В последние годы в мире растет интерес к использованию водорода в качестве топлива для транспортных средств. Свои разработки на данном направлении ведет и ОАО "РЖД".

Олег Красновский, ведущий специалист отдела научно-технических программ Департамента технической политики

В ряде европейских и восточноазиатских стран освоен серийный выпуск водородных транспортных средств – автомобильных и железнодорожных. Применение водорода как топлива позволяет исключить выбросы вредных веществ в окружающую среду, поскольку при химической реакции сгорания водородного топлива образуется вода или пар.

Водород в чистом виде не встречается на Земле в достаточных для промышленной добычи масштабах. Промышленное производство водорода как топлива предполагает его получение из воды с помощью электролиза либо из природного газа путем парогазового риформинга. При этом полученный водород можно рассматривать как аккумулятор экологически чистой энергии. Свободные мощности электростанций, в том числе ветровых и солнечных, могут быть направлены на питание установок электролиза воды для получения водорода.

Газообразный водород можно использовать как топливо для двигателей внутреннего сгорания. Однако более перспективный тип первичных двигателей для водорода – электрохимические генераторы на основе топливных элементов с твердополимерными протонообменными мембранами. Топливный элемент – электрохимическое устройство, источник тока, преобразующий химическую энергию топлива в электрическую.

Электрохимический генератор заменяет собой дизель-генераторную установку автономного локомотива – тепловоза. При этом электрохимический генератор в отличие от двигателя внутреннего сгорания содержит значительно меньше подвижных частей, образующих пары трения. Уменьшение количества подвижных частей в составе энергоустановки повышает ее КПД и локомотива в целом, а также сокращает объемы ремонтных операций.

В соответствии с планом научно-технического развития холдинга АО "Инжиниринговый центр железнодорожного транспорта" разрабатывает водородный локомотив с энергетической установкой на основе электрохимических генераторов. В состав разработчиков локомотива входят АО "ВНИИЖТ", АО "ВНИКТИ" и СамГУПС.

Техническое задание на создание инновационного подвижного состава было подготовлено в прошлом году. Реализация проекта, включая постройку головного образца локомотива, рассчитана на три года.

В ходе разработки определен технический облик нового водородного локомотива, который представляет собой маневрово-вывозной локомотив с кузовом капотного типа. Основной компонент локомотивной энергоустановки – модуль электрохимических генераторов, состоящий из двух электрохимических генераторов с интегрированными DC/DC-преобразователями. Суммарная мощность двух электрохимических генераторов составляет около 400 кВт. Сжатый газообразный водород служит топливом.

В состав энергоустановки помимо электрохимических генераторов входят система хранения водорода и накопитель энергии. В качестве последнего планируется использование литий-титанатных аккумуляторов емкостью 490 кВт·ч и мощностью разряда/заряда 1200 кВт. Накопитель энергии предназначен для кратковременного увеличения мощности водородного локомотива, необходимой при выполнении работ с тяжелыми поездами. Восполнение энергии накопителя происходит при электродинамическом торможении локомотива и при его работе на холостом ходу. Применение накопителя энергии улучшает топливную экономичность. Размещение необходимого бортового запаса водорода обеспечивает система хранения водорода, состоящая из двух модулей по 12 баллонов высокого давления. Суммарный объем бортовой системы хранения водорода – 9960 литров – позволяет разместить 239 кг сжатого газообразного водорода под давлением 35МПа, что дает интервал между заправками не менее суток.

Цель проекта – внедрение экологически чистых водородных локомотивов для работы на Московской дороге. Для его успешного воплощения в жизнь помимо создания собственно тяговых единиц необходимо сооружение водородных газозаправочных станций и развитие инфраструктуры для крупнотоннажного производства и хранения водорода. Реализация проекта позволит сократить углеродный след, создаваемый железнодорожным транспортом, что внесет вклад в выполнение Россией, страной – участницей Парижского климатического соглашения, обязательств по сокращению выбросов углекислого газа (СО2) в атмосферу.