Водородная и аккумуляторная тяга: проекты ТМХ

Автор: Денис Карасев, гендиректор Центра перспективных технологий ТМХ

Сегодня идет активное обсуждение внедрения на неэлектрифицированных участках железнодорожной сети тяги, альтернативной дизелю: аккумуляторов и водорода. Для участков с «частичной» электрификацией есть и гибридные наработки. В частности, в Швеции и Норвегии стартовали исследовательские проекты по использованию подвижного состава с тяговыми аккумуляторными батареями в сочетании с питанием от контактного провода на определенных участках. Анализ уже существующего опыта показывает, что в каждом конкретном случает технико-экономические расчеты производятся индивидуально. Однако автономное движение продолжит развиваться и займет свое место на рынке.

Сегодня ТМХ вместе с правительством Сахалинской области, РЖД и «Росатомом» ведут работу над проектом организации пассажирского движения на поездах с водородными топливными элементами на острове Сахалин. По нему уже подробно просчитаны технические и экономические нюансы: определен возможный облик поезда, инфраструктуры, необходимой для организации такого движения, а также экономические эффекты.


Проект поезда на водородных топливных элементах для острова Сахалин. Источник: презентация Д. Карасева, 05.11.2020

В частности, уже проведено сравнение стоимости жизненного цикла дизельной, аккумуляторной и водородной силовых установок. По дизельной тяге брался эксплуатируемый сегодня на Сахалине рельсовый автобус РА-3 «Орлан». Как показали расчеты, поезд с аккумуляторными батареями будет для эксплуатанта дороже, чем дизельный, однако существенно сокращаются затраты на топливные ресурсы. В то же время следует ожидать последующего снижения стоимости аккумуляторных батарей, увеличения продолжительности их жизни и цикла зарядок.

Проведенные расчеты по пилотному проекту свидетельствуют, что использование водорода при текущих условиях технологического развития значительно удорожает жизненный цикл поезда, более чем в 2 раза. Ключевым для нивелирования такой разницы должно стать снижение стоимости топлива, то есть водорода. Так, по нашим расчетам, при оптимистичном снижении стоимости водорода с 350 руб. за кг до 100 руб. до кг стоимость владения «водородным» поездом становится ниже, чем дизельным. Расчеты InEnergy говорят о том, что при получении водорода из природного газа добиться снижения его стоимости в 3-4 раза вполне возможно. Также есть определенный потенциал удешевления и самой силовой установки.


Сравнение затрат на приобретение и эксплуатацию силовых установок (СУ) на дизельном топливе и водородных топливных элементах, аккумуляторных батарей (АКБ) и теплоза ТЭП70БС, приведенных к одному вагону. Источник: презентация Д. Карасева, 05.11.2020

Отдельно отмечу, что ТМХ сегодня совместно с РЖД и «Роснано» приступили к проектированию электровоза с аккумуляторной тягой. В машину заложены такие технические решения в части накопителей, преобразователей и других элементов тяговой системы, которые должны сделать возможным дальнейшее создание на этой базе электропоездов с автономным аккумуляторным ходом. Некоторые элементы таких тяговых систем для будущих «аккумуляторных» поездов уже сегодня находятся в стадии рабочего проекта по контактно-аккумуляторному электровозу (аккумуляторная батарея + питание от сети), который мы сейчас развиваем.

Большую роль для экономики подвижного состава будут играть условия каждого конкретного полигона: профиль пути, дальность хода, климатические условия (затраты на отопление и кондиционирование) и другие параметры.

Если говорить об экологическом аспекте, то локально аккумуляторная и водородная тяга не имеют вредных выбросов и экологичнее дизеля, однако не стоит забывать про выбросы, связанные с получением энергии для заряда батарей и получения водорода. Этот момент требует серьезного просчета: при экологически неэффективных способах получения электроэнергии и водородного топлива «альтернативная» тяга может оказаться даже вреднее для экологии и климата, чем классический дизель или газопоршневой двигатель.

На основе выступления на заседании подкомитета ОПЖТ по пассажирскому, моторвагонному, скоростному и высокоскоростному подвижному составу, 5 ноября 2020.

"Техника железных дорог"