Аккумуляторная тяга на железной дороге

Наряду с биотопливом и водородом, перспективной альтернативой традиционному дизелю в тяге поездов является аккумулированная электроэнергия. В настоящее время в мире успешно эксплуатируется большое количество моделей гибридных тепловозов и электровозов, а ведущие машиностроительные компании активно проводят разработки полностью аккумуляторного подвижного состава.

Siemens Mireo Plus B
Siemens Mireo Plus B

Аккумуляторные технологии не такие новые, как может показаться. Разработки в сфере накопления электроэнергии и ее использования на подвижном составе велись еще более ста лет назад. Например, аккумулятор-электрический вагон, разработанный компанией изобретателя Томаса Эдисона, был поставлен в Новую Зеландию еще в 1925 году … Ренессанс аккумуляторной тяги в настоящее время связан с поиском экологически лучшей альтернативы ископаемому топливу ради сохранения планеты.

В пользу аккумуляторных технологий по сравнению с водородом свидетельствует исследование Немецкой ассоциации электротехники, электроники и информационных технологий (VDE). Специалисты подсчитали, что нормативный срок службы 30 лет поезда с аккумуляторным приводом обходится на 59 млн евро дешевле, чем железнодорожный состав на водороде. Причины — расходы на неоднократную замену топливных элементов в течение срока службы подвижного состава, а также высокая стоимость водорода, получаемого с применением возобновляемых источников энергии.

Схема работы гибридного тепловоза
Схема работы гибридного тепловоза

Зато, производители считают, что аккумуляторная батарея и водородная силовая установка эквивалентны и каждая из них имеет свои преимущества и недостатки в зависимости от конкретных условий. Кроме того, стоимость инновационных поездов вероятно будет снижаться с развитием технологий. Сейчас ведущие европейские поставщики техники, такие как Alstom и Siemens, в настоящее время ведут параллельные разработки.

Как правило, при этом применяются литий-ионные аккумуляторы.

Альтернатива электрификации

Речь идет, в первую очередь, о пассажирских поездах, которые будут работать под контактным проводом, заряжать от него аккумуляторы, а затем использовать батарею при дальнейшей поездке неэлектрифицированным участком. Это рассматривается как альтернатива большим вложениям в электрификацию сети на региональных линиях.

Alstom Coradia Continental
Alstom Coradia Continental

Ряд немецких транспортных ассоциаций уже заказали подобный подвижной состав. В частности, французский производитель Alstom обязался поставить 11 аккумуляторных поездов Coradia Continental для сети Verkehrsverbund Mittelsachsen до 2023 года. Батареи в них заряжаться от контактной линии, а запас хода на аккумуляторах составляет 120 км. Этого достаточно, чтобы преодолеть 80 км неэлектрифицированной линии между Хемницем и Лейпцигом.

Другой пассажирский оператор — Landesanstalt Schienenfahrzeuge Baden-Württemberg — также планирует с декабря 2023 запустить аккумуляторные поезда. Для этой цели поставщик транспортных услуг заказал 20 поездов Mireo Plus B производства концерна Siemens.

Stadler FLIRT Akku
Stadler FLIRT Akku

Кроме того, в транспортной сети Nahverkehrsverbund Schleswig-Holstein намечено уже с конца следующего года ввести в эксплуатацию 55 вагонов швейцарской компании Stadler с аккумуляторным приводом. Они, в частности, обеспечат железнодорожное сообщение с нулевым уровнем выбросов между Килем и Люнебургом. По информации швейцарского производителя, в ходе недавнего испытания контактно-аккумуляторный поезд FLIRT преодолел на одной зарядке 185 км.

Однако пионерами во внедрении аккумуляторной тяги является не европейские, а японские производители. В настоящее время на острове Кюсю эксплуатируются около двух десятков контактно-аккумуляторных двухвагонных поездов BEC819 EMU под брендом DENCHA (сокращение от «Dual ENergy CHArge train»). Первые из них были введены в коммерческую эксплуатацию в конце 2016 года. Производитель — компания Hitachi. Поезда развивают скорость до 120 км / ч при работе под контактной линией переменного тока 20 кВ 60 Гц. Кроме того, они питаются от литий-ионной батареи емкостью 360 кВт · ч.

Самый массовый пассажирский поезд на аккумуляторах DENCHA
Самый массовый пассажирский поезд на аккумуляторах DENCHA

Еще шесть контактно аккумуляторных поездов EV-E801 эксплуатируются компанией JR East на севере страны. Эти двухвагонных рельсовые автобусы заменяют дизель-поезда на неэлектрифицированных участках протяженностью до 26,6 км. При питании от аккумулятора их скорость достигает 85 км / ч.

Наряду с контактно-аккумуляторными на Японских железных уже достаточно давно эксплуатируются гибридные дизель-аккумуляторные поезда. Их испытания и внедрение в массовое производство стартовали еще в середине 2000-х.

Первый в мире гибридный дизель-аккумуляторный вагон
Первый в мире гибридный дизель-аккумуляторный вагон

Первый в мире гибридный дизель-аккумуляторный поезд NE Train (New Energy Train) был спроектирован Институтом технических исследований железных дорог (RTRI) и поставлен оператору перевозок в 2003 году. Он получил классификацию KiYa E991-1. На основе этой разработки созданы серийные поезда KiHa E200, введенные в эксплуатацию в 2007 году. Они оснащены генератором с дизельным двигателем и асинхронным приводом. Кроме того, для подзарядки используется энергия, вырабатываемая рекуперативным тормозом.

Одним из самых современных японских гибридов есть тяга YC1 производства Kawasaki Heavy Industries. Он поступил в коммерческую эксплуатацию в 2020 году.

Маневры с зарядом

В грузовом движении распространены гибридные дизель-аккумуляторные маневровые тепловозы и промышленные аккумуляторные электровозы.

Одним из первых гибридов стал локомотив Toshiba HD300 мощностью 500 кВт, серийно выпускается с 2012 года. По результатам тестовой эксплуатации на грузовом терминале Токио, было сокращено на 36% потребление топлива при работе с составами средней массой 700 т. Кроме того, снижены выбросы в атмосферу и уровень шума. В общем изготовлено более 30 таких машин.

Маневровый гибридный тепловоз HD300
Маневровый гибридный тепловоз HD300

Один из мировых лидеров тепловозостроения, американская компания Progress Rail (Caterpillar) планирует в текущем году представить полностью аккумуляторный локомотив EMD Joule мощностью 3200 л. С. По информации производителя, шестиосный локомотив будет оснащен литий-ионными аккумуляторами емкостью 2,4 МВт · ч и современной электроникой. Время работы на одной зарядке — до 24 часов. Применять локомотив планируется, в частности, на шахтах в Южной Африке.

Осуществляет испытания мощного гибридного тепловоза в Калифорнии другой гигант локомотивостроения США — Wabteс (в состав которого входит GE Transportation).

Кроме того, несколько моделей гибридных грузовых локомотивов для европейского рынка разработала китайская корпорация CRRC. В их числе — водородно-аккумуляторный тяговый подвижной состав.

Разработки аккумуляторных грузовых локомотивов активно ведутся также в Польше, Чехии и других странах.

Ряд промышленных моделей доступны уже сегодня. В качестве примера можно привести продукцию Express Service OOD — ведущего предприятия Болгарии по строительству и обслуживанию локомотивов. Компания с 2005 года предлагает линейку полностью аккумуляторных транспортных средств с номинальной нагрузкой до 3 тыс. тонн (модель ES3000). Данные локомотивы позволяют экономить значительные средства за счет отказа от закупок дизтоплива и могут применяться для маневров на территории ремонтных депо, промышленных предприятий и терминалов. Они эксплуатируется более чем в 20 странах на 4 континентах.

ES1000. Аккумуляторный подвижной состав в действии
ES1000. Аккумуляторный подвижной состав в действии

Стоит отметить, что аккумуляторные технологии — одни из самых перспективных в условиях Украины. По расчетам специалистов Укрзализныци, использование электроэнергии в тяге поездов в 6 раз дешевле дизельного топлива.

ES3000 аккумуляторный маневровый локомотив
ES3000 аккумуляторный маневровый локомотив

Электроэнергия в основном генерируется в стране, а не импортируется, как нефтепродукты. Кроме того, Украина имеет опыт производства (в советский период), эксплуатации и ремонта аккумуляторных локомотивов.

Николай Копылов

Железнодорожный журнал “Railway Supply”

По теме:

Рынок подвижного состава США: от купольных вагонов до скоростных поездов