Уважаемые посетители! На сайте проводятся технические работы. Некоторые страницы могут быть недоступны.
Уважаемые Дамы и Господа! 22.12.2017г. Наш офис и склад работает до 12:00
Просьба по всем вопросам писать на почту mail@mvif.ru
Уважаемые партнеры!
20.12.2019 наши офис и склад работают до 11:00.
Благодарим за понимание.
С Наступающим Новым годом!

Подразделы:

Российский поезд на водороде – далекая мечта или близкая реальность?

Скачать статью (2 091 KB)

Железнодорожники самых разных стран активно осваивают водородные технологии. Поезда на экологически чистом топливе, единственным «выхлопом» которых будет вода, начнут массово заменять дизель уже в ближайшем десятилетии.

Одним из знаковых технологических трендов последних лет стало возрождение водородной энергетики, а точнее, его непосредственным проявлением - всплеск интереса к перспективам использования водородного топлива в различных видах транспорта, в том числе и железнодорожном.

 

Рис.1. Схема процессов получения и преобразования водорода в электрическую энергию

Мощный толчок этому процессу придало создание в январе 2017 года в швейцарском Давосе стратегического альянса тринадцати крупнейших промышленных транспортных компаний мира, объединившихся под вывеской Hydrogen Council («Водородный совет»). Результатом явилась широкомасштабная кампания по пропаганде «альтернативного чистого транспорта без вредных выбросов», главным рекламным элементом которой стал уже известный тезис: водородные топливные элементы не только отличаются высокими КПД и высокой удельной энергоемкостью, но и совершенно не загрязняют атмосферу, поскольку единственный продукт электрохимической реакции между водородом и кислородом в этих элементах - безобидная вода (при этом за скобки пока благоразумно выносится тот важный нюанс, что при производстве собственно водорода, до сих пор, в основном, используется ископаемое топливо - метан).

Основная отрасль промышленности, в которой планируется первоочередное внедрение, безусловно, автомобилестроительная. Но там уже активно применяется основной «экологически чистый» конкурент водорода - аккумуляторные батареи.

Несмотря на это, в последнее время усилия разработчиков активизировались на другом важнейшем транспортном рынке - железнодорожном. В подтверждении этому в мировых СМИ была сделана целая серия громких заявлений о запуске очередных пилотных проектов по разработке и/или тестированию новых водородных поездов и, что особенно важно, официально объявлено о заключении первого полноценного коммерческого контракта на поставку 14 железнодорожных подвижных составов, оснащенных водородными топливными элементами.

Японский опыт

Исторически ведущую роль в технологических разработках водородных топливных элементов для железнодорожного транспорта играли японские компании и исследовательские организации. Еще в апреле 2006 года East Japan Railway Company объявила о создании первого прототипа водородного поезда - в англоязычной версии он получил название hydrail railcar, причем сам неологизм - hydrail (сочетание слов hydrogen - водород и rail - рельс) был введен в обиход всего двумя годами ранее.

А в октябре того же 2006 года ведущая организация по данным разработкам, токийский Railway Technical Research Institute (RTRI - Железнодорожный исследовательский технологический институт), провел первые тестовые испытания 70-тонного поезда на водородных топливных элементах (fuel cell hydrail), а вскоре RTRI выступил с заявлением, что планирует запустить водородный поезд в коммерческую эксплуатацию уже к 2010 году, однако исполнить это обещание так и не сумел.

По информации из публикации в СМИ, R&D-подразделение ведущей госкомпании Japan Railways Group совместно со специалистами RTRI наконец приступило к решающему этапу обкатки последней версии их совместного продукта.

В августе 2017 года в пригороде Токио Кокубундзи (расположение штаб-квартиры RTRI) было проведено испытание очередного прототипа поезда на водородных топливных элементах, и, согласно официальному комментарию одного из главных разработчиков проекта RTRI, следующим шагом должно стать тестирование этого поезда с пассажирами на борту.

Технические характеристики нового японского водородного поезда в публикации не приводятся, известно лишь, что сами топливные элементы установлены на полу локомотива, а четыре резервуара с водородом - под ними (в альтернативных европейских проектах предпочтение отдается установке топливного блока на крышах поездов). Кроме того, новый японский поезд также оснащен литиево-ионной батареей, используемой в качестве вспомогательной силовой установки.

Предполагается, что, если тестирование этого поезда пройдет успешно, первые японские водородные составы будут запущены в сельской местности. Таким образом, их главной задачей станет постепенная замена дизельных поездов, курсирующих на не электрифицированных участках железнодорожной сети страны.

Дополнительно в СМИ в 2019 г. появилась информация, что японскими специалистами на тестовом полигоне были завершены испытания мотор-вагонного поезда на водородных топливных элементах.

Европейский опыт

Что же касается остального мира, то наибольшую активность по части разработки и тестирования поездов на водородном топливе проявляют два ведущих европейских производителя железнодорожного оборудования и техники — французский концерн Alstom и немецкий концерн Siemens.

Концерн Alstom пока смог продвинуться на коммерческом направлении существенно дальше своих конкурентов. Девятого ноября 2017 года на железнодорожном вокзале Вольфсбурга прошла презентация Coradia iLint и было объявлено о его запуске в серийное производство. И в тот же день было подписано соглашение между Alstom, руководством федеральной земли Нижняя Саксония и местным региональным железнодорожным агентством - LNVG о поставке 14 подвижных составов.

Еще в 2014 году региональные правительства четырех немецких земель, таких как Нижняя Саксония, Баден-Вюртенберг, Северный Рейн–Вестфалия и Гессен подписали с Alstom предварительное соглашение о намерениях по тестированию оснащенных водородными топливными элементами нового подвижного состава, начиная с 2018 года.

В сентябре 2016-го Alstom впервые официально представил «в железе» свою новую разработку - мотор-вагонный подвижной состав Coradia iLint, произведенный на заводе в немецком Зальцгиттере (Нижняя Саксония). В марте 2017-го на испытательном треке Зальцгиттера были проведены первые успешные тесты этого поезда на водородном топливе (тогда он развил скорость 80 км/ч).

 

Рис.2. Corradia iLint, разработанный французской Alstom, – первый пассажирский поезд на водородных топливных элементах, запущенный в серийное производство Фотография: alstom.com

Coradia iLint представляет собой небольшие мотор-вагонные поезда с электродвигателями, электроэнергия для которых поступает не из контактной сети, а из источника энергии в самом поезде. На крыше Coradia iLint установлены баллоны с водородом и топливные элементы (топливные ячейки). В топливном элементе водород взаимодействует с кислородом, в результате чего вырабатывается электрическая энергия. При этом в качестве продукта электрохимической реакции в окружающую среду выделяется только вода. И еще преимущество: поезд движется практически бесшумно, а максимальная скорость Coradia iLint - 140 км/ч. Дальность поездки на одной заправке - от 800 до 1000 километров, а сама заправка длится около 15 минут.

Предполагается, что водородные поезда Alstom в последующем должны заменить все старые дизельные составы другого местного железнодорожного оператора — Elbe-Weser-Verkehrsbetriebe (EVB).

Руководство Alstom планирует в обозримом будущем договориться и с рядом других национальных и региональных властей ЕС о поставках опытных партий своих водородных поездов Coradia iLint. В частности, уже объявлено о намерениях компании представить проект для британской общенациональной железнодорожной сети «не позднее 2021 года» (стоит сказать, что наиболее перспективным считается использование составов на водородных топливных элементах на не электрифицированных участках железнодорожного сообщения, а в той же Великобритании таковых примерно половина). Следует отметить другое важное событие для водородной тематики - подписание соглашения между Siemens и канадской компанией - разработчиком водородных топливных элементов Ballard Power Systems, о совместной разработке новых топливных элементов мощностью 200 кВт для их последующей установки на модифицированной линейке электроподвижного состава Siemens Mireo начиная с 2021 года.

CEO Siemens Mobility Сабрина Суссан при подписании этого соглашения сделала следующее примечательное заявление: «Наша кооперация с Ballard - это важнейший шаг на пути к замене подвижного состава с дизельным приводом на железнодорожные составы с нулевыми выбросами».

Рис.3. Водородные топливные элементы канадской Ballard Power Systems поставляются многим крупнейшим транспортным компаниям мира Фотография: Gettyimages

Китай, Канада, Индия, а далее - везде!

Главный конкурент Siemens и Alstom на мировом рынке и его нынешний лидер - китайский государственный мегахолдинг CRRC Group, тоже активно включился в эту новую технологическую гонку. В его состав, в частности, входят два региональных подразделения: CRRC Tangshan и CRRC Qindao Sifang, руководство которых уже запустило автономные пилотные проекты по тестированию подвижного состава, оснащенного водородными топливными элементами. CRRC Tangshan провела свои первые тесты на 14-километровом участке в родном городе Таншань (провинция Хэбей) в октябре 2017-го, а месяцем позже CRRC Qindao Sifang объявила о своих планах по демонстрационному тестированию водородного поезда на 20-километровом участке в городе Гаомин.

О своих планах по разработке гибридных ширококолейных локомотивов на топливных элементах мощностью 300 кВт заявило руководство индийской госкомпании Indian Railway.

Не остаётся в стороне и Канада. Две компании, являющиеся ведущими мировыми разработчиками водородных топливных элементов для различных видов транспорта - канадские. Первая из них, базирующаяся в Миссисоге (быстрорастущем пригороде Большого Торонто) компания Hydrogenics, в частности, выступает основным технологическим партнером французской Alstom по проекту Coradia iLint (следует отметить, что Hydrogenics также активно участвует в целом ряде других амбициозных проектов по использованию водорода в наземном транспорте, таких как оснащение водородными топливными элементами городских автобусов).

Второй канадский технологический лидер в этой области - компания Ballard Power Systems (штаб-квартира расположена в Барнеби, провинция Британская Колумбия). Ballard давно и довольно успешно занимается разработкой и производством различных модулей из топливных элементов, причем вплоть до недавнего времени, как и Hydrogenics, была больше известна своим активным взаимодействием с ведущими автоконцернами (Ford, DaimlerChrysler, Honda и др.). Но сегодня Ballard работает, как минимум, сразу в двух альтернативных проектах, упоминавшихся выше: кооперации с Siemens и с китайским CRRC Tangshan.

Рис.4. Президент и CEO Hydrogenics Дарил Уилсон на фоне водородных топливных блоков питания, производимых на заводе этой канадской компании в Миссисоге Фотография: Gettyimages

Отдельно стоит упомянуть о значительном интересе к перспективам водородного железнодорожного транспорта со стороны региональных властей канадской провинции Онтарио. Министерство транспорта Онтарио официально высказала свое намерение запустить специальное исследование технологической целесообразности использования поездов, оснащенных водородными топливными элементами, в новом крупномасштабном проекте GO Transit Rail Network, предполагающем дальнейшее развитие железнодорожного сообщения в регионе Большого Торонто (на кону в этом проекте очень серьезные деньги — в ближайшие десять лет на него планируется выделить в общей сложности 13,5 млрд долларов).

В Торонто под совместным патронажем правительства Онтарио и регионального транспортного агентства Metrolinx был проведен международный симпозиум «Hydrail в Онтарио: анализ возможностей беспроводной электрификации», в котором приняли участие практически все главные «игроки» в водородном сегменте железнодорожной отрасли (в том числе, помимо местных производителей, европейские, китайские и японские компании).

Не водородом единым

Помимо нового водородного бума на железнодорожном транспорте в последнее время наметились признаки роста внимания к прочим альтернативным видам и источникам топлива - электрифицированные железные дороги теоретически позволяют использовать самые разные варианты питания подвижного состава, что, вообще говоря, и позволяет железнодорожникам успешно разыгрывать сегодня свою экологическую карту.

Поезд на водороде - технологический прорыв, но с оговорками. Недостатки водородных топливных элементов.

Эксперты называют топливные элементы на водороде идеальной технологией получения энергии в будущем. Однако минусы у нее тоже есть. Например, водород в резервуаре на крыше поезда получен в результате процесса электролиза воды, на который требуется потратить много электроэнергии, полученной вовсе не всегда экологически чистым способом.

В ответ на это производитель Coradia iLint - французский концерн Alstom - уже пообещал построить предприятие по производству водорода с помощью электричества с ветряных электростанций.

Другой проблемой является "водородная инфраструктура", т.е. отсутствие специальных заправочных станций. Но здесь речь идет не только о будущем. Эта проблема легко решается. Например, в немецкой федеральной земле Гессен сейчас тоже обсуждают старт пригородных поездов на водородном топливе и запланировали строительство водородной заправочной станции.

Что же касается начавшего курсировать на севере Германии Coradia iLint, то водород ему в первое время должны будут доставлять из Нидерландов. Кстати, и само производство тоже вполне общеевропейское.

Российский ответ

В свою очередь, российский монополист в области железнодорожных перевозок не находится в стороне от важной темы - ОАО "РЖД" считает перспективным запуск поездов на водородных топливных элементах.

4 сентября во Владивостоке в ходе V Восточного экономического форума было подписано соглашение о сотрудничестве и взаимодействии по проекту организации железнодорожного сообщения с применением поездов на водородных топливных элементах. Подписи под соглашением поставили генеральный директор – председатель правления ОАО "РЖД" Олег Белозёров, врио губернатора Сахалинской области Валерий Лимаренко, генеральный директор Государственной корпорации по атомной энергии "Росатом" Алексей Лихачев, генеральный директор АО "Трансмашхолдинг" Кирилл Липа.

Рис.5. Председатель правления ОАО "РЖД" Олег Белозёров, врио губернатора Сахалинской области Валерий Лимаренко, генеральный директор Государственной корпорации по атомной энергии "Росатом" Алексей Лихачев, генеральный директор АО "Трансмашхолдинг" Кирилл Липа.

АО "Трансмашхолдинг" в сотрудничестве с "Росатом" планирует организовать производство поездов на водородных топливных элементах. ОАО "РЖД" рассматривает данный проект как важное перспективное направление повышения экологической безопасности и эффективности железнодорожного транспорта. (Пресс-релиз ОАО «РЖД», http://press.rzd.ru, 04.09.2019).

Переход к применению на железных дорогах поездов на водородных топливных элементах и систем обеспечения их эксплуатации, включающих производство водорода и топливных элементов, транспортировку, хранение и заправку водородом, требует их предварительного технико-экономического обоснования, расчета стоимости жизненного цикла, проведения комплексных испытаний, подтверждения соответствия требованиям безопасности и подконтрольной эксплуатации.

Пилотным полигоном для отработки организации железнодорожного сообщения с применением поездов на водородных топливных элементах и систем обеспечения их эксплуатации, а также создания центра компетенций в данной области и сотрудничества с потенциальными зарубежными партнерами может стать инфраструктура острова Сахалин.

ОАО РЖД придерживается взятого курса на инновации и готово к внедрению современных технологий, а также заинтересовано в использовании самой передовой и экономичной техники, которая позволит реализовать проект Цифровая железная дорога. Термин Цифровая железная дорога стал популярным в среде железнодорожников в последние годы.

Непрерывное технологическое развитие - поиск новых технологий, предполагающих создание новых типов подвижного состава с высокой топливно-экономической эффективностью, снижение экологической нагрузки, развитие цифровых технологий и современных пассажирских сервисов – основные задачи, стоящие перед ОАО «РЖД» на ближайшие годы. Подтверждение этому – интервью Заместителя генерального директора – главного инженера ОАО «РЖД» Сергея Кобзева после состоявшегося в конце августа 2019 Международного железнодорожного салона пространства 1520 «PRO//Движение.Экспо» на экспериментальном кольце АО «ВНИИЖТ» в г.Щербинка («Новая техника для цифровой железной дороги», «Гудок», Выпуск № 163 (26772) 09.09.2019).

«Сегодня и в перспективе требуется экономически эффективная техника, надёжная, удобная для пассажиров и грузовладельцев. В технологической цепочке функционирования ОАО «РЖД», как перевозчика, используется очень широкий спектр техники, где каждое звено влияет на эффективность и безопасность перевозок.

Другое перспективное направление – перевод локомотивов на экологически чистое топливо, каким является природный газ, по направлениям использования как сжиженного, так и компримированного метана, в том числе создание силовых установок, работающих на дизельном и газообразном топливе.

При этом вся новая техника должна вписываться в концепцию цифровой железной дороги, самостоятельно взаимодействовать с цифровой инфраструктурой, выполнять самодиагностику и прогнозировать показатели ресурса до очередного технического обслуживания, предупреждать о развивающихся отказах узлов, влияющих на безопасность движения, обеспечивать для владельца энергоэффективность и экологичность на всём жизненном цикле», - пояснил Сергей Кобзев.

Опыт Российской промышленности

Для железнодорожных компаний водород – новое перспективное топливо. Сейчас в процесс применения водорода на транспорте вовлекается много организаций и специалистов. А тем временем, еще задолго до «водородного бума» на транспорте, в России водород применялся и применяется в космонавтике и ряде отраслей промышленности.

До момента запуска проекта по разработке подвижного состава на водородных топливных элементах российские компании, уже сегодня, готовы подставить плечо железнодорожникам.

Компания «Мониторинг Вентиль и Фитинг» (MV&F) является многолетним надежным партнером целого ряда производителей и эксплуатантов подвижного состава железных дорог России, а так же многолетним партнером и официальным дистрибьютером всемирно известного производителя предохранительных клапанов и уровнемеров для различных областей промышленности - компании SEETRU Ltd. (Великобритания).

SEETRU широко известна российским компаниям, занимающихся производством оборудования для газов, жидкостей, сжатого воздуха, работающих как на высоком давлении, так и низких температурах, а также среди производителей подвижного состава и морских судов. Опыт, накопленный с 1949 года при производстве предохранительных клапанов и уровнемеров, позволяет предложить решения для самого требовательного клиента.

Рис.6. Предохранительные клапаны SEETRU на различные применения

Результаты многолетнего сотрудничества и полученное взаимное доверие позволило локализовать сборочное производство предохранительных клапанов SEETRU на производственной площадке компании МВиФ в г.Москве.

К настоящему времени в компании «Мониторинг Вентиль и Фитинг» (MV&F) накоплен значительный опыт (с реализацией ряда проектов) в производстве и поставке оборудования, работающего на водороде:

  • Моноблоки как из стальных, так и металлокомпозитных баллонов на 200, 300 и 400 бар;
  • Дожимающие водородные компрессоры (бустеры) на рабочее давление до 414 бар;
  • Блоки осушки, хемосорбционной и каталитической очистки водорода;
  • Регуляторы давления;
  • Металлорукава;
  • Предохранительные клапаны.

Рис.7. Моноблок из металлокомпозитных баллонов

Рис.8. Моноблок из стальных баллонов

Рис.9. Водородная дожимающая компрессорная установка (бустер)

Все оборудование MV&F соответствует Российским стандартам, о чем свидетельствуют декларации и сертификаты ТР ТС. Специалисты компании готовы дать профессиональные рекомендации по применению и подбору предлагаемого оборудования, а также обеспечить полную техническую поддержку в течении всего срока службы оборудования.

>>> АВТОР СТАТЬИ
Назаров Дмитрий,
ведущий инженер
ООО «Мониторинг Вентиль и Фитинг»

Список кодов запроса
Отправить запрос

Заявка на комерческое предложение

x