[04-2022] Перспективы внедрения локомотивов, работающих на сжатом природном газе
 

Перспективы внедрения локомотивов, работающих на сжатом природном газе

С.В. ТАНКЕЕВ, первый заместитель начальника службы технической политики Свердловской железной дороги — филиала ОАО «РЖД»,
Н.В. ГРАЧЕВ, заведующий лабораторией систем управления газовых локомотивов отдела тяговых и вспомогательных статических преобразователей АО «ВНИКТИ»,
МА. ЧЕРНЫШЕВ заведующий сектором сопровождения отдела газовых локомотивов АО «ВНИКТИ»

В данной статье рассмотрены вопросы использования компримированного природного газа в качестве моторного топлива для газомоторных локомотивов, работающих в маневровом и передаточно-вывозном движении на сети железных дорог России. Анализируются достоинства и недостатки использования компримированного и сжиженного природного газа как моторного топлива. Выполнен обзор зарубежного и отечественного опыта создания локомотивов, на которых в качестве моторного топлива используется компримированный природный газ. Предложено техническое решение для перевода газотепловоза ТЭМ19 на работу на компримированном природном газе. Предложены варианты организации комплексных пунктов экипировки газомоторной техники, работающей на компримированном и сжиженном природном газе на узловых станциях полигонов газомоторной тяги.

Природный газ — это многокомпонентная смесь углеводородных газов с преобладанием метана. В настоящее время в качестве моторного топлива он используется в одном из двух агрегатных состояний — сжатом (компримированном) или сжиженном.
Сжатый (компримированный) природный газ (КПГ, англ. CNG — compressed natural gas) — газообразная фаза, находящаяся под большим избыточным давлением. Его производят путем сжатия (компримирования) исходного природного газа в компрессорных установках до давления 20 ... 25 МПа (что приводит к сокращению его объема в 200 ... 250 раз), очистки от механических примесей и осушки для дальнейшего использования в качестве газомоторного топлива.
Хранение и транспортировка КПГ осуществляются в стальных или композитных баллонах высокого давления, которые имеют значительно меньшую массу.
Преимущества использования КПГ:

• > меньшая стоимость;
• > отсутствие необходимости фазового перехода перед подачей в силовую установку транспортного средства;
• > меньшие требования по химическому составу;
• > более простое конструктивное исполнение систем газоподготовки, газопо-дачи, внутренних и межсекционных газопроводов, элементы которых уже сегодня серийно выпускаются для газобаллонных автомобилей;
• > менее сложный алгоритм подготовки к запуску и останову двигателя.

Основными недостатками данного вида газомоторного топлива считаются:

• невозможность компактного размещения большего запаса на борту транспортного средства (в том числе на локомотиве);
• большая масса резервуаров высокого давления, что в настоящее время значительно нивелируется путем применения баллонов высокого давления из композитных материалов;
• меньшая надежность систем хранения из-за большего количества соединений между баллонами высокого давления.
• Сжиженный природный газ (СПГ, англ. LNG — liquefied natural gas) — жидкая фаза, находящаяся под атмосферным или незначительным избыточным давлением.

СПГ обладает следующими преимуществами:

• возможность компактного размещения большего объема бортового запаса газа на ограниченном пространстве транспортного средства (в том числе на локомотиве) при одинаковом эквивалентном геометрическом объеме резервуаров (по сравнению с КПГ);
• меньшее давление в бортовых сосудах при хранении (однако существует вероятность возникновения эффекта овердрафта при потере вакуума — вскипание СПГ при повышении уровня теплопритока, которое может привести к резкому повышению давления в бортовой криогенной емкости);
• большая безопасность при хранении из-за использования двухоболочечных сосудов (преимущество весьма условно, так как при разрушении наружной оболочки и резком повышении температуры емкость необходимо очень быстро освободить во избежание того же овердрафта).

Ключевые слова: газ, двигатель внутреннего сгорания, сжиженный природный газ, компримированный природный газ, газопоршневой двигатель, газотепловоз, маневровое и передаточно-вывозное движение.
К недостаткам СПГ следует отнести:

• более сложный технологический процесс производства и хранения данного продукта, необходимость большего набора технологического оборудования и значительно более высокого уровня энергозатрат (производится для дальнейшего использования в качестве газомоторного топлива путем охлаждения до сверхнизких температур -162 °C, или -111 К при атмосферном давлении, что приводит к сокращению его объема в 600 раз); при атмосферном давлении СПГ имеет плотность 450 кг/м3 (как следствие — более высокая стоимость продукта);
• в процессе производства (кроме процедуры очистки от механических примесей) возникает необходимость дополнительного отделения различных химических примесей, содержащихся в ожижаемом природном газе с более высокой температурой замерзания, которые могут образовать пробки в системах хранения, газоподготовки и газопо-дачи газомоторных транспортных средств, что также ведет к его удорожанию;
• хранение и транспортировка СПГ осуществляются в криогенных емкостях, имеющих гораздо более сложную, чем у баллона высокого давления конструкцию, массовое серийное производство которых в настоящее время в России не организовано (как правило, криогенная емкость состоит из внутреннего сосуда из нержавеющей стали и наружной оболочки из стали или алюминия, между которыми имеется термоизоляция с минимальным уровнем теплопроводности — вакуумная, экранно-вакуумная или полипропиленовая);
• неизбежные потери продукта при перекачке.

Первые экспериментальные образцы автономного тягового подвижного состава, энергетические установки которого работали на природном газе, были ориентированы на применение КПГ. Довольно быстро железнодорожные компании, заинтересованные в этих разработках, пришли к выводу, что тепловозы, предназначенные для поездной работы на протяженных участках обслуживания, необходимо переводить на СПГ из-за его главного преимущества — возможности значительного увеличения бортового запаса газомоторного топлива и, следовательно, пробега локомотива без дозаправки. По этому пути пошли как отечественные, так и зарубежные разработчики, несмотря на то, что данный вид топлива имеет гораздо больше недостатков, чем преимуществ.
С 1986 по 2015 гг. по заказу МПС СССР, МПС России, ОАО «РЖД», а также американских железных дорог 1-го класса Burlington Northern (в 1995 г. Burlington Northern и Santa Fe объединились в единую компанию BNSF), Union Pacific Rail Road (UPRR) и 2-го класса Florida East Coast Railway (железная дорога восточного побережья Флориды, FECR), а также крупнейшего канадского железнодорожного оператора — Канадской Национальной железной дороги (Canadian National, CN) было модернизировано и создано вновь более десяти типов многосекционных магистральных тепловозов (типа 2ТЭ10Г, 2ТЭ116Г, SD 40-2, C41-8W, F59-PHI, SD70ACe, GECX #3000, ES44AC и их различные модификации) и односекционных маневровых (Morrison-Knudsen Rail Corporation, ТЭМ19), силовые установки которых могли работать как в битопливном режиме (сжиженный природный газ и дизельное топливо), так и на сжиженном природном газе. Емкость топливных криогенных баков, установленных на локомотивах, обеспечивала дальность пробега магистральных машин без дозаправки до 5000 км, а время работы маневровых локомотивов на станциях приблизилось к стандартным семи суткам.
Результаты их испытаний, опытной, а в дальнейшем и постоянной эксплуатации были обнадеживающими, но не всегда устраивали заказчиков (руководство железнодорожных ведомств). В ходе накопления опыта их промышленной (коммерческой) эксплуатации во многих случаях экономический эффект оказался ниже расчетного. Не на всех типах локомотивов удалось достичь заявленного уровня замещения дизельного топлива СПГ, стоимость которого также сильно зависела от конъюнктуры рынка.
Необходимость высокой степени очистки (во избежание образования пробок в газовых криогенных трубопроводах) также вела к удорожанию этого вида топлива. В США даже появилось понятие сверхчистого СПГ, производимого для нужд транспорта. Было учтено и увеличение цены магистрального тепловоза (за счет дополнительной стоимо
сти вагона-тендера — на одну-две тяговые секции необходим, как минимум, один вагон-тендер), а также увеличение трудоемкости и материалоемкости (и, соответственно, цены) технического обслуживания и ремонта газомоторных локомотивов.


Например, средняя цена 1 м3 нормального трубного природного газа при давлении 1 атм., поставляемого для газовых котельных на полигоне Свердловской дороги, составляет 5,2 руб. (без НДС). При этом 1 м3 нормального (регазифицирован-ного из СПГ) природного газа при давлении 1 атм. составляет 29,52 руб. (стоимость 1 кг СПГ — 20,64 руб. без НДС по договору с АО «Газпром» на 2021 г., плотность СПГ — 0,69 ... 0,7 кг/м3). Цена за 1 м3 нормального природного газа в трубном варианте в 5,7 раза ниже, чем за эквивалентный объем ре-газифицированного СПГ.
Кроме того, выяснилось, что во время заправки криогенных емкостей газомоторного локомотива (ГМЛ) и средств доставки в большинстве случаев появляются дополнительные потери, связанные с образованием паровой фазы СПГ при контакте с теплыми поверхностями трубопроводов, соединительных рукавов и запорной арматуры (рис. 1). Испарившийся газ невозможно вернуть обратно в транспортную емкость или стационарные емкости при заправке на стационарном пункте экипировки газомоторных локомотивов сжатым природным газом (ПЭ СПГ ГМЛ) для повторного использования. Сброс паровой фракции производится через безопасное дренажное устройство (свечу), что ведет к увеличению расходов из-за потери продукта (рис. 2), а также выполнению более жестких требований пожарной и экологической безопасности.
Проанализировав опыт, полученный в процессе эксплуатации ГМЛ железными дорогами 1-го класса США и Канадской Национальной железной дороги, руководство Чешских железных дорог, малых американских железнодорожных компаний посчитало, что вариант применения на локомотивах КПГ имеет ряд очевидных преимуществ, если изменить традиционный подход, согласно которому на локомотиве должен находиться недельный бортовой запас топлива. Логика их рассуждений была достаточно проста: особенность эксплуатации большинства маневровых локомотивов заключается в том, что во время работы они не удаляются на большие расстояния от станций своей постоянной дислокации. К тому же, в большинстве случаев они производят маневровые передвижения не более 25 ... 40 % от сменного бюджета времени. Все остальное время они простаивают в ожидании обработки вагонов и готовности их к дальнейшему передвижению.

С учетом этих особенностей напрашивается вывод о том, что далеко не на всех маневровых локомотивах с их ограниченными возможностями по размещению больших объемов бортового запаса газомоторного топлива обязательно создавать многосуточный бортовой запас топлива. На большинстве железнодорожных станций (при соответствующей организации технологического процесса обработки составов) вполне достаточно иметь два-три сменных запаса, которые можно регулярно пополнять на пункте экипировки КПГ, оборудованном непосредственно на этих станциях во время технологических простоев маневровых тепловозов (например, в период запланированных технологических окон на станции, смены локомотивных бригад, технологических перерывов, связанных с режимом работы обслуживаемых грузовыми станциями предприятий и т.п.).
К такому выводу пришли в первом десятилетии XXI века железнодорожники Чехии и руководство совсем небольших американских железнодорожных компаний, таких как Napa Valley Wine Train и Indiana Harbor Belt Road (Индиана Харбор, IHBR), скромный локомотивный парк которых (не более 50 локомотивов) обслуживает весьма небольшую по протяженности региональную сеть основных и вспомогательных путей (не более 350 миль, 560 км). Именно они впервые успешно внедрили на своих полигонах обслуживания серийные маневровые тепловозы, работающие на КПГ, обеспечили их регулярную заправку непосредственно на станциях приписки и на территории локомотивных депо, где осуществляется их обслуживание.
В 2010 — 2011 гг. при финансовой поддержке Министерства промышленности и торговли Чешской Республики группой компаний VITKOVICE Doprava, a.s., CS LOKO, a.s., GVUT при участии Института транспорта были реализованы проекты по переводу маневровых тепловозов серий 714.8 (рис. 3,4), 703.8 (рис. 5) на газомоторное топливо (КПГ, англ. CNG). Пункты экипировки КПГ были организованы на путях обслуживающего локомотивного депо или непосредственно на железнодорожной станции, на которой эксплуатируются эти маневровые тепловозы (рис. 6 — 8).
Интерес представляет опыт реализации Программы перевода на КПГ всего приписного маневрового парка, реализованного небольшой американской железнодорожной компанией Indiana Harbor Belt Road, которая расположена в районе города Чикаго (США). Данная компания считается достаточно крупным в США оператором маневровых тепловозов. Она обслуживает более
160 клиентов, эксплуатирует более 350 миль (560 км) основных и вспомогательных путей, имеет в собственном парке 1400 вагонов, а также 46 маневровых тепловозов, работающих на дизельном топливе. Компания сотрудничает с другими владельцами маневровых локомотивов.



В 2013 г. компания начала реализацию Программы технического перевооружения собственного парка маневровых тепловозов, которой предусмотрено до 2020 г. перевести на КПГ 31 маневровый локомотив (70 % собственного парка). Это первый в США массовый перевод всего локомотивного парка отдельной железнодорожной компании на газомоторное топливо. Основой конструктивных решений инфраструктуры заправки и бортовой системы га-зоподготовки газомоторных локомотивов стали результаты работ GE, Oil & Gas и объединения экологически чистых видов топлива по реализации национального проекта «Природный газ для шоссе Америки», который обеспечил возможность огромным дальнобойным грузовикам пересекать североамериканский континент от
Атлантического до Тихого океана, заправляясь природным газом по всему маршруту.
На главной базе компании Indian Harbor Belt Railroad был создан стационарный ПЭ КПГ ПИЛ (рис. 9, 10). Его проектированием и строительством занималась компания Questar (штат Юта), применившая комплекс технологического оборудования производства ANGI Energy и компрессоров Ariel. Станция берет газ из трубопровода среднего (низкого) давления, сжимает его и обеспечивает заправку транспортного средства. В состав станции входят компрессорный агрегат, газовый аккумулятор высокого давления, распределительная панель, система управления получением и распределением КПГ и заправочные колонки. Автоматизированная заправочная газовая колонка ANGI обеспечивает возможность проведения заправки работнику локомотивной бригады без экипировщика.
Техническое решение обеспечивает возможность экипировки КПГ одновременно двух маневровых тепловозов и минимальное время заправки локомотива (полная заправка — не более 45 мин).

ПЭ организован в непосредственной близости (до 200 м) от основного локомотивного депо компании.
В 2016 г. компания American Motive Power в г. Дансвилль (Dansville штат Нью-Йорк) приступила к глубокой модернизации двух тепловозов серии SW1500s IHBR (рис. 11) с целью перевода их в битоплив-ный режим. Общий дизайн и сборку тепловоза осуществляла компания RJ Corman Railpower Locomotives LLC.
В ходе модернизации с локомотивов SW1500S было полностью демонтировано все бортовое оборудование, включая капот и кабину. На оставшуюся ходовую часть (раму тепловоза и тележки с тяговыми электродвигателями) был установлен новый комплект бортового оборудования в модульном исполнении (модульный принцип компоновки локомотива был разработан компанией OptiFuel Systems в 2011 г.). Силовая установка состоит из двух газодизелей Caterpillar С18 мощностью по 750 л.с. каждый.
Конфигурацией данного маневрового тепловоза не предусмотрена тендерная секция. Для хранения КПГ под давлением 33 МПа установлена вертикальная кассета с 11 композитными баллонами размером 26x100 дюймов (0,66x2,54 м) каждый (рис. 12). Запас газа (700 л в дизельном эквиваленте) обеспечивает работу тепловоза в течение двух — четырех смен.
Локомотивы после проведения модернизации могут работать как в газодизельном, так и в чисто дизельном режимах. Система управления газодизельным двигателем G-Volution обеспечивает высокую степень замещения газом дизельного топлива, поддерживает установленные параметры работы газодизельного двигателя (мощность и крутящий момент), автоматически переводит двигатель в дизельный режим при отсутствии КПГ, выполняет аварийный останов силовой установки при возникновении нестандартных ситуаций. Для снижения уровня расхода топлива и масла, а также вредных выбросов в атмосферу производит остановку двигателей при их переходе на холостой ход, что уменьшает степень износа деталей силовой установки и шума во время простоя локомотива.
В ноябре 2017 г. на полигон, обслуживаемый IHBR, поступили первые два бито-пливных тепловоза серии SW1500S № 1506, 1508. После проведенной глубокой модернизации им была присвоена серия RP15BDF (рис. 13). По результатам их опытной эксплуатации было переоборудовано еще 19 тепловозов серии SW1500S, а также проведена модернизация в газодизельные машины еще 10 локомотивов серии GP40-2S с присвоением им серии RP30BDF.
Реализованный при глубокой модернизации тепловозов SW1500S компании IHBR принцип модульной конфигурации имеет большие перспективы. Он позволяет на единой базовой платформе (рама локомотива, тележки с колесно-моторными блоками) проектировать тепловозы с различными техническими характеристиками: мощности, сцепного веса, бортового запаса топлива в зависимости от предполагаемых условий эксплуатации, что дает производителям существенную экономию времени и средств при создании локомотива по индивидуальным требованиям различных заказчиков.
(Окончание следует)

Целесообразность создания маневровых тепловозов в России подтверждается результатами, полученными в ходе подконтрольной эксплуатации отечественных газомоторных локомотивов, работающих на сжиженном природном газе, проведенной в 2013 — 2021 гг. на полигоне Свердловской дороги. Кроме того, в нашей стране имеются все предпосылки и большой опыт создания подобного тягового подвижного состава, необходимые для реализации данного проекта.


Еще в начале 1980-х годов специалистами ВНИИЖТ была создана лаборатория теплосиловых установок и альтернативных топлив. Для отработки основных технических решений по созданию маневровых газомоторных локомотивов стал проект перевода на газодизельный цикл с применением КПГ серийного маневрового тепловоза ТЭМ2У-8496, реализованный в лаборатории на базе локомотивного депо Москва III в 1987 г. Штатный дизель-генератор ДГ50 был переведен в газодизельный режим. Для хранения КПГ была установлена батарея из 10 серийных стальных баллонов объемом 800 нм3 (нормальных кубических метров), хранящихся под давлением 20 МПа. Запас был рассчитан на работу локомотива без дозаправки в течение трех суток. В 1989 г. были проведены испытания тепловоза, во время которых была подтверждена возможность снижения уровня эксплуатационных затрат.
В 1998 г. был реализован совместный проект ВНИИЖТ и Брянского машиностроительного завода. На базе серийно выпускавшегося маневрового тепловоза ТЭМ18 были спроектированы и построены два опытных маневровых газодизельных тепловоза ТЭМ18Г № 001, 002, работающие на КПГ. Основные технические характеристики газоте-пловозовТЭМ18Г приведены в табл. 1.
В ходе опытной эксплуатации тепловозов ТЭМ18Г на Московской, Октябрьской и Свердловской дорогах был подготовлен эксплуатационный и ремонтный персонал, создана материально-техническая база для заправки КПГ, отработаны вопросы технического обслуживания и ремонта. Заправка баллонов КПГ производилась от передвижного автогазозаправщика (рис. 14).

При этом был отмечен целый ряд системных замечаний. Основным аргументом, не позволившим руководству ОАО «РЖД» принять положительное решение о передаче газотепловозов ТЭМ18Г в постоянную эксплуатацию и массовом их тиражировании, был все тот же недостаточный бортовой запас КПГ для работы в нормальном цикле работы маневрового локомотива с заходом на экипировку и ТО-2 (1 раз в 7 суток). Учитывался еще и тот факт, что двигатели могли работать в газодизельном режиме в узком диапазоне (с 4-й позиции контроллера машиниста из восьми имеющихся) и, соответственно, имели малый процент замещения дизельного топлива КПГ (не более 25 ... 36 %). При максимальных нагрузках, которые не характерны для режима работы маневрового локомотива, уровень замещения не превышал 50 %.
Перед коллективом ВНИИЖТ впоследствии была поставлена задача значительно повысить продолжительность работы га-зотепловоза без дозаправки сжатым природным газом и долю замещения дизельного топлива природным газом. Данные работы были продолжены на тепловозе ЧМЭЗ, который получил обозначение ЧМЭЗГ (рис. 15,16). Основные технические характеристики газотепловоза ЧМЭЗГ-1994 приведены в табл. 2.
На тепловозе ЧМЭЗГ-1994 удалось реализовать работу в газодизельном режиме в диапазоне с 3-й по 8-ю позиции контроллера машиниста и увеличить бортовой запас КПГ по сравнению с тепловозом ТЭМ18Г в 1,4 раза. На данной модели впервые была применена микропроцессорная система управления газоподготовкой, которая обеспечивала регулирование подачи топлива и газа, отключение подачи газа в нештатных ситуациях.
В 2011 г. тепловоз ЧМЭЗГ-1994 прошел опытную эксплуатацию на станциях Силикатная, Лихоборы и Люблино Московской дороги. Однако на данном экспериментальном образце поставленные задачи были решены лишь частично — удалось решить проблемы, характерные для локомотивов ТЭМ18Г. Дальнейшие работы по доводке данного тепловоза были прекращены.


В 2012 г. конструкторским коллективом ОАО «ВНИКТИ» (г. Коломна) началась разработка маневрового газопоршневого тепловоза, работающего на сжиженном природном газе по газовому циклу. Проект
был осуществлен совместными усилиями ОАО «РЖД», ЗАО «Трансмашхолдинг», ОАО «Брянский машиностроительный завод», ОАО «Волжский дизель им. Маминых» и ООО «Балашихинский завод криогенного машиностроения».
Газопоршневой двигатель-генератор ГДГ800Т был построен на базе двигателя 8ГЧН21/26 производства ОАО «Волжский дизель им. Маминых» с системой искрового зажигания, работающего на природном газе по циклу Отто. Бортовая криогенная емкость (БКЕ), предназначенная для хранения СПГ в количестве 3500 кг, была впервые выполнена в виде съемного блока и оборудована креплениями стандартного контейнера (рис. 17). Такое конструктивное исполнение дало возможность быстрой дегазации локомотива перед постановкой в ремонтные цеха и замены опорожненной емкости на заполненную при реализации технологии заправки сменными модулями.
30 мая 2014 г. газотепловоз ТЭМ19-001 поступил в эксплуатационное локомотивное депо Егоршино (ТЧЭ-13) Свердловской дирекции тяги для проведения эксплуатационных испытаний. 1 сентября 2015 г. по завершению полного цикла приемочных и эксплуатационных испытаний АО «УК"БМЗ"» был получен сертификат соответствия на газотепловоз ТЭМ19-001. К 1 ноября 2021 г. ТЭМ19-001 отработал уже 1650 смен на станции Егоршино Свердловской дороги. Наработка силовой установки составила более 19 тыс. ч.
За время эксплуатации данного локомотива было подтверждено, что уровень замещения дизельного топлива составил 500 т, что на порядок выше всех предыдущих экспериментальных отечественных образцов. Несмотря на то, что в период испытаний и эксплуатации тепловоз выдержал ряд модернизаций, он получился вполне работоспособным и неприхотливым в обслуживании.

Еще одним обстоятельством, позволяющим успешно реализовать проект, стало начало серийного производства в России типовых модульных автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС) для заправки различных газобаллонных транспортных средств, которые можно применять в том числе для заправки локомотивов (рис. 18). Основные технические характеристики АГНКС приведены в табл. 3.
При данных параметрах АГНКС может обеспечивать ежесуточно полную заправку шести маневровых локомотивов (с бортовой системой газоподготовки емкостью 3500 м3) или частичную дозаправку 10 маневровых тепловозов.
Станция получает газ из магистрального трубопровода, сжимает его до номинального давления (согласно паспорту транспортного средства) и обеспечивает заправку его КПГ (время заправки — до 40 мин).
В состав станции входят (рис. 19) компрессорный агрегат, газовый аккумулятор высокого давления (баллоны высокого давления, рассчитанные на хранение запаса КПГ, необходимого для заправки бортовых баллонов транспортного средства), распределительная панель, система управления получением и распределением КПГ, газозаправочные колонки.

Газозаправочные колонки могут быть установлены в непосредственной близости от железнодорожного (деповского или станционного) пути, на который заходит локомотив для заправки газовым и (или) дизельным топливом.
Таким образом, имеющиеся предпосылки и полученный отечественный и зарубежный опыт создания и эксплуатации газомоторных локомотивов (ГМЛ) подтверждают целесообразность пересмотра концепции разработки отечественных маневровых ГМЛ и объектов газозаправочного инфраструктурного комплекса в отличном от традиционного ракурсе.
Для увеличения ожидаемого экономического эффекта и сокращения сроков окупаемости при переводе на природный газ значительной части отечественного маневрового парка целесообразно рассматривать приоритетное применение газопоршневых двигателей с искровым зажиганием в комплексе с системами газоподготовки не только СПГ, но и КПГ.
При подготовке технико-экономического обоснования следует учитывать ценовые параметры СПГ и КПГ (с соблюдением требований ГОСТ к качеству газа), а также уровень дополнительных расходов на доставку СПГ от мест его производства до мест экипировки ГМЛ и иной газомоторной техники.
Исходя из этих принципов, а также с учетом модульной конструкции блока БКЕ, установленного на газотепловозе ТЭМ19-001, предлагается рассмотреть возможность создания второй версии данного маневрового тепловоза с возможностью его работы на КПГ.

Перевод тепловоза на КПГ возможен путем создания топливного КПГ-модуля (рис. 20), в идеальном варианте взаимозаменяемого с существующим СПГ-модулем (рис. 21). При этом целесообразно сохранить без изменений базовую конструкцию ходовой части, кузова и всех бортовых систем локомотива.
Предварительный расчет, выполненный специалистами АО «ВНИКТИ», показал, что КПГ-модуль кассетного типа можно создать в кратчайшие сроки на базе серийных металлополимерных баллонов с рабочим давлением 250 ... 300 атм., выпускаемых МГХ «Мобигаз. Русские цилиндры» (г. Санкт-Петербург).


Проработаны два варианта компоновки: с применением баллонов объемом 400 л (рис. 22) и 420 л (рис. 23). Основные технические характеристики КПГ-модуля при обоих вариантах приведены в табл. 4.
Для расчетов принимались следующие исходные данные:
О средний расход газа у базового варианта тепловоза ТЭМ19-001 на СПГ (по данным статистики за 2014 — 2020 гг.) — 290 кг за смену;
запас СПГ—на 12 смен.
Снижение бортового запаса топлива от базового варианта ТЭМ19-001 на СПГ (3480 кг) составило:

• по первому варианту: 3480 - 2448 = 1032 кг (8 смен);
• по второму варианту: 3480 - 2772 = 708 кг (9 смен).

При наличии АГНКС непосредственно на железнодорожной станции недостаток можно компенсировать двумя дозаправками объемом до 1000 кг (рис. 24) в периоды ежесуточной смены локомотивных бригад (норматив приемки-сдачи локомотива — в пределах 34 мин).
При этом продолжительность полной заправки 2448 кг составит 1 ч, а продолжи
тельность дозаправки в размере 1000 кг — всего 20 мин, что позволит регулярно выполнять цикл дозаправки в период регулярной смены локомотивных бригад на станции без увеличения накладных времен и, соответственно, возмещения расходов на данные операции.
Для реализации пилотного проекта подобной технологии в настоящее время на железнодорожной станции Егоршино Свердловской дороги имеются все необходимые составляющие:

• в 2018 г. в непосредственной близости от путей отстоя ГМЛ запущена в эксплуатацию новая автоматизированная газовая котельная, к которой подведен газопровод (давлением 3 атм.);
• имеются условия для установки модульной АГНКС и заправочной колонки.

Для реализации пилотного проекта необходимо (рис. 25):

• на площадке рядом с путями отстоя ГМЛ установить модульную АГНКС и заправочную колонку;
• АГНКС подключить к магистральному газопроводу котельной;
• обеспечить заправку ГМЛ (с периодичностью 1 раз в двое суток).

Для возможности получения синергетического эффекта от газификации крупных железнодорожных узлов следует предусмотреть перевод на газовое топливо (рис. 26):

• самоходного подвижного состава (в настоящее время специалистами АО «ВНИКТИ» ведется разработка проекта перевода дрезин типа МПТ на газовое топливо);
• автомобильного транспорта, находящегося на балансе данных подразделений;
• стационарных теплоэнергетических установок (котельных, комбинированных систем отопления с применением инфракрасных и газовоздушных обогревателей, парогенераторов) комплекса структурных подразделений железнодорожного транспорта, расположенных в непосредственной близости от вновь создаваемых объектов инфраструктуры газоснабжения.

Это позволит снизить сроки окупаемости затраченных инвестиционных ресурсов на создание инфраструктуры газоснабжения и в значительной степени улучшить экологическую обстановку в регионах эксплуатации автономного тягового подвижного состава.
В случае получения положительных результатов проведенных испытаний с целью получения комплексного эффекта при газификации узловых станций полигонов газомоторной тяги и снижения сроков окупаемости проектов целесообразно на крупных узловых станциях проектировать газозаправочную инфраструктуру и перевод на газ в двух возможных агрегатных состояниях (КПГ+СПГ) (рис. 27):

• ♦ маневровых и магистральных ГМЛ;
• ♦ самоходного подвижного состава и автомобильного транспорта, находящегося на балансе данных подразделений;
• ♦ теплоэнергетических установок, расположенных рядом с ПЭ СПГ ГМЛ.

При данном техническом решении применение СПГ оправдано для магистральных локомотивов, дальнобойного автотранспорта и маневровых локомотивов и СПС, работающих на удаленных станциях. Для транспортных средств, подвижного состава, работающего в маневровом и передаточно-вывозном движении, а также хозяйственного автотранспорта и СПС наиболее выгодно применение КПГ (по предложенной технологии), который позволит снизить стоимость топлива почти в 10 раз по сравнению с дизельным.