Оцінювання потенціалу впровадження альтернативних джерел енергії для залізничної автоматики в Україні

Abstract

UA: У статті розглянуто актуальну науково-прикладну задачу підвищення стійкості електропостачання об’єктів залізничної автоматики України в умовах воєнних дій, техногенних загроз і системних порушень роботи централізованої енергосистеми. Показано, що традиційна модель гарантованого електропостачання пристроїв сигналізації, централізації та блокування (СЦБ), побудована на двопроменевому живленні від зовнішніх мереж із резервуванням дизель-генераторними агрегатами, формально відповідає вимогам І категорії надійності, однак на практиці виявляє обмежену здатність щодо функціонування в умовах тривалих масових відключень електроенергії та порушення логістики пального. Обґрунтовано необхідність переходу від парадигми надійності до парадигми стійкості (resilience), яка передбачає здатність об’єктів СЦБ зберігати працездатність в автономному режимі протягом тривалого часу та швидко відновлювати функціонування після зовнішніх впливів. Як основний інструмент такого переходу розглянуто впровадження децентралізованих гібридних систем енергозабезпечення на основі відновлюваних джерел енергії з використанням фотоелектричних станцій, малих вітроенергетичних установок і систем накопичення енергії. Проаналізовано розрахункові електричні навантаження постів електричної централізації, визначено характер базових і пікових режимів споживання, а також обґрунтовано вимоги щодо потужності інверторного обладнання та ємності акумуляторних батарей для забезпечення автономної роботи протягом не менше 48 годин. Оцінено сонячний і вітровий енергетичний потенціал України з урахуванням регіональних і сезонних особливостей, що дало змогу сформувати диференційовані рекомендації щодо конфігурації гібридних систем для різних кліматичних зон. Показано доцільність використання двосторонніх фотоелектричних модулів на основі технології N-type TOPCon із ґонтовою архітектурою з’єднання елементів, які забезпечують підвищену ефективність у зимовий період, кращу роботу за умов слабкого освітлення та підвищену стійкість до вібраційних навантажень, характерних для залізничної інфраструктури. Запропонована методика дає змогу підвищити енергетичну автономність об’єктів СЦБ, знизити експлуатаційні витрати і забезпечити додатковий екологічний ефект за рахунок скорочення викидів вуглекислого газу.

EN: The article addresses a relevant scientific and applied problem of enhancing the power supply resilience of railway signalling and interlocking systems in Ukraine under conditions of military actions, technogenic threats, and large-scale disruptions of centralized power grids. It is shown that the traditional guaranteed power supply architecture for signalling, centralization, and blocking (SCB) systems-based on dual-feed external networks with diesel generator backup-formally complies with Category I reliability requirements but demonstrates limited practical effectiveness during prolonged blackouts and fuel supply disruptions. The necessity of shifting from the classical reliability paradigm to the resilience paradigm is substantiated. This paradigm emphasizes the ability of critical railway automation facilities to maintain functionality in autonomous mode for extended periods and to rapidly recover after external shocks. As a key technological solution, the implementation of decentralized hybrid power supply systems based on renewable energy sources is considered, combining photovoltaic power plants, small wind energy converters, and battery energy storage systems. The electrical load profiles of electric interlocking posts are analyzed, including base and peak consumption modes. Technical requirements for inverter capacity and battery storage size necessary to ensure at least 48 hours of autonomous operation are justified. An assessment of solar and wind energy potential across Ukraine is performed, taking into account regional and seasonal variability, which enables the development of regionspecific configurations of hybrid energy systems. The study demonstrates the feasibility of using bifacial photovoltaic modules based on N-type TOPCon technology with shingled cell architecture. These modules offer improved performance under low-light winter conditions, higher resistance to vibration loads, and enhanced energy yield due to reflected radiation from railway ballast and snow cover. The proposed methodology increases the energy autonomy of railway signalling facilities, reduces operational costs, and provides an additional environmental benefit through the reduction of carbon dioxide emissions.