ПочтаЭкологичный транспорт
Запись от бабулер49 размещена 23.08.2020 в 21:40
Развитие ОАО «РЖД» основывается на утвержденных правительством РФ долгосрочных документах, государственных и корпоративных программах и концепциях, в частности, на Стратегии развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года, Энергетической и Экологической стратегиях холдинга на период до 2020 года и на перспективу до 2030 года. Одними из основных целевых показателей для железной дороги определены повышение ее энергетической эффективности, минимизация негативного воздействия на окружающую среду, а также снижение уровня шумового воздействия на нее и, в первую очередь, в черте населенных пунктов [1,2,3].
ОТЕЧЕСТВЕННЫЙ И ЗАРУБЕЖНЫЙ ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ГИБРИДНЫХ ЛОКОМОТИВОВ
Еще в 1966 г. в СССР были разработаны первые маневровые контактно-аккумуляторные локомотивы — электровозы ВЛ26 (рис. 1). Опытная партия в количестве 10 ед. была построена на Днепропетровском электровозостроительном заводе (сейчас г. Днепр, Украина). Они могли питаться как от контактной сети, так и от аккумуляторов, подзаряжаемых от нее через преобразователи.
Наверное самый экологичный транспорт - подростковый велосипед, но на нем далеко не уедешь, поэтому мы вынуждены пользоваться железными дорогами.
В соответствии с ГОСТ Р 55057—2012 «Транспорт железнодорожный. Состав подвижной. Термины и определения» гибридным локомотивом принято считать железнодорожный подвижной состав, предназначенный для обеспечения передвижения по железнодорожным путям поездов или отдельных вагонов, который имеет не менее двух источников энергии. В 1967 г. электровоз ВЛ26-005 прошел тягово-энергетические испытания, по результатам которых были выявлены следующие недостатки:
В 1972 г. для устранения потерь энергии один из 10 опытных локомотивов (ВЛ26-002) был модернизирован на заводе-изготовителе и в дальнейшем получил обозначение ВЛ26М-002. На данном электровозе были внесены следующие изменения:
На ряде других электровозов данной серии также была проведена модернизация аккумуляторной батареи: устанавливалась батарея ТНЖ-400, имевшая 840 элементов, а увеличение скорости движения достигалось посредством использования последовательного соединения четырёх тяговых электродвигателей. Однако с учетом всех недостатков серийный выпуск локомотивов ВЛ26 был признан нецелесообразным. В1980-е годы большинство электровозов было списано из инвентарного парка Министерства путей сообщения.
Только через 25 лет разработка гибридных локомотивов была возобновлена. В 2003 г. по заказу Московской дороги Всероссийским научно-исследовательским и конструкторско-технологическим институтом подвижного состава (ныне АО «ВНИКТИ») был разработан аккумуляторный маневровый локомотив, получивший в название аббревиатуру ЛАМ (рис. 2) и предназначенный для эксплуатации в экологически чистой зоне с возможностью захода в производственные помещения. Он был построен на базе экипажной части и кузова тепловоза ЧМЭЗ (переоборудованию подверглись ЧМЭЗ-179 и ЧМЭЗ-602).
Вместо гидромеханического редуктора привода компрессора был установлен электродвигатель постоянного тока. Силовая установка со всеми относящимися к дизелю системами и часть электрооборудования с тепловоза были демонтированы.
Фактически на ЛАМ-01 и ЛАМ-02 было оставлено лишь электрооборудование, используемое в схеме электровоза (тяговые электродвигатели, приборы освещения, защиты, сигнализации и связи, реверсор, контроллер машиниста) и оборудование тормозной системы (компрессор, датчики давления, контрольно-измерительные приборы, трубопроводы, воздухораспределитель, краны машиниста).
По проекту АО «ВНИКТИ» на освободившемся месте был размещен теплоизолированный от остальной части кузова и оснащенный системой принудительной вытяжной вентиляции аккумуляторный отсек с пятью щелочными никель-кадмиевыми аккумуляторными батареями (четыре тяговые и одна - на собственные нужды).
Для улучшения эргодизайна локомотива пульт машиниста был смещен с разворотом к фронтальной плоскости кабины. В верхней части пульта была добавлена панель, отображающая информацию о заданной и фактической позициях контроллера машиниста, остаточной емкости тяговых батарей и батареи собственных нужд, температуре воздуха в аккумуляторном отсеке, текущей скорости движения локомотива, а также световую индикацию технического состояния батарей и их режимов работы. Кроме того, ЛАМ-01 и ЛАМ-02 были первыми локомотивами, оборудованными пультом дистанционного управления для возможности его эксплуатации в одно лицо.
Одновременно с отечественными ЛАМ-01 и ЛАМ-02 в 2003 г. в США компанией «Railpower Technologies Corp» был разработан маневровый аккумуляторный локомотив, получивший название GG20B «Green Goat» («Зеленый козел»), обеспечивающий экономию дизельного топлива до 30 %, снижение загрязнения окружающей среды на 90 % и значительное уменьшение шумности (в среднем на 10 дБА) состава по сравнению с серийными тепловозами США (рис. 3).
На данном локомотиве установлено 40 аккумуляторных батарей общей массой около 22 т, которые заряжаются с помощью дизель-генератора мощностью 224 кВт и выдают столько же энергии, сколько дизель мощностью 1490 кВт. С 2003 г. и до настоящего времени выпущено 55 локомотивов GG20B, которые успешно эксплуатируются на железных дорогах и территории частных предприятий США и Канады.
Из последних достижений зарубежных машиностроителей стоит обратить внимание на гибридный маневровый тепловоз Prima НЗ производства «Alstom», работающий со второй половины 2016 г. на заводе «Audi» в Ингольштадте (на юге Германии) (рис. 4). Он состоит из дизель-генераторной установки и аккумуляторных накопителей. Согласно официальным данным [8,9], гибрид способен выбрасывать в атмосферу на 70 % меньше выхлопных газов (диоксид азота), чем обыкновенный маневровый тепловоз, и работать на аккумуляторных батареях (мощность 600 кВт) около 2 ч. Дополнительно во время движения он может использовать дизельный двигатель, замещающий питание от аккумуляторных накопителей [4].
В Японии существует гибридный маневровый тепловоз HD300 производства «Toshiba», выпускаемый с марта 2010 г. (рис. 5), отличительной особенностью которого является возможность рекуперации энергии на накопители [5]. Состоит из дизель-генераторной установки и аккумуляторных накопителей. Испытания, проведенные в 2010 г., продемонстрировали экономию топлива на 36 %, сокращение выбросов выхлопных газов на 62 % и снижение уровня шума на 22 дБА по сравнению с ранее выпущенными серийными локомотивами [5,10].
В России развитие маневровых гибридных локомотивов последние годы не стояло на месте. В 2012 г. специалистами ОАО «Людиновский тепловозостроительный завод» (ЛТЗ) был разработан и испытан опытный тепловоз ТЭМ9Н (рис. 6), принцип работы которого основывался на комбинировании источников энергии: дизеля и аккумуляторных батарей. В штатном режиме тяговые двигатели получали энергию от дизель-генераторной установки и накопителей электроэнергии. За определение оптимальных совместных режимов работы дизель-генератора и накопителя энергии отвечала примененная на локомотиве система «Power management». При проведении испытаний на ТЭМ9Н были выявлены недостатки в системе преобразования энергии. Технические характеристики тепловоза ТЭМ9Н Осевая формула 20-20
Мощность тепловоза, кВт (л.с.) 882 (1200)
Конструкционная скорость, км/ч 100
Нагрузка от колесной пары на рельсы, кН (тс) 221 (22,5)
Габарит по ГОСТ 9238 02-ВМ
Однако для объективной оценки стоимости жизненного цикла гибридного локомотива в дальнейшем необходимо отдельное проведение технико-экономического исследования.
Дополнительно стоит отметить, что в соответствии с Экологической стратегией ОАО «РЖД» до 2030 года целевым ориентиром локомотивного комплекса является снижение уровня выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от передвижных источников загрязнения в сравнении с 2017 г. до 41 % (с 239,4 до 141,6 тыс. т) [2]. Достижение данного показателя делает целесообразным применение гибридных маневровых локомотивов в городах-мегаполисах, а отечественный и зарубежный опыт применения таких локомотивов с 1966 г. подтверждает их экологичность.
Также необходимо учитывать, что за последние пять лет количество претензий от населения по причине повышенного шумового воздействия от работы железнодорожного транспорта выросло почти в 7 раз [7]. Наиболее негативная ситуация складывается на полигонах Московской и Октябрьской дорог, аналогично существенный рост претензий наблюдается на полигонах Дальневосточной и Свердловской дорог.
Максимальный уровень внешнего шума маневровых локомотивов по ГОСТ Р 50951—96 «Внешний шум магистральных и маневровых тепловозов. Нормы и методы измерений» не должен превышать 78 дБА. Основной источник шума на тепловозе — дизельный двигатель, снижение времени работы которого или полное его исключение на гибридном локомотиве позволит снизить уровень шума до 60 — 65 дБА (в среднем на 15 дБА).
При этом 75 % — основной объем жалоб — приходится на шум от подвижного состава, 16 % — на громкоговорящую связь, 4 % — на работу сортировочных горок [7].
Мероприятия в виде постройки шумозащитных экранов (снижение шума на 14 — 16 дБА) не являются панацеей от данной проблемы. С учетом того, что строительство 10 — 15 км шумозащитных экранов сопоставимо со стоимостью тепловоза с гибридной силовой установкой, применение подобных локомотивов позволит значительно снизить уровень шумового воздействия подвижного состава.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К МАНЕВРОВЫМ ЛОКОМОТИВАМ С ГИБРИДНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКОЙ
Во исполнение протокола заседания межведомственной рабочей группы по вопросам развития железнодорожного транспорта под председательством заместителя Председателя правительства Российской Федерации А.В. Дворковича от 15.06.2017 № 2 холдинг ОАО «РЖД» совместно с научными институтами разрабатывает технические требования к перспективному тяговому подвижному составу.
Работа ведется под руководством заместителя генерального директора ОАО «РЖД» — главного инженера Компании С.А. Кобзева и основывается на матрице эксплуатационных требований к локомотивам на период до 2025 — 2030 гг. Согласно нее маневровый подвижной состав должен обеспечивать экономию горючесмазочных материалов и улучшение экологических характеристик в сравнении с эксплуатирующимися в настоящее время на железных дорогах РФ маневровыми тепловозами.
Модель локомотива, предлагаемая ПКБ ЦТ (рис. 8) в соответствии с вышеупомянутыми требованиями для выполнения маневрововывозной работы на вокзалах городов-мегаполисов страны преимущественно с пассажирскими вагонами, должна иметь на борту дизель-генераторную установку мощностью не менее 300 кВт и блок литий-ионных аккумуляторных накопителей (ЛАН).
В штатном режиме работа тепловоза предполагается от блока ЛАН, а в аварийных — от дизель-генераторной установки. При этом, с учетом инновационных технических решений, блок литий-ионных аккумуляторных накопителей будет состоять из двух модулей, отличающихся между собой по функционалу и количеству ячеек:
> буферный модуль ЛАН (подвергается зарядке от дизель-генераторной установки или внешних источников питания, разрядка производится на вспомогательные нужды и тяговый модуль ЛАН);
> тяговый модуль ЛАН (поддержание необходимого рабочего состояния производится посредством зарядки от буферного ЛАН, разрядка — только на реализацию силы тяги локомотива).
Данное разделение модулей позволит снизить ухудшение характеристик аккумуляторных ячеек, связанное с неравномерным количеством циклов заряда и разряда при обеспечении тяги и вспомогательных нужд.
Дополнительное применение на гибридном локомотиве системы «Battery Management System» позволит оперативно отслеживать наиболее важные параметры состояния ячеек блока литий-ионных аккумуляторных накопителей энергии. В частности, касающиеся их температуры (контроль отстающих аккумуляторов для своевременного прекращения их разряда) и создаваемого ими напряжения электрического тока для своевременного принятия мер по приведению накопителя энергии в нормальное состояние. Это даст возможность не допустить снижения напряжения ни на одном из аккумуляторов ниже предельного значения, а также превышения напряжения, предотвращая, таким образом, ухудшение характеристик отдельных ячеек и, следовательно, всего блока ЛАН.
Предлагаемая модель будет оборудована трехфазной розеткой для подзарядки ЛАН от внешнего стационарного источника, которой для сокращения времени заряда будет оснащен каждый модуль. Также будет предусмотрена возможность дооборудования локомотива токоприемником или системой бесконтактной зарядки для обеспечения питанием буферного модуля и передачи мощности на тяговый модуль ЛАН.
МАНЕВРОВЫЙ ГИБРИДНЫЙ ЛОКОМОТИВ ДЛЯ ЦИФРОВОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ
Ранее приведенная модель маневрового гибридного тепловоза не является его конечным этапом развития. На сегодняшний день в
рамках программы «Цифровая железная дорога» прорабатывается еще один перспективный проект, рассчитанный как следующий этап развития уже существующего маневрового тепловоза серии ТЭМ7А с внедренной системой автоматического управления горочным локомотивом (САУ ГЛ).
ТЭМ7А с САУ ГЛ эксплуатируется на станции Лужская, работая по системе «Без машиниста». Управление локомотивом осуществляется оператором с пульта управления, который в одно лицо может дистанционно управлять тремя локомотивами одновременно. На данный момент система находится в стадии доработки, и место машиниста остается в кабине с целью контроля над работой тепловоза.
Дальнейшее развитие маневрового локомотива с системой «Без машиниста» может быть реализовано на платформе гибридного тепловоза. Источником энергии, питающим аппаратуру и тяговые двигатели такого тягового подвижного состава, будет ЛАН, состоящий, по нашим предварительным расчетам, из 20 модулей, подзарядка которых будет осуществляться как от дизель-генераторной установки, так и от внешнего источника при стоянке локомотива.
При этом, с учетом дистанционного управления, кабина машиниста будет исключена из конструкции локомотива, что при расчете стоимости жизненного цикла такого тягового подвижного состава даст экономию благодаря исключению затрат на содержание локомотивных бригад и обслуживание систем жизнеобеспечения. При дальнейшем развитии проекта с целью снижения непроизводственных потерь возможен отказ и от дизель-генераторной установки при условии проработки варианта беспроводной зарядки, расположенной вдоль оси пути или точечно в местах отстоя гибридного локомотива.
Подводя итоги всего вышеизложенного, реализация и развитие гибридных маневровых тепловозов в городах-мегаполисах при условии четкого (конкретного) технического задания на планируемую эксплуатационную модель позволит улучшить экологическую обстановку, повысить шумозащищенность населения и сократить затраты на энергетические ресурсы.
Кроме того, будет повышен имидж Компании на мировом уровне, так как развитие инновационных проектов всегда с интересом встречается партнерами по рынку внутри страны и за рубежом, что повлечет повышение инвестиционной привлекательности ОАО «РЖД».
ОТЕЧЕСТВЕННЫЙ И ЗАРУБЕЖНЫЙ ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ГИБРИДНЫХ ЛОКОМОТИВОВ
Еще в 1966 г. в СССР были разработаны первые маневровые контактно-аккумуляторные локомотивы — электровозы ВЛ26 (рис. 1). Опытная партия в количестве 10 ед. была построена на Днепропетровском электровозостроительном заводе (сейчас г. Днепр, Украина). Они могли питаться как от контактной сети, так и от аккумуляторов, подзаряжаемых от нее через преобразователи.
Наверное самый экологичный транспорт - подростковый велосипед, но на нем далеко не уедешь, поэтому мы вынуждены пользоваться железными дорогами.
В соответствии с ГОСТ Р 55057—2012 «Транспорт железнодорожный. Состав подвижной. Термины и определения» гибридным локомотивом принято считать железнодорожный подвижной состав, предназначенный для обеспечения передвижения по железнодорожным путям поездов или отдельных вагонов, который имеет не менее двух источников энергии. В 1967 г. электровоз ВЛ26-005 прошел тягово-энергетические испытания, по результатам которых были выявлены следующие недостатки:
- малое количество пусковых позиций приводило к большим толчкам при разгоне;
- - скорость в часовом режиме при работе на аккумуляторах составляла всего 1 — 2 км/ч, что намного ниже реализуемых 17 км/ч при питании от контактной сети;
- - напряжение на выводах из-за большого внутреннего сопротивления батареи при часовом токе падало до 360 — 400 В.
В 1972 г. для устранения потерь энергии один из 10 опытных локомотивов (ВЛ26-002) был модернизирован на заводе-изготовителе и в дальнейшем получил обозначение ВЛ26М-002. На данном электровозе были внесены следующие изменения:
- - пусковые резисторы в цепях тяговых электродвигателей заменены на тиристорные широтно-импульсные преобразователи;
- - установлено оборудование для рекуперативного торможения;
- - повышено напряжение аккумуляторной батареи с ее заменой на МТ-8 (SAFT, Франция).
На ряде других электровозов данной серии также была проведена модернизация аккумуляторной батареи: устанавливалась батарея ТНЖ-400, имевшая 840 элементов, а увеличение скорости движения достигалось посредством использования последовательного соединения четырёх тяговых электродвигателей. Однако с учетом всех недостатков серийный выпуск локомотивов ВЛ26 был признан нецелесообразным. В1980-е годы большинство электровозов было списано из инвентарного парка Министерства путей сообщения.
Только через 25 лет разработка гибридных локомотивов была возобновлена. В 2003 г. по заказу Московской дороги Всероссийским научно-исследовательским и конструкторско-технологическим институтом подвижного состава (ныне АО «ВНИКТИ») был разработан аккумуляторный маневровый локомотив, получивший в название аббревиатуру ЛАМ (рис. 2) и предназначенный для эксплуатации в экологически чистой зоне с возможностью захода в производственные помещения. Он был построен на базе экипажной части и кузова тепловоза ЧМЭЗ (переоборудованию подверглись ЧМЭЗ-179 и ЧМЭЗ-602).
Вместо гидромеханического редуктора привода компрессора был установлен электродвигатель постоянного тока. Силовая установка со всеми относящимися к дизелю системами и часть электрооборудования с тепловоза были демонтированы.
Фактически на ЛАМ-01 и ЛАМ-02 было оставлено лишь электрооборудование, используемое в схеме электровоза (тяговые электродвигатели, приборы освещения, защиты, сигнализации и связи, реверсор, контроллер машиниста) и оборудование тормозной системы (компрессор, датчики давления, контрольно-измерительные приборы, трубопроводы, воздухораспределитель, краны машиниста).
По проекту АО «ВНИКТИ» на освободившемся месте был размещен теплоизолированный от остальной части кузова и оснащенный системой принудительной вытяжной вентиляции аккумуляторный отсек с пятью щелочными никель-кадмиевыми аккумуляторными батареями (четыре тяговые и одна - на собственные нужды).
Для улучшения эргодизайна локомотива пульт машиниста был смещен с разворотом к фронтальной плоскости кабины. В верхней части пульта была добавлена панель, отображающая информацию о заданной и фактической позициях контроллера машиниста, остаточной емкости тяговых батарей и батареи собственных нужд, температуре воздуха в аккумуляторном отсеке, текущей скорости движения локомотива, а также световую индикацию технического состояния батарей и их режимов работы. Кроме того, ЛАМ-01 и ЛАМ-02 были первыми локомотивами, оборудованными пультом дистанционного управления для возможности его эксплуатации в одно лицо.
Одновременно с отечественными ЛАМ-01 и ЛАМ-02 в 2003 г. в США компанией «Railpower Technologies Corp» был разработан маневровый аккумуляторный локомотив, получивший название GG20B «Green Goat» («Зеленый козел»), обеспечивающий экономию дизельного топлива до 30 %, снижение загрязнения окружающей среды на 90 % и значительное уменьшение шумности (в среднем на 10 дБА) состава по сравнению с серийными тепловозами США (рис. 3).
На данном локомотиве установлено 40 аккумуляторных батарей общей массой около 22 т, которые заряжаются с помощью дизель-генератора мощностью 224 кВт и выдают столько же энергии, сколько дизель мощностью 1490 кВт. С 2003 г. и до настоящего времени выпущено 55 локомотивов GG20B, которые успешно эксплуатируются на железных дорогах и территории частных предприятий США и Канады.
Из последних достижений зарубежных машиностроителей стоит обратить внимание на гибридный маневровый тепловоз Prima НЗ производства «Alstom», работающий со второй половины 2016 г. на заводе «Audi» в Ингольштадте (на юге Германии) (рис. 4). Он состоит из дизель-генераторной установки и аккумуляторных накопителей. Согласно официальным данным [8,9], гибрид способен выбрасывать в атмосферу на 70 % меньше выхлопных газов (диоксид азота), чем обыкновенный маневровый тепловоз, и работать на аккумуляторных батареях (мощность 600 кВт) около 2 ч. Дополнительно во время движения он может использовать дизельный двигатель, замещающий питание от аккумуляторных накопителей [4].
В Японии существует гибридный маневровый тепловоз HD300 производства «Toshiba», выпускаемый с марта 2010 г. (рис. 5), отличительной особенностью которого является возможность рекуперации энергии на накопители [5]. Состоит из дизель-генераторной установки и аккумуляторных накопителей. Испытания, проведенные в 2010 г., продемонстрировали экономию топлива на 36 %, сокращение выбросов выхлопных газов на 62 % и снижение уровня шума на 22 дБА по сравнению с ранее выпущенными серийными локомотивами [5,10].
В России развитие маневровых гибридных локомотивов последние годы не стояло на месте. В 2012 г. специалистами ОАО «Людиновский тепловозостроительный завод» (ЛТЗ) был разработан и испытан опытный тепловоз ТЭМ9Н (рис. 6), принцип работы которого основывался на комбинировании источников энергии: дизеля и аккумуляторных батарей. В штатном режиме тяговые двигатели получали энергию от дизель-генераторной установки и накопителей электроэнергии. За определение оптимальных совместных режимов работы дизель-генератора и накопителя энергии отвечала примененная на локомотиве система «Power management». При проведении испытаний на ТЭМ9Н были выявлены недостатки в системе преобразования энергии. Технические характеристики тепловоза ТЭМ9Н Осевая формула 20-20
Мощность тепловоза, кВт (л.с.) 882 (1200)
Конструкционная скорость, км/ч 100
Нагрузка от колесной пары на рельсы, кН (тс) 221 (22,5)
Габарит по ГОСТ 9238 02-ВМ
Однако для объективной оценки стоимости жизненного цикла гибридного локомотива в дальнейшем необходимо отдельное проведение технико-экономического исследования.
Дополнительно стоит отметить, что в соответствии с Экологической стратегией ОАО «РЖД» до 2030 года целевым ориентиром локомотивного комплекса является снижение уровня выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от передвижных источников загрязнения в сравнении с 2017 г. до 41 % (с 239,4 до 141,6 тыс. т) [2]. Достижение данного показателя делает целесообразным применение гибридных маневровых локомотивов в городах-мегаполисах, а отечественный и зарубежный опыт применения таких локомотивов с 1966 г. подтверждает их экологичность.
Также необходимо учитывать, что за последние пять лет количество претензий от населения по причине повышенного шумового воздействия от работы железнодорожного транспорта выросло почти в 7 раз [7]. Наиболее негативная ситуация складывается на полигонах Московской и Октябрьской дорог, аналогично существенный рост претензий наблюдается на полигонах Дальневосточной и Свердловской дорог.
Максимальный уровень внешнего шума маневровых локомотивов по ГОСТ Р 50951—96 «Внешний шум магистральных и маневровых тепловозов. Нормы и методы измерений» не должен превышать 78 дБА. Основной источник шума на тепловозе — дизельный двигатель, снижение времени работы которого или полное его исключение на гибридном локомотиве позволит снизить уровень шума до 60 — 65 дБА (в среднем на 15 дБА).
При этом 75 % — основной объем жалоб — приходится на шум от подвижного состава, 16 % — на громкоговорящую связь, 4 % — на работу сортировочных горок [7].
Мероприятия в виде постройки шумозащитных экранов (снижение шума на 14 — 16 дБА) не являются панацеей от данной проблемы. С учетом того, что строительство 10 — 15 км шумозащитных экранов сопоставимо со стоимостью тепловоза с гибридной силовой установкой, применение подобных локомотивов позволит значительно снизить уровень шумового воздействия подвижного состава.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К МАНЕВРОВЫМ ЛОКОМОТИВАМ С ГИБРИДНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКОЙ
Во исполнение протокола заседания межведомственной рабочей группы по вопросам развития железнодорожного транспорта под председательством заместителя Председателя правительства Российской Федерации А.В. Дворковича от 15.06.2017 № 2 холдинг ОАО «РЖД» совместно с научными институтами разрабатывает технические требования к перспективному тяговому подвижному составу.
Работа ведется под руководством заместителя генерального директора ОАО «РЖД» — главного инженера Компании С.А. Кобзева и основывается на матрице эксплуатационных требований к локомотивам на период до 2025 — 2030 гг. Согласно нее маневровый подвижной состав должен обеспечивать экономию горючесмазочных материалов и улучшение экологических характеристик в сравнении с эксплуатирующимися в настоящее время на железных дорогах РФ маневровыми тепловозами.
Модель локомотива, предлагаемая ПКБ ЦТ (рис. 8) в соответствии с вышеупомянутыми требованиями для выполнения маневрововывозной работы на вокзалах городов-мегаполисов страны преимущественно с пассажирскими вагонами, должна иметь на борту дизель-генераторную установку мощностью не менее 300 кВт и блок литий-ионных аккумуляторных накопителей (ЛАН).
В штатном режиме работа тепловоза предполагается от блока ЛАН, а в аварийных — от дизель-генераторной установки. При этом, с учетом инновационных технических решений, блок литий-ионных аккумуляторных накопителей будет состоять из двух модулей, отличающихся между собой по функционалу и количеству ячеек:
> буферный модуль ЛАН (подвергается зарядке от дизель-генераторной установки или внешних источников питания, разрядка производится на вспомогательные нужды и тяговый модуль ЛАН);
> тяговый модуль ЛАН (поддержание необходимого рабочего состояния производится посредством зарядки от буферного ЛАН, разрядка — только на реализацию силы тяги локомотива).
Данное разделение модулей позволит снизить ухудшение характеристик аккумуляторных ячеек, связанное с неравномерным количеством циклов заряда и разряда при обеспечении тяги и вспомогательных нужд.
Дополнительное применение на гибридном локомотиве системы «Battery Management System» позволит оперативно отслеживать наиболее важные параметры состояния ячеек блока литий-ионных аккумуляторных накопителей энергии. В частности, касающиеся их температуры (контроль отстающих аккумуляторов для своевременного прекращения их разряда) и создаваемого ими напряжения электрического тока для своевременного принятия мер по приведению накопителя энергии в нормальное состояние. Это даст возможность не допустить снижения напряжения ни на одном из аккумуляторов ниже предельного значения, а также превышения напряжения, предотвращая, таким образом, ухудшение характеристик отдельных ячеек и, следовательно, всего блока ЛАН.
Предлагаемая модель будет оборудована трехфазной розеткой для подзарядки ЛАН от внешнего стационарного источника, которой для сокращения времени заряда будет оснащен каждый модуль. Также будет предусмотрена возможность дооборудования локомотива токоприемником или системой бесконтактной зарядки для обеспечения питанием буферного модуля и передачи мощности на тяговый модуль ЛАН.
МАНЕВРОВЫЙ ГИБРИДНЫЙ ЛОКОМОТИВ ДЛЯ ЦИФРОВОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГИ
Ранее приведенная модель маневрового гибридного тепловоза не является его конечным этапом развития. На сегодняшний день в
рамках программы «Цифровая железная дорога» прорабатывается еще один перспективный проект, рассчитанный как следующий этап развития уже существующего маневрового тепловоза серии ТЭМ7А с внедренной системой автоматического управления горочным локомотивом (САУ ГЛ).
ТЭМ7А с САУ ГЛ эксплуатируется на станции Лужская, работая по системе «Без машиниста». Управление локомотивом осуществляется оператором с пульта управления, который в одно лицо может дистанционно управлять тремя локомотивами одновременно. На данный момент система находится в стадии доработки, и место машиниста остается в кабине с целью контроля над работой тепловоза.
Дальнейшее развитие маневрового локомотива с системой «Без машиниста» может быть реализовано на платформе гибридного тепловоза. Источником энергии, питающим аппаратуру и тяговые двигатели такого тягового подвижного состава, будет ЛАН, состоящий, по нашим предварительным расчетам, из 20 модулей, подзарядка которых будет осуществляться как от дизель-генераторной установки, так и от внешнего источника при стоянке локомотива.
При этом, с учетом дистанционного управления, кабина машиниста будет исключена из конструкции локомотива, что при расчете стоимости жизненного цикла такого тягового подвижного состава даст экономию благодаря исключению затрат на содержание локомотивных бригад и обслуживание систем жизнеобеспечения. При дальнейшем развитии проекта с целью снижения непроизводственных потерь возможен отказ и от дизель-генераторной установки при условии проработки варианта беспроводной зарядки, расположенной вдоль оси пути или точечно в местах отстоя гибридного локомотива.
Подводя итоги всего вышеизложенного, реализация и развитие гибридных маневровых тепловозов в городах-мегаполисах при условии четкого (конкретного) технического задания на планируемую эксплуатационную модель позволит улучшить экологическую обстановку, повысить шумозащищенность населения и сократить затраты на энергетические ресурсы.
Кроме того, будет повышен имидж Компании на мировом уровне, так как развитие инновационных проектов всегда с интересом встречается партнерами по рынку внутри страны и за рубежом, что повлечет повышение инвестиционной привлекательности ОАО «РЖД».
