного типа (к настоящему времени на планете построено более 30 млн. км автомобильных и более 1 млн. км железных дорог), то человечество сэкономит на создании сетивысокоскоростных дорог 1,5 квадриллиона (или $1.500 триллионов) финансовых ресурсов. Эта экономия будет за счёт экономии невозобновляемых ресурсов - природных (руда, нефть, уголь и др.) и трудовых (не будет выполнен ненужный, неэффективный, гигантский труд не только на самом строительстве, но и при добыче руды и нефти, выплавке и прокате стали, приготовлении бетона, а также по их транспортировке на сотни и тысячи километров и т.п.).

Земляные насыпи железных (в том числе высокоскоростных) и автомобильных дорог накрывают (отнимают у землепользователя) с учётом инфраструктуры минимум 4 га почв на каждом километре протяжённости. При строительстве сети дорог ТРАНСНЕТ протяжённостью 25 млн. км это спасёт от уничтожения порядка 1.000.000 квадратных километров почв - такова площадь четырёх Великобританий. При усреднённой стоимости изымаемой под строительство земли $1 млн./га, стоимость спасённой земли составит $100 триллионов, при стоимости $10 млн./га (земля постоянно дорожает и к концу века может в среднем стоить и дороже) - $1.000 триллионов (или $1 квадриллион). Спасена будет не просто земля, а плодородная почва. Ведь самый ценный минеральный ресурс на планете, безусловно, - это живая почва, которая, собственно, и даёт всем нам жизнь; при этом гумус в почве создавался живыми организмами в течение миллионов лет не для того, чтобы его "закатали в асфальт".

© 1977—2014 А.Э. Юницкий. Все права защищены