Согласно исследованиям консалтинговой компании SCI Verkehr, за период с 2015 по 2019 год включительно в мире было продано всего 8 тыс. тепловозов. В 2019 году продажи новых дизельных локомотивов упали до 2,75 млрд евро, а тенденции развития этого рынка стали все больше определяться мерами по сокращению парков тепловозов в Китае (за счет электрификации линий), США (за счет новых концепций эксплуатации) и в Европе (благодаря цели добиться нулевого выброса углеводородов к 2050 году). Поэтому железнодорожные операторы по всему миру все в большей мере отказываются от долгосрочных инвестиций в дизельную тягу.
Кризисный 2020 год только усилил эту тенденцию, и существенного роста спроса в ближайшие годы не предвидится.
Тем временем, по данным исследовательской компании Valuates, объем мирового рынка поездов на альтернативных источниках питания (как пассажирских, так и грузовых) в 2019 году оценивался в 16,2 млрд долл. США, а к 2027 году достигнет 23,9 млрд долл. Один за другим, производители и ж/д операторы все чаще озвучивают планы по внедрению более экологически чистых, водородных и гибридных поездов и локомотивов.
Пассажирские поезда
С 1 мая начнется полноценная эксплуатация поезда на водородной тяге в Германии. Поезд будет курсировать по сети Zollernalbbahn в районе Тюбинген/Зигмаринген по пробному расписанию, согласованному с компаниями Südwestdeutsche Landesverkehrs-AG (SWEG) и Alstom Transport Deutschland. Речь идет о поезде Coradia iLint, разработанном и произведенном компанией Alstom. Участок, который будет обслуживать данный поезд, не электрифицирован, и на время эксперимента (а он продлится до конца 2021 года) новенький водородный поезд заменит на этом маршруте один из дизельных пассажирских составов.
Coradia iLint - первый в мире зарегистрированный региональный пассажирский поезд с топливными элементами для преобразования водорода и кислорода в электричество. Он был специально разработан для использования на неэлектрифицированных маршрутах с дальностью около 1000 км.
Тест-драйв Coradia iLint состоялся в 2017 году. Два таких поезда в предсерийной комплектации уже использовались для перевозок между Куксхафеном, Бремерверде и Букстехуде по фиксированному расписанию с 2018 года. С тех пор Alstom уже получил заказ на более чем 40 таких поездов дляГермании. Они будут произведены внутри страны, на заводе компании в Зальцгиттере. Поставки должны стартовать в 2022 году.
В целом немецкий рынок оценивается как перспективный для развития водородной тяги, потому что 39% местной сети железных дорог остаются неэлектрифицированными. Вероятно поэтому ранее на него нацелился еще один крупный производитель - Siemens Mobility со своим Mireo Plus H. Этот региональный поезд еще не прошел испытания, но уже планируется к использованию в федеральной земле Баден-Вюртемберг, где ему предстоит обслуживать региональный маршрут в Хорб и Пфорцхайм, проходящий по весьма холмистой, а потому плохо электрифицированной местности.
Также Федеральное министерство экономики и энергетики Германии финансирует проект разработки поезда Flirt Akku от Stadler. Это гибридный поезд, оснащенный тяговыми аккумуляторами для использования на неэлектрифицированных участках. Он был представлен еще в 2018 году и за это время прошел ряд испытаний, в том числе при экстремально низких и высоких температурах. По итогам испытаний максимальная дальность пробега Flirt Akku на участках без контактной сети составила 185 км (при расчетных 150 км).
Тем временем, в декабре прошлого года эксплуатацию водородного поезда Alstom Coradia iLint одобрили в Австрии. Это произошло после трех месяцев тестирования поезда на четырех региональных линиях ÖBB. Таким образом, Австрия стала второй страной в Европе, одобрившей использование Coradia iLint в качестве "зеленой" альтернативы дизельным поездам.
Следующими на очереди могут стать Нидерланды, где в 2021 году намерены ввести в регулярную эксплуатацию те же пассажирские водородные поезда от Alstom. Их планируют начать использовать на маршруте, связывающем Гронинген со Стадсканалом, а также с городом Лер в Германии. Испытания в Нидерландах показали, что эти поезда в два раза тише дизельных, а еще - заряжаются даже быстрее, чем предполагалось, так что ими намерены заменить "дизеля". Первый тендер на поставку ожидается в ближайшее время.
В самой же Франции, чей производитель стал пионером в развитии водородных пассажирских поездов, в марте этого года сделали первый заказ на такие поезда. Три Coradia iLint на сумму 52 млн евро будут закуплены для региона Бургундия - Франш-Конте. В целом, как заявил французский госсекретарь по вопросам транспорта Жан-Батист Джеббари, Франция намерена перейти на водородные поезда в течение последующих 20-30 лет.
Пустить водородные поезда по узкоколейным маршрутам, чтобы не заниматься их электрификацией, планируют и в Португалии. В стране запущена инициатива H2Rail, в которой участвуют инженерный факультет Университета Порту, Португальская ассоциация по продвижению водорода, а также компании-производители CaetanoBus и NomadTech. Первым маршрутом, на котором начнут использоваться поезда с водородными топливными элементами, станет линия с шириной колеи 1000 мм от Авейру до Сернада-да-Вуга. Первый водородный поезд там планируют испытать в 2023 году. Тем самым португальцы надеются спасти свои узкоколейки, на которых используются старые дизельные локомотивы с завершающимся сроком эксплуатации.
Надо сказать, что, несмотря на заявленный отдельными странами мира курс на "зеленый" транспорт, самая активная работа по внедрению поездов на альтернативных источниках питания ведется именно в Европе. Однако за пределами Европы тоже смотрят в этом направлении.
Так, прошлой осенью о старте реализации проекта по внедрению гибридных поездов с использованием водородного топлива и аккумуляторных батарей объявили в Японии. Будущее транспортное средство получило название HYBARI (Hydrogen-hybrid advanced rail vehicle forinnovation). Заниматься им будут East Japan Railway Company (JR East) совместно с Toyota и Hitachi. В частности, гибридная система привода отдана на разработку специалистам Hitachi, а в Toyota займутся топливными элементами, используя наработки производства автомобиля Toyota Mirai.
"Водород подается в устройство топливного элемента и вступает в химическую реакцию с кислородом в воздухе с образованием электричества. Аккумуляторная батарея основной схемы заряжается за счет электроэнергии от устройства на топливных элементах, а также за счет захвата и преобразования энергии в электрическую энергию с использованием рекуперативного торможения. Гибридная система привода подает электроэнергию на тяговые двигатели как от устройства на топливных элементах, так и от аккумуляторной батареи главной цепи, контролируя движение колес", - так описывают принцип работы устройства в Toyota.
В Северной Америке наибольшее стремление к переходу на водородные поезда пока демонстрирует Канада. В декабре 2020 года правительство страны опубликовало стратегический план использования водорода Hydrogen Strategy for Canada, предусматривающий переход ж/д транспорта на экологически чистое топливо. В частности, изучаются возможности использования поездов на водородных топливных элементах в транспортной системе Metrolinx Большого Торонто в качестве альтернативы питанию от контактной сети.
Грузовые локомотивы
В вопросе развития грузового ж/д транспорта на альтернативных источниках питания преимущество Европы не так очевидно.
В 2020 году японская компания Toshiba подписала с DB Cargo (грузовым подразделением Deutsche Bahn) договор на поставку 50 гибридных маневровых локомотивов (работающих на дизтопливе и аккумуляторных батареях). Они должны заменить 61 устаревший тепловоз в парке немецкого ж/д оператора. Планируется, что собирать эти машины будут на ремонтном предприятии DB Cargo в Ростоке.
Принцип работы локомотива предусматривается следующий: гибридный привод обеспечивает питание силовой установки от двух дизелей компании MAN мощностью по 471 кВт и двух модулей литиевых аккумуляторных батарей типов S-20 и SSU системы SCiB, мощностью по 61,8 кВт. DB Cargo рассчитывает, что переход к использованию этих локомотивов обеспечит 30% экономию энергии и снижение расхода дизельного топлива на 1 млн литров.
Первый грузовой магистральный локомотив на водородном топливе в Северной Америке намерена построить Канадская Тихоокеанская железная дорога (Canadian Pacific Railway). В марте этого года она совместно с Ballard Power Systems объявила о начале работ по созданию водородного локомотива на основе тепловоза по программе CP Hydrogen Locomotive. Шесть модулей топливных элементов мощностью по 200 кВт планируется поставить в 2021 году. Их установят на одном тепловозе взамен дизеля и генератора, затем Canadian Pacific проведет испытания локомотива, результаты которых позволят оценить готовность новой технологии к внедрению.
Ballard Power Systems известна тем, что обеспечивает модулями с нулевыми выбросами пассажирские поезда в Европе и городской общественный транспорт в Китае.
В самом Китае в феврале этого года CRRC Datong выпустила первый гибридный локомотив, работающий на водородном топливе и литиевых батареях большой мощности. Модульная конструкция локомотива дает возможность использовать различные уровни мощности и режимы в различных условиях, например, в тоннелях и шахтах. С расчетной скоростью 80 км/ч и мощностью 700 кВт, при полной заправке водородом он может работать непрерывно в течение 24,5 часов.
Маневровый локомотив на водороде намерены построить и в США. Для этого в марте 2021 года местная комиссия по энергетике выделила компании Sierra Northern Railway и энергетической исследовательской организации GTI почти 4 млн долл. В Sierra Northern Railway сообщили, что на маневровые тепловозы приходится значительная доля потребления железными дорогами в Калифорнии, поэтому они являются "отличным испытательным стендом" для демонстрации технологий с нулевым уровнем выбросов. В большом пуле участников проекта есть и уже упомянутая ранее Ballard Power Systems.
Есть чем похвастаться и соседям Украины. Например, в марте польский производитель подвижного состава Pesa Bydgoszcz заявил, что завершает работу над своим первым водородным локомотивом. По словам президента компании Кшиштофа Здзярского, он будет представлен уже в 2021 году. В 2022 году машина должна быть сертифицирована и полностью готова к эксплуатации.
Известно, что в основу нового локомотива лег локомотив линейки Gama. Pesa работает над проектом с декабря 2019 года в партнерстве с крупнейшей польской нефтеперерабатывающей группой PKN Orlen, которая и будет поставлять водородное топливо.
Также в Польше в этом году появился первый маневровый локомотив на на литий-ионных аккумуляторах. Его разработала компания Zarmen Group, которая специализируется на оказании услуг в сфере строительства и обслуживании предприятий тяжелой промышленности. В компании рассчитывают, что машина получит разрешение на эксплуатацию в 2021 году.
Несмотря на явную гегемонию водорода как альтернативного источника энергии, есть и другие экологически нейтральные варианты. Например, использование растительного топлива для тепловозов. Так, в Британии DB Cargo UK в конце 2020 года успешно испытала топливо для тепловозов на основе гидрированного растительного масла (HVO). Испытания проходили на нагрузочной установке в депо и показали, что переход на альтернативное топливо не вызвал ухудшения характеристик установленного на локомотиве дизеля мощностью 3200 л. с. Далее планируются ходовые исследования нового топлива.
HVO считается одним из наиболее экологически чистых видов топлива в мире. Его получают путем гидроочистки растительных масел или животных жиров, за счет чего при сжигании значительно уменьшаются выбросы диоксида углерода и оксидов азота. Кроме того, оно устойчиво к низким температурам и подвержено биологическому разложению.
В качестве еще одного варианта топлива для локомотивов рассматривается сжиженный газ. Над созданием первого в странах Балтии локомотива на СПГ сейчас работает эстонская Operail. Магистральный локомотив планируют построить на базе тепловоза General Electric C36. Новая машина позволит на 30% снизить расходы на топливо, на 20% снизит выбросы углекислого газа и на 70% - диоксида серы.
В ходе работ по локомотиву будут добавлены необходимые СПГ-системы, имеющийся бак для дизельного топлива будет разделен на три части, чтобы разместить в нем природный газ: по краям останутся емкости для дизельного топлива, а в центре разместят СПГ-емкости. Это значит, что локомотив сможет параллельно использовать и дизельное, и СПГ-топливо, а также сможет при израсходовании сжиженного газа осуществлять работу на дизельном топливе. В работы по перестройке первого локомотива Operail инвестирует около 250 тыс. евро.
Читайте также Мультимодальное будущее европейских железных дорог. Пассажирский сегмент