На днях заместитель главного директора ОАО "РЖД" Сергей Кобзев рассказал РБК о планах компании по использованию водородного топлива. По его словам, РЖД совместно с партнёрами ("Трансмашхолдинг", "Росатом" - прим. ред.) уже приступили к созданию опытных пассажирских поездов на водородных топливных элементах. Пилотным полигоном внедрения выбран остров Сахалин, где, согласно планам администрации Сахалинской области, формируется водородный инфраструктурный кластер с полным технологическим циклом от производства водорода до его применения, вокруг которого формируется инновационная и образовательная среда.
Это всё, что известно из официальной информации. Но понятно, что под "опытными пассажирскими поездами" имеются ввиду рельсовые автобусы РА3, которые ТМХ производит с 2019 года, и которые уже осуществляют пригородные перевозки на Сахалине. Топливные элементы эффективны именно на относительно лёгких и маломощных дизель-поездах/рельсовых автобусах, а вот оснастить ими мощные магистральные тепловозы - технически очень сложная задача.
Кстати! Рельсовый автобус РА3 получил имя "Орлан". Здесь вы можете почитать о других "птичьих" именах поездов в России.
Что такое топливные элементы?
Топливный элемент - это по-сути один из видов гальванических элементов, то есть источник электрического тока, основанный на превращении химической энергии в электрическую за счёт взаимодействия двух элементов. Но в отличие от привычных нам карманных батареек, в топливных элементах вещества для электрохимической реакции подаются извне. Окислителем чаще всего служит кислород из воздуха, а восстановителем - водород. При реакции между ними вырабатывается электроэнергия, тепло и вода. Таким образом топливные элементы являются экологически чистой технологией с нулевым выхлопом, что делает их применение очень перспективным.
Но как и все подобные "зелёные" технологии они не лишены и существенных недостатков. Во-первых, на транспорте топливные элементы из-за их большой инерционности могут работать только в связке с накопителем энергии (аккумулятором, суперконденсатором и т.п.). А это существенно увеличивает стоимость конструкции.
Для работы топливных элементов нужен водород, который в промышленных объёмах производится паровой конверсией метана, природного газа или угля, либо электролизом воды. Первый способ более дешёвый, но он не является "экологически чистым", ибо при при таком производстве образуется углекислый газ и другие отнюдь не безвредные для природы соединения. Потенциально безотходным и возобновляемым способом производства водорода является электролиз, но этот процесс достаточно дорогой и энергоёмкий. Пока производители транспортных средств на топливных элементах утверждают, что будут строить собственную систему электростанций, работающих на альтернативных источниках энергии (в основном ветряных).
Другой момент - сложности с хранением водорода и его транспортировкой. Водород очень летучий и горючий газ, в истории уже были катастрофы, связанные с его применением на воздушном транспорте (взрыв дирижабля "Гинденбург"). Производители утверждают, что размещение баллонов с водородом на крыше вероятность взрыва и пожара сводит к нулю, ибо даже при возможной утечке газ просто сразу уйдёт вверх в атмосферу.
Ещё один из недостатков, который обычно не афишируется - относительно низкий КПД системы. В рекламных проспектах заявляется, что КПД топливных элементов составляет 60 - 80%, но это только один элемент этой сложной системы. С учётом электролиза, затрат на транспортировку и хранение водорода, а также преобразований электроэнергии, общий КПД системы примерно на уровне традиционных двигателей внутреннего сгорания, и существенно уступает электрифицированным линиям. То есть топливные элементы никак не могут быть нормальной альтернативной электрификации, это скорее замена дизелей на малодеятельных линиях.
Таким образом, внедрение в эксплуатацию топливных элементов требует очень крупных инфраструктурных вложений - строительства станций по производству водорода, новых электростанций, заправочных станций и складов для хранения водорода. Всё это могут позволить себе только богатые страны, где местное законодательство способствует внедрению "чистых" технологий.
Мировой опыт.
Пионером в деле внедрения в эксплуатацию поездов на водородном топливе стала Германия, где имеются значительные федеральные субсидии на экологически чистый транспорт. Так, ещё в 2017 году транспортное управление Нижней Саксонии (LNVG) подписало соглашение с компанией Alstom о поставке 14 двухвагонных рельсовых автобусов на топливных элементах Coradia iLint к 2021 году. Стоимость контракта, включая обслуживание в течении 30 лет - 81 млн. евро (5,8 млн. евро за состав). Для сравнения дизельный аналог Coradia Lint стоит около 3,5 млн. евро за состав, то есть почти в два раза дешевле.
С сентября 2018 года первые два поезда уже эксплуатируются с пассажирами. На первом этапе опытной эксплуатации они заправляются водородом от мобильной заправочной станции, а в перспективе планируется строительство собственных ветряных электростанций для производства водорода.
В 2019 году компания RMV (Франкфурт-на-Майне) подписала договор с Alstom о поставке 27 аналогичных поездов к 2022 году. Договор стоимостью свыше 500 млн евро (!) кроме поездов и их обслуживания включает в том числе и строительство водородных заправочных станций.
Также Alstom ведёт переговоры о поставке свой продукции с компаниями-перевозчиками из других земель Германии, а также из Австрии, Италии и Нидерландов. Работают над поездами на топливных элементах и другие производители (Stadler, Siemens, Bombardier) Некоторые уже заключили контракты с перевозчиками о поставке в 2020-х годах. Тем не менее, высокая цена и большие затраты на инфраструктуру пока сдерживают широкое применение таких поездов. Смущает меня и то, что тот же Alstom пока нигде не афиширует динамические характеристики своего iLint. Известно только, что его конструктивная скорость - 140 км/ч, а дальность хода на одной заправке 600 - 800 км. Но нет данных, ни о мощности силовой установки, ни о силе тяги, ни об ускорении. Это наводит на мысли, что с этим всё не очень гладко, возможно, он уступает не только электропоездам, но и своим дизельным собратьям.
И всё рельсовый автобус на топливных элементах для РЖД - это прогресс или или имитация?
Я не готов дать однозначный ответ. С одной стороны я за инновации и внедрение новых технологий. Без постройки и опытной эксплуатации однозначный ответ о всех преимуществах и недостатках новой технологии дать зачастую невозможно. Поэтому эксперименты нужны.
С другой стороны мне очень не нравится, что РЖД регулярно хватаются за что-нибудь новое, красивое и "инновационное", часто без должной оценки, насколько это актуально в наших экономических условиях. Но при этом РЖД десятилетиями не могут решить гораздо более насущные проблемы, для которых, собственно, никаких суперпередовых технологий и не нужно - всё уже есть и проверенно временем.
Например, в Европе уже давно все региональные поезда заказываются с уровнем пола, приближенным к имеющимся платформам. Те же Coradia Lint (как в дизельном, так и в водородном исполнениях) производятся с низким полом, так как предназначены для эксплуатации на малодеятельных линиях с низкими и средними платформами. У нас же на Сахалин (где 100% платформ низкие, а где-то их вообще нет) идут высокопольные РА3, подниматься в который приходится по ступенькам. И уверен, что при создании водородной версии об этом также не подумают.
И таких примеров, к сожалению, много. РЖД постоянно отчитываются об инновациях, заявляют "мы меняемся для вас", экспериментируют с газотурбовозами, автоведением поездов, малолюдными технологиями обслуживания, теперь вот с топливными элементами, но решить ряд застарелых проблем, непосредственно влияющих на качество пассажирских перевозок - никак не могут. Точнее, просто не воспринимают это как проблемы, потому что во-первых все привыкли, а во-вторых, само руководство на пригородных поездах в провинции не ездит...
Читайте также:
Впервые в истории проектируются электрички специально для регионов: две концепции от ТМХ и "Уральских локомотивов". ТМХ впервые в отечественной практике предлагает создать поезд с низким полом.
Чешский EM 475.1 - один из первых серийных низкопольных электропоездов в мире. Он производился в 1960-е годы (ровесник ЭР2!)
