Гибридный и электро- автотранспорт все больше приходит в нашу повседневность. В Москве пока нагляднее всего Электробусы). А что же происходит с альтернативными источниками энергии на железнодорожном транспорте?
Для начала цифры). Ежегодно РЖД тратит на электроэнергию и дизельное топливо на тягу поездов 280-300 млрд руб. Из них чуть меньше половину это дизельное топливо, при том условии, что тепловозы выполняют менее 30% перевозочной работы (в среднем 20-25%). Вот такой потенциал для экономии). А учредителем и единственным акционером РЖД является Российская федерация, так что их убытки - это наши с вами убытки).
На сегодняшний день в России созданы новые типы локомотивов
Локомотивы с новым источником энергии – топливными элементами в нашей стране пока только обсуждаются. Хотя связка Топливный элемент+ накопитель на аккумуляторах и конденсаторах наиболее целесообразна для замещения дизель-генераторной установки магистральных тепловозов, которые потребляют более 80% расхода дизельного топлива в парке тепловозов. Для США, Европы и Японии применение водородных топливных элементов - история, широко известная уже с начала 2000-х годов. Для нашей страны опыт применения водорода на железных дорогах пока ограничен только энерговагоном ВНИИЖТ на базе электрохимического генератора (ЭХГ) "Фотон" Уральского электрохимического комбината.
Гораздо интенсивнеев нашей стране развиваются газотепловозы. Сейчас на сети железных дорог в подконтрольной эксплуатации находятся первые серийные образцы ТЭМ19. Эта энергетическая схема наиболее удобна во внедрении, так как не требует радикальной переработки или замены силовой установки - ДВС. Думаю, ключевой предпосылкой их внедрения служит не столько повышение топливной экономичности, сколько устранение возможности воровства дизельного топлива). Тут показателен пример Газпрома, когда они перевели свой автопарк на газ, ну и наличие судебных разбирательство с машинистами локомотивов по эпизодам хищения солярки. Дошедших до суда десятки в год ибо ну очень невероятно сложно по доказательной базе, а сколько остается лишь на кассетах бортовых регистраторов?)
В качестве газомоторного топлива может использоваться сжатый (КПГ) или сжиженый (СПГ) природный газ, генераторный газ, синтетическое топливо (наиболее экологичный - это диметиловый эфир), биотопливо.
Энергоносителями могут быть также острый пар (известен «паровоз без топки»), сжатые газы (обычно в сочетании с теплотой), химические реагенты (активные металлы, особ. алюминий, перекись водорода и др.)
Вместе с тем, широкое внедрение новых локомотивов затруднено ввиду:
- сложной и дорогостоящей сертификации единичных образцов новой техники
- больших первоначальных затрат (ну не верит РЖД у нас в эту тему, слишком долгий цикл разработки и высокий риск, когда есть проверенные тепловозы и электровозы)
- неопределенности экономического эффекта
- повышения требований к квалификации обслуживающего персонала
- низкой степени унификации технических решений и как следствие, расширения номенклатуры запчастей, оснастки, документации и т.д. (тяжело в стране со стандартизацией стало после развала союза)
Я хотел бы остановиться на направлении гибридных локомотивов. В силу инерционности бюрократической машины РЖД, отчасти и справедливой, так как она обеспечивает безопасность движения, гибридные локомотивы наиболее удобная точка для внедрения альтернативных источников энергии в тягу поездов. Ну плюс наш суровый климат в местах преимущественного использования тепловозов, далекий от солнечной калифорнии, где условия эксплуатации топливных элементов и АКБ априори комфортнее. Для наших климатических условий подходят либо литий-железо-фосфатные, а еще лучше литий-титанатные АКБ, однако их цена ..., и однако энергоэффективность от 25% и выше по сравнению с тепловозом). А если добавить в силовую установку ионисторов, то к эффективности можно прибавить еще 3-5% (суперконденсаторы наилучший приемник энергии рекуперации , особенно на коротких циклах, так как у АКБ все же есть тепловая инерция, не такая значительная как у ЭХГ, но есть)
Преимущества гибридных локомотивов:
- работа первичного источника преимущественно на постоянном оптимальном режиме, как следствие, экологическая чистота и экономичность
- возможность работы с кратковременными перегрузками
- возможность рекуперативного торможения при автономности
- облегчение переходных процессов дизеля за счет кратковременного перевода всей нагрузки на накопитель
- применение значительно менее мощного первичного источника энергии
- высокая надежность и возможность заправки несколькими различными энергоносителями
Сущностью гибридных энергоустановок является перераспределение потоков энергии между первичным источником, накопителем и тяговым приводом в реальном времени
Энергетические установки существовавших ранее дизель-аккумуляторных подводных лодок не являются гибридными, т.к. отсутствует непрерывное перераспределение потоков энергии (по сути, имеются две независимые энергетические установки).
Создание гибридных энергоустановок стало возможным лишь с появлением силовой электроники (тиристорных преобразователей тока) и систем управления, способных реализовывать сложные алгоритмы.
В итоге можно сделать вывод , как всегда в плане интеллекта у нас все в порядке, ибо математика и физика гибридных и электрохимических систем в нашей стране на современном уровне, а вот в вопросе внедрения в жизнь простого человека, причем с возможностью заработка на этой теме, страна отстала лет на 10, но пока не навсегда, как в микроэлектронике).