Акумуляторна тяга на залізниці

Наряду з біопаливом і воднем перспективною альтернативою традиційному дизелю в тязі поїздів є акумульована електроенергія. В даний час у світі успішно експлуатується велика кількість моделей гібридних тепловозів і електровозів, а провідні машинобудівні компанії активно проводять розробки повністю акумуляторного рухомого складу.

Siemens Mireo Plus B
Siemens Mireo Plus B

Акумуляторні технології не такі нові, як може здаватися. Розробки в сфері накопичення електроенергії та її використання на рухомому складі велися ще понад сто років тому. Наприклад, акумулятор-електричний вагон, розроблений компанією винахідника Томаса Едісона, був поставлений у Нову Зеландію ще в 1925 році… Ренесанс акумуляторної тяги в даний час пов’язаний з пошуком екологічно кращої альтернативи викопному паливу заради збереження планети.

На користь акумуляторних технологій у порівнянні з воднем свідчить дослідження Німецької асоціації електротехніки, електроніки та інформаційних технологій (VDE). Фахівці підрахували, що за нормативного терміну служби 30 років поїзд з акумуляторним приводом обходиться на 59 млн євро дешевше, ніж залізничний состав на водні. Причини – витрати на кількаразову заміну паливних елементів протягом терміну служби рухомого складу, а також висока вартість водню, одержуваного із застосуванням поновлюваних джерел енергії.

Схема роботи гібридного тепловоза
Схема роботи гібридного тепловоза

Натомість, виробники вважають, що акумуляторна батарея і воднева силова установка еквівалентні та кожна з них має свої переваги і недоліки залежно від конкретних умов. Крім того, вартість інноваційних поїздів імовірно знижуватиметься із розвитком технологій. Отже провідні європейські постачальники техніки, такі як Alstom і Siemens, в даний час ведуть паралельні розробки.

Як правило, при цьому застосовуються літій-іонні акумулятори.

Альтернатива електрифікації

Йдеться, в першу чергу, про пасажирські поїзди, які працюватимуть під контактним дротом, заряджатимуть від нього акумулятори, а потім використовуватимуть батарею при подальшій поїздці неелектрифікованою дільницею. Це розглядається як альтернатива великим вкладенням в електрифікацію мережі на регіональних лініях.

Alstom Coradia Continental
Alstom Coradia Continental

Ряд німецьких транспортних асоціацій уже замовили подібний рухомий склад. Зокрема, французький виробник Alstom зобов’язався поставити 11 акумуляторних поїздів Coradia Continental для мережі Verkehrsverbund Mittelsachsen до 2023 року. Батареї в них заряджатимуться від контактної лінії, а запас ходу на акумуляторах становить 120 км. Цього достатньо, щоб подолати 80 км неелектрифікованої лінії між Хемніцем і Лейпцигом.

Інший пасажирський оператор – Landesanstalt Schienenfahrzeuge Baden-Württemberg – також планує з грудня 2023 року запустити акумуляторні поїзди. Для цієї мети постачальник транспортних послуг замовив 20 поїздів Mireo Plus B виробництва концерну Siemens.

Stadler FLIRT Akku
Stadler FLIRT Akku

Крім того, в транспортній мережі Nahverkehrsverbund Schleswig-Holstein намічено вже з кінця наступного року ввести в експлуатацію 55 вагонів швейцарської компанії Stadler з акумуляторним приводом. Вони, зокрема, забезпечать залізничне сполучення з нульовим рівнем викидів між Кілем і Люнебургом. За інформацією швейцарського виробника, в ході недавнього випробування контактно-акумуляторний поїзд FLIRT подолав на одній зарядці 185 км.

Проте піонерами у впровадженні акумуляторної тяги є не європейські, а японські виробники. В даний час на острові Кюсю експлуатуються близько двох десятків контактно-акумуляторних двовагонних поїздів BEC819 EMU під брендом DENCHA (скорочення від «Dual ENergy CHArge train»). Перші з них були введені в комерційну експлуатацію в кінці 2016 року. Виробник – компанія Hitachi. Потяги розвивають швидкість до 120 км/год при роботі під контактною лінією змінного струму 20 кВ 60 Гц. Крім того, вони живляться від літій-іонної батареї ємністю 360 кВт·год.

Наймасовіший пасажирський потяг на акумуляторах DENCHA
Наймасовіший пасажирський потяг на акумуляторах DENCHA

Ще шість контактно акумуляторних поїздів EV-E801 експлуатуються компанією JR East на півночі країни. Ці двовагонні рейкові автобуси замінюють дизель-поїзда на неелектрифікованих дільницях протяжністю до 26,6 км. При живленні від акумулятора їхня швидкість сягає 85 км/год.

Поряд з контактно-акумуляторними на Японських залізницях уже досить давно експлуатуються гібридні дизель-акумуляторні поїзди. Їхні випробування і впровадження в масове виробництво стартували ще в середині 2000-х.

Перший в світі гібрідний дизель-акумуляторний вагон
Перший в світі гібрідний дизель-акумуляторний вагон

Перший в світі гібридний дизель-акумуляторний поїзд NE Train (New Energy Train) був спроектований Інститутом технічних досліджень залізниць (RTRI) і поставлений оператору перевезень в 2003 році. Він отримав класифікацію KiYa E991-1. На основі цієї розробки створені серійні поїзда KiHa E200, введені в експлуатацію у 2007-му. Вони оснащені генератором з дизельним двигуном і асинхронним приводом. Крім того, для підзарядки використовується енергія, що виробляється рекуперативним гальмом.

Одним із найсучасніших японських гібридів є потяг YC1 виробництва Kawasaki Heavy Industries. Він надійшов у комерційну експлуатацію в 2020 році.

Маневри з зарядом

У вантажному русі найпоширеніші на сьогодні гібридні дизель-акумуляторні маневрові тепловози та промислові акумуляторні електровози.

Одним із перших гібридів став локомотив Toshiba HD300 потужністю 500 кВт, що серійно випускається з 2012 року. За результатами тестової експлуатації на вантажному терміналі Токіо було скорочено на 36% споживання палива при роботі з составами середньою масою 700 т. Крім того, зменшено викиди в атмосферу і рівень шуму. Загалом виготовлено понад 30 таких машин.

Маневровий гібридний тепловоз HD300
Маневровий гібридний тепловоз HD300

Один зі світових лідерів тепловозобудування американська компанія Progress Rail (Caterpillar) планує в поточному році представити повністю акумуляторний локомотив EMD Joule потужністю 3200 к. с. За інформацією виробника, шестивісний локомотив буде оснащений літій-іонними акумуляторами ємністю 2,4 МВт·год і сучасною електронікою. Час роботи на одній зарядці – до 24 годин. Застосовувати локомотив планується, зокрема, на копальнях у Південній Африці.

Здійснює випробування потужного гібридного тепловоза в Каліфорнії інший гігант локомотивобудування США – Wabteс (до складу якого входить GE Transportation).

Крім того, кілька моделей гібридних вантажних локомотивів для європейського ринку розробила китайська корпорація CRRC. У їхньому числі – воднево-акумуляторний тяговий рухомий склад.

Розробки акумуляторних вантажних локомотивів активно ведуться також у Польщі, Чехії та інших країнах.

Ряд промислових моделей доступні вже сьогодні. Як приклад можна привести продукцію Express Service OOD – провідного підприємства Болгарії з будівництва та обслуговування локомотивів. Компанія з 2005 року пропонує лінійку повністю акумуляторних транспортних засобів з номінальним навантаженням до 3 тис. т (модель ES3000). Дані локомотиви дозволяють економити значні кошти за рахунок відмови від закупівель дизпалива і можуть застосовуватися для маневрів на території ремонтних депо, промислових підприємств і терміналів. Вони експлуатується більше ніж в 20 країнах на 4 континентах.

ES1000. Акумуляторний рухомий склад в дії
ES1000. Акумуляторний рухомий склад в дії

Варто відзначити, що акумуляторні технології – одні з найперспективніших в умовах України. За розрахунками фахівців Укрзалізниці, використання електроенергії в тязі поїздів в 6 разів дешевше дизельного палива.

Маневровий локомотив на акумуляторах
ES3000 акумуляторний маневровий локомотив

Електроенергія в основному генерується в країні, а не імпортується, як нафтопродукти. Крім того, Україна має досвід виробництва (у радянський період), експлуатації та ремонту акумуляторних локомотивів.

Микола Копилов

Залізничний журнал “Railway Supply”

По теме:

Ринок рухомого складу США: від купольних вагонів до швидкісних потягів